突破性研究！导致液体火箭发动机爆炸的致命原因找到了！

火箭发动机包含封闭燃烧系统，本质上是燃烧室。在燃烧室中，紊流燃料和氧化剂流、声波和化学反应产生的热之间的非线性相互作用，导致了一种称为“燃烧振荡”的不稳定现象。这些振动对燃烧室本体的作用力，即燃烧室上的机械应力，高到足以致使发动机产生灾难性故障。是什么导致了这些振荡？答案还有待找到。

现在，一项突破性研究发表在《流体物理学》杂志上，由东京科学大学的Hiroshi Gotoda教授、Satomi Shima和Kosuke Nakamura组成的团队与日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)的Shingo Matsuyama博士和Yuya Ohmichi博士合作，利用基于复杂系统的高级时间序列分析来找原因。

Gotoda教授说:“我们的主要目的是，采用受符号动力学和复杂网络启发的复杂分析方法，揭示圆柱燃烧器中高频燃烧振荡的形成和维持背后的物理机制。”

科学家们挑选来模拟的燃烧器是一种火箭发动机模型。他们能够精确地指出从稳定燃烧状态到燃烧振荡的过渡时刻，并将其形象化。结果发现，喷油器中显著的周期性流动速度波动会影响点火过程，从而导致热释放率的变化。热释放率的波动与燃烧室内的压力波动同步，整个循环以一系列反馈回路的形式继续，维持燃烧振荡。

此外，通过考虑压力和热释放率波动的空间网络，研究人员发现，在靠近喷射管边缘的燃烧室剪切层中，声功率簇周期性地形成和坍塌，进一步推动了燃烧振荡。

这些发现为发生燃烧振荡的原因提供了合理的答案，尽管是针对液体火箭发动机。Gotoda教授解释说:“燃烧振荡会对火箭发动机、航空发动机和用于发电的燃气涡轮机的燃烧室造成致命损害。因此，了解燃烧振荡的形成机理是一个重要的研究课题。我们的研究结果将极大地有助于我们理解液体火箭发动机中产生的燃烧振荡机制。”

事实上，这些发现意义重大，有望为防止关键发动机燃烧振荡的新探索路线打开大门。

前瞻经济学人APP资讯组

论文原文：

https://aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0048785