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한국추진공학회 2014년도 추계학술대회 논문집 pp.648~655 2014 KSPE Fall Conference

- 648 -

* 서울대학교 기계항공공학부

†교신저자, E-mail: jjyoh@snu.ac.kr

로신-공기 혼합물의 비정상연소 모델과 구조체 모델을

통한 수치해석

이영헌* ․ 곽민철* ․ 여재익*†

Numerical Analysis of Detonation of Kerosene-Air Mixture

and Solid Structure

Younghun Lee* ․ Min-cheol Gwak* ․ Jai-ick Yoh*†

ABSTRACT

This paper presents a numerical investigation on detonation of a kerosene-air mixture in the

elastoplastic metal tubes and the structural responses associated with combustion instability. A

single step Arrehnius rate law and Johnson-Cook strength model are used to describe the

chemical reaction of kerosene-air mixture and the plastic flow of the elastoplastic metal tube.

Also the effects of the tube thickness and nozzle configuration are investigated on the resulting

deflagration to detonation transition.

초 록

본 연구는 케로신 연료를 사용하는 액체로켓엔진에서 발생 할 수 있는 연소불안정으로 인하여 파괴

될 수 있는 연소기의 손상을 수치적으로 모사하는 해석 모델의 기초연구이다. 연소 불안정으로부터 야

기 될 수 있는 케로신의 데토네이션은 1단계 아레니우스 식의 화학 반응식을 이용하였고, 구조체는

Johnson-Cook 강성모델을 활용하여 데토네이션으로 인한 금속관의 소성 변형을 모델링하였다. 두꺼운

관과 얇은 관의 해석 결과 비교를 통하여 데토네이션 압력에 의한 얇은 관의 소성 변형과 노즐 형상에

서 노즐목 부분의 구조체에 가해지는 압력 분포를 확인하고 이로 인해 발생되는 유동장의 변화를 확인

하였다.

Key Words: Kerosene(케로신), Detonation(폭굉), Multi-material(복합재료), Liquid Rocket Engine(액

체로켓엔진), Plastic flow(소성 변형)

1. 서 론 연소기 내에서 발생하는 연소불안정은 정상 상

태의 화염에 섭동이 가해짐으로써, 비정상 화염

으로 발전되는 것으로 볼 수 있다. 이러한 비정

상 화염이 구조체의 고유주파수와 일치해지는

경우에는 공진이 발생하고 연소기의 파괴가 일