科学家揭示了火箭引擎偶发高频振荡的幕后成因

研究配图（来自：Hiroshi Gotoda）

据悉，研究人员构建了一套火箭引擎的燃烧事件模拟模型，且在分析中运用了诸多复杂的技术，包括符号动力学、以及使用复杂网络来理解振荡行为的转变。

具体说来是，符号动力学使得科学家们能够确定表征燃烧事件的两个变量之间的行为相似性，结果发现燃料喷射器的流速波动，与燃烧器的放热率波动存在较强的相关性。

研究作者 Hirosh Gotoda 指出：

典型的火箭引擎会使用喷射器将燃料（比如氢气）和氧化剂（比如氧气）输送到燃烧室，接着完成点火和燃烧的动作。

然而未燃烧的氢氧混合物，会在与氢气和空气火焰的高温产物的定期接触时，导致点火位置的显著波动。

点火位置的波动，会引发热释放率的波动，从而影响燃烧室中的压力波动。基于此，研究团队认定了放热波动与压力波动是相互同步的。

SCI Tech Daily 指出，燃烧室压力和放热率波动的乘积，是用于理解燃烧振荡起源的一项重要物理量。该乘积大于零的区域，对应于驱动振荡的声功率源。

在进一步的研究中，科学家们在注入器边缘附近的剪切层中发现了动力源。可知它们会突然崩溃，并以周期性的方式重新出现在上游，最终导致燃烧振荡的产生。

Hirosh Gotoda 补充道：

在内氧化剂和外燃料射流之间的流体动力剪切层区域中，热声源簇的重复形成和坍塌，在催生燃烧振动这件事上起着重要的作用。

最后，研究人员认为，他们使用的相关分析方法，将有助于大家更好地理解火箭引擎（以及其它内燃机）中偶然发生的危险振荡。