중간 수준의 소음에 노출되면, 홉 분기점(hopf bifurcation) 근처의 동역학계는 다가오는 진동 모드에 대한 결정론적 정보를 드러낼 수 있다. 이러한 현상은 코히런스 공명(coherence resonance)으로 알려져 있으며, 실용 연소기에 해로운 열음향(thermoacoustic) 불안정성의 전조(precursor)로 활용될 수 있다. 본 연구에서는 열음향 불안정성으로의 전이를 보이는 연소기에서 코히런스 공명을 검출하기 위해, 시공간 차원축소(spatiotemporal dimensionality reduction) 기법인 희소성 유도 동적 모드 분해(sparsity-promoting dynamic mode decomposition)를 적용한다. 우리는 환형(annular) 모델 가스터빈 연소기를 확률적으로 여기(stochastically excite)하고, 시공간 분석을 위해 고속 이미지를 획득한다. 그 결과, 불안정성의 임박 모드는 중간 소음 진폭에서 최대 클러스터링 수준(maximum clustering level)으로 가장 잘 식별되며, 이는 코히런스 공명의 존재를 시사함을 확인하였다. 우리가 아는 한, 코히런스 공명을 검출하기 위해 이미지 기반 방법을 사용한 것은 이번이 처음이며, 내장 센서가 필요하지 않으면서도 연소 불안정성을 예측할 수 있는 새로운 가능성을 열어준다.

연소화염 열에너지와 결합된 음향에너지의 증가는 연소 불안정성을 유발할 수 있다. 연소 안정성의 평가는 연소실 내 유동 경계의 음향적 특성을 파악함으로써 음향에너지의 변화를 예측하는 것을 요구한다. 본 논문은 Strouhal 수의 관점에서 경계에서의 음향 임피던스 특성에 대해 논의하고, 인젝터 헤드와 유사한 구성에서의 음향 특성에 관한 이론적 분석을 요약한다. 또한 이중 마이크로폰 측정 기법의 세부 사항도 제시하였다.

로켓 추진기관에서 나타나는 고주파 압력파는 연소 조건에 따라 추진제 연소로부터 생성되는 고체 또는 액체 입자에 의해 감쇠될 수 있다. 본 연구는 입자 크기, 주변 기체, 그리고 압력파 주파수가 음향 에너지 감쇠에 미치는 영향을 실험적으로 규명하고자 수행되었다. 평균 직경이 5.1 μm, 7.6 μm, 16.5 μm, 36.2 μm인 단일 피크의 폭넓은 분포를 갖는 산화알루미늄 분말을 고체 로켓 연소 환경에서의 응축 입자 모사에 사용하였다. 입자 혼입 헬륨 또는 질소 가스로 가득 찬 고정 원통형 체적을 통과하는 여기된 압력파의 감쇠를 측정하였다. 고속 카메라로부터 얻은 영상을 처리하여 가스 내에서 부유하는 입자의 수 밀도를 결정하였다. 관찰 결과, 알루미나 입자는 압력파 감쇠 효과를 확실히 나타내는 것으로 확인되었다. 헬륨 내 입자는 질소 내 입자보다 압력파 감쇠가 약 2배 더 큰데, 이는 입자에 의한 압력파 감쇠에서 기체 밀도의 영향이 있음을 시사한다. 최대 감쇠를 보이는 최적의 입자 직경은 압력파의 주파수에 따라 달라진다. 압력파 감쇠는 주파수 전 범위에서 헬륨에서는 평균 입자 직경 7.6 μm, 질소에서는 16.5 μm에서 최대값을 나타낸다. 최대 감쇠를 보이는 입자 직경은 이동하며, 그에 따라 헬륨과 질소 모두의 감쇠 특성은 2500 Hz를 초과하는 고주파 파에 대해 변화하는 것으로 나타났다.