본 연구실은 추진장치, 특히 액체로켓 엔진의 분사기 설계 및 성능 최적화에 대한 심도 있는 연구를 수행하고 있습니다. 다양한 형태의 동축 와류형, 전단형, 핀틀형 분사기를 설계 및 제작하며, 분사기의 내부 형상, 리세스 길이, 오리피스 형상 등 주요 설계 변수가 분무 특성, 연소 효율, 연소 안정성에 미치는 영향을 실험 및 수치해석을 통해 체계적으로 분석합니다. 이를 위해 금속 3D 프린팅 등 첨단 적층제조 기술을 활용하여 복잡한 구조의 분사기를 신속하게 제작하고, 다양한 실험 환경에서 분무각, 유량계수, 분무 패턴, 미립화 특성 등을 정밀하게 측정합니다. 특히, 메탄/산소, 케로신/액체산소 등 다양한 추진제 조합에 대한 분사기 성능 평가와 최적화 연구를 수행하며, 분사기의 설계 변수 변화가 연소실 내 유동 및 연소 특성에 미치는 영향을 실험적으로 규명합니다. 분사기의 내부 유동 변화, 캐비테이션, 자기-맥동(Self-Pulsation) 현상 등 실제 추진장치 운용 시 발생할 수 있는 다양한 현상에 대한 실험적·수치적 연구도 활발히 이루어지고 있습니다. 이러한 연구는 차세대 우주발사체, 재사용 로켓, 소형 위성 발사체 등 다양한 우주항공 분야에 적용될 수 있으며, 국내외 산학연 협력 프로젝트와 연계하여 실용적이고 혁신적인 분사기 기술 개발에 기여하고 있습니다.

연소불안정은 로켓 엔진 및 가스터빈 등 추진장치의 신뢰성과 성능에 큰 영향을 미치는 핵심 문제입니다. 본 연구실은 연소실 내에서 발생하는 다양한 연소불안정 현상, 예를 들어 음향-유동 결합, 화염 구조 변화, 압력 섭동, 자기-맥동 현상 등을 실험적 및 이론적으로 분석합니다. 이를 위해 다양한 연소기(스월-안정화 연소기, 덤프 연소기 등)와 분사기 조합을 사용하여, 연소실 길이, 혼합기 구조, 스월 수, 유입 속도, 당량비 등 주요 변수 변화에 따른 연소불안정 특성을 체계적으로 연구합니다. 연소불안정이 연소실 내 열전달 및 냉각 특성에 미치는 영향도 중점적으로 다루고 있습니다. 재생냉각 연소기, 리브 내벽을 갖는 팽창식 사이클 엔진 등 다양한 냉각 구조를 적용한 연소기에서, 연소불안정 발생 시 열유속 변화, 냉각채널 내 압력손실, 코킹 현상 등을 실험적으로 계측하고 해석합니다. 이를 통해 연소실의 내구성 향상과 장시간 운용이 가능한 추진장치 설계에 필요한 기초 데이터를 확보하고 있습니다. 또한, 연소불안정의 능동 제어를 위한 음향가진, 2차 연료 분사 등 다양한 제어 기법을 실험적으로 검증하며, 연소안정성 평가를 위한 새로운 진단 및 평가 방법론도 개발하고 있습니다. 이러한 연구는 우주발사체, 항공기 엔진, 산업용 연소기 등 다양한 응용 분야에서의 연소 안정성 확보와 열관리 기술 발전에 크게 기여하고 있습니다.

분사기에서 발생하는 분무 및 미립화 현상은 추진장치의 연소 효율과 안정성에 직접적인 영향을 미칩니다. 본 연구실은 다양한 분사기(동축 와류형, 전단형, 핀틀형 등)에서의 분무 특성, 액적 크기 분포, 분무각, 분열거리, 액막 병합 및 분리 매커니즘 등을 실험적으로 규명합니다. 이를 위해 Phase Doppler Particle Analyzer(PDPA), 고속 카메라, 이미지 프로세싱 등 첨단 계측 장비를 활용하여 미세한 액적의 속도와 크기를 정밀하게 측정하고, 분무 패턴의 변화를 시각화합니다. 또한, 분사기 내부 유동 변화(예: 캐비테이션, 슬러그 유동, 버블 유동 등)가 분무 특성에 미치는 영향, 가변추력 운용을 위한 가스 주입식 분사기 및 이중와류동축 분사기에서의 2상 유동 전이, 분무 불안정성 등 다양한 현상을 실험 및 수치해석적으로 연구합니다. ANSYS Fluent 등 CFD 해석 도구를 활용하여 실험 결과와 비교·검증하며, 분무 및 미립화 현상의 물리적 메커니즘을 심층적으로 분석합니다. 이러한 연구는 고성능, 고신뢰성 추진장치 개발을 위한 핵심 기반 기술로, 우주발사체, 항공기, 산업용 분무 시스템 등 다양한 분야에 적용될 수 있습니다. 또한, 분무 및 미립화 기술의 고도화는 연소 효율 향상, 배기가스 저감, 연소기 소형화 등 미래 친환경·고효율 추진시스템 개발에도 중요한 역할을 하고 있습니다.