Los motores de cohete contienen sistemas de combustión confinados, que son esencialmente cámaras de combustión. En estas cámaras interacciones no lineales entre los flujos turbulentos de combustible y oxidante, ondas sonoras, y el calor producido por reacciones químicas causa 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? Queda por encontrar la respuesta.

Ahora, en un gran avance, publicado en Física de fluidos , un equipo que incluye al Prof. Hiroshi Gotoda, 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.

Explicando su trabajo, El profesor Gotoda dice:"Nuestro principal propósito 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 sofisticados métodos analíticos inspirados en dinámicas simbólicas y redes complejas".

La cámara de combustión que los científicos eligieron para simular es uno de los motores de cohete modelo. 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 el proceso de encendido, resultando 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.

Adicionalmente, considerando una red espacial de fluctuaciones de la velocidad 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. ayudando aún más a impulsar las oscilaciones de combustión.

Estos hallazgos proporcionan respuestas razonables sobre por qué ocurren las oscilaciones de combustión, aunque específico para 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 generación de energía. Por lo tanto, La comprensión del 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 ".

En efecto, 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.