Los motores de cohete contienen sistemas de combustión confinados, que son, esencialmente, cámaras de combustión. En estas cámaras, las interacciones no lineales entre los flujos turbulentos de combustible y oxidante, las ondas sonoras y el calor producido por reacciones químicas, provocan un fenómeno inestable llamado 'oscilaciones de combustión'.La fuerza de estas oscilaciones en el cuerpo de la cámara de combustión - la tensión mecánica en la cámara - es lo suficientemente alta como para amenazar con una falla catastrófica del motor. ¿Qué causa estas oscilaciones? La respuesta está por encontrar.
Ahora, en un avance, publicado en Física de fluidos , un equipo que incluye al Prof. Hiroshi Gotoda, la Sra. Satomi Shima y el Sr. Kosuke Nakamura de la Universidad de Ciencias de Tokio TUS, en colaboración con el Dr. Shingo Matsuyama y el Dr. Yuya Ohmichi de la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón JAXA, han utilizado análisis avanzados de series de tiempo basados en sistemas complejos para averiguarlo.
Al explicar su trabajo, el profesor Gotoda dice: "Nuestro objetivo principal era revelar el mecanismo físico detrás de la formación y el sustento de las oscilaciones de combustión de alta frecuencia en una cámara de combustión cilíndrica utilizando métodos analíticos sofisticados inspirados en dinámicas simbólicas y redes complejas".Los hallazgos también han sido cubiertos por la Sociedad Estadounidense de Física en su sección de noticias, y por el Instituto de Física en su plataforma de noticias Physics World.
La cámara de combustión que los científicos seleccionaron para simular es uno de los modelos de motores de cohete. Pudieron señalar el momento de transición del estado de combustión estable a las oscilaciones de combustión y visualizarlo. Descubrieron que las fluctuaciones periódicas significativas de la velocidad del flujo en el inyector de combustible afectan laproceso de ignición, lo que resulta en cambios en la tasa de liberación de calor. Las fluctuaciones de la tasa de liberación de calor se sincronizan con las fluctuaciones de presión dentro de la cámara de combustión, y todo el ciclo continúa en una serie de bucles de retroalimentación que sostienen las oscilaciones de combustión.
Además, al considerar una red espacial de fluctuaciones de la tasa de liberación de presión y calor, los investigadores encontraron que grupos de fuentes de energía acústica se forman y colapsan periódicamente en la capa de cizallamiento de la cámara de combustión cerca del borde de la tubería de inyección, lo que ayuda aún más a impulsar las oscilaciones de combustión.
Estos hallazgos proporcionan respuestas razonables sobre por qué ocurren las oscilaciones de combustión, aunque sean específicas de los motores de cohetes líquidos. El profesor Gotoda explica: "Las oscilaciones de combustión pueden causar daños fatales a las cámaras de combustión en los motores de cohetes, motores aeronáuticos y turbinas de gas para la generación de energía. Por lo tanto,comprender el mecanismo de formación de las oscilaciones de combustión es un tema de investigación importante. Nuestros resultados contribuirán en gran medida a nuestra comprensión del mecanismo de las oscilaciones de combustión generadas en los motores de cohetes líquidos ".
De hecho, estos hallazgos son significativos y se puede esperar que abran las puertas a nuevas rutas de exploración para prevenir oscilaciones de combustión en motores críticos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Ciencias de Tokio . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
Referencia de la revista :
cite esta página :