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寻找火箭发动机燃烧室致命问题的原因
2021年08月10日    阅读量:983    新闻来源:中国机械网 okmao.com  |  投稿

火箭发动机包含密闭燃烧系统,本质上是燃烧室。在这些燃烧室中,湍流燃料和氧化剂流、声波和化学反应产生的热量之间的非线性相互作用会导致一种称为“燃烧振荡”的不稳定现象。这些振动作用在燃烧室主体上的力——燃烧室上的机械应力——足以威胁到发动机的灾难性故障中国机械网okmao.com。是什么导致了这些振荡?答案还有待寻找。


现在,由东京理科大学 (TUS) 的 Hiroshi Gotoda 教授、Satomi Shima 女士和 Kosuke Nakamura 先生组成的团队与 Shingo Matsuyama 博士和 Yuya 博士合作,在流体物理学上发表了一项突破日本宇宙航空研究开发机构 (JAXA) 的 Ohmichi 使用基于复杂系统的高级时间序列分析来找出答案。


在解释他们的工作时,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,揭示圆柱形燃烧器中高频燃烧振荡的形成和维持背后的物理机制。” 这些发现也被美国物理学会的新闻版块和物理研究所的新闻平台物理世界报道。


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科学家们选择模拟的燃烧室是模型火箭发动机之一。他们能够确定从稳定燃烧状态到燃烧振荡的过渡时刻,并将其可视化。他们发现喷油器中显着的周期性流速波动会影响点火过程,从而导致放热率发生变化。热释放率波动与燃烧器内的压力波动同步,整个循环在一系列维持燃烧振荡的反馈回路中继续进行。


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器剪切层中,声能源集群周期性地形成和坍塌,进一步有助于驱动燃烧振荡。


这些发现为为什么会发生燃烧振荡提供了合理的答案,尽管特定于液体火箭发动机。后田教授解释说:“燃烧振荡会对火箭发动机、航空发动机和发电用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。我们的研究结果将极大地促进我们的研究。”了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。


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