火箭发动机包含一个封闭的燃烧系统，它本质上是一个燃烧室。在燃烧室中，湍流燃料与氧化剂流、声波和化学反应产生的热量之间的非线性相互作用导致称为“燃烧振荡”的不稳定现象。这些振动作用在燃烧室体上的力，即燃烧室上的机械应力，足以引起发动机的灾难性故障。是什么导致了这些振荡？答案尚未找到。

现在，一项突破性研究发表在《流体物理学》杂志上。由东京理科大学 Hiroshi Gotoda 教授、Satomi Shima 和 Kosuke Nakamura 以及日本宇宙航空研究开发机构 (JAXA) 的 Shingo Matsuyama 博士组成的团队与 Yuya Ohmichi 博士合作，使用基于复杂系统的先进时间序列分析来找出原因。

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

科学家选择用来模拟的燃烧器是一个火箭发动机模型。他们可以准确地指出从稳定燃烧状态到燃烧振荡的过渡时间并可视化。发现喷油器内显着的周期性流速波动会影响点火过程，导致放热率发生变化。放热率的波动与燃烧室压力波动同步，整个循环以一系列反馈回路的形式继续保持燃烧振荡。

此外，通过考虑压力和放热速率波动的空间网络，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，进一步促进燃烧振荡。

这些发现为燃烧振荡的原因提供了合理的答案，即使它们是针对液体火箭发动机的。后田教授解释说：“燃烧振荡会对用于发电的火箭发动机、航空发动机和燃气轮机的燃烧室造成致命的损害。因此，了解燃烧振荡的形成机制是一个重要的研究课题。我们的研究成果将非常重要。地球帮助我们了解液体火箭发动机产生的燃烧振荡机制。”

事实上，这些发现意义重大，有望为新的探索路线打开大门，以防止关键的发动机燃烧振荡。

前瞻经济学人APP信息团队

文章来源：《爆炸与冲击》 网址: http://www.bzycjzz.cn/zonghexinwen/2021/0803/1425.html