通過先進的技術分析，科學家揭示了困擾火箭發動機燃燒室的一個致命問題的機制。火箭發動機包含封閉的燃燒系統，本質上是燃燒室。在這些燃燒室中，湍流的燃料和氧化劑流動、聲波和化學反應產生的熱量之間的非線性相互作用，導致了一種被稱為”燃燒振蕩”的不穩定現象。
這些振蕩對燃燒室主體的作用力–燃燒室的機械應力–高到足以威脅到發動機本體的災難性故障。是什麼導致了這些振蕩？
現在，在《流體物理學》上發表的一項突破中，包括東京理科大學（TUS）的Hiroshi Gotoda教授、Satomi Shima女士和Kosuke Nakamura先生在內的團隊與日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）的Shingo Matsuyama博士和Yuya Ohmichi博士合作，使用基於複雜系統的先進時間序列分析來尋找答案。
在解釋他們的工作時，Gotoda教授說：”我們的主要目的是利用受符號動力學和複雜網絡啟發的複雜分析方法，揭示圓柱形燃燒器中高頻燃燒振蕩的形成和維持的物理機制”。科學家們挑選模擬的燃燒器是模型火箭發動機中的一種。他們能夠確定從穩定燃燒狀態過渡到燃燒振蕩的時刻，並將這些過程可視化。他們發現，燃料噴射器中顯著的周期性流速波動影響了點火過程，導致了熱釋放率的變化。熱釋放率的波動與燃燒器內的壓力波動同步，整個循環在一系列的反饋迴路中繼續，維持着燃燒振蕩。
此外，通過考慮壓力和熱釋放率波動的空間網絡，研究人員發現，聲動力源集群在噴射管邊緣附近的燃燒器剪切層中周期性地形成和崩潰，會進一步幫助驅動燃燒振蕩現象的產生。
這些發現為燃燒振蕩發生的原因提供了合理的答案，儘管只是針對液體火箭發動機。Gotoda教授解釋說：”燃燒振蕩會對火箭發動機、航空發動機和發電用燃氣輪機的燃燒器造成致命的損害。因此，了解燃燒振蕩的形成機制是一個重要的研究課題。我們的結果將極大地促進我們對液體火箭發動機中產生的燃燒振蕩機制的理解”。這些發現意義重大，可望為防止關鍵發動機中的燃燒振蕩打開新的探索路線的大門。