Εύρεση της αιτίας ενός θανατηφόρου προβλήματος στους θαλάμους καύσης των πυραυλοκινητήρων

Αυτό το σχήμα δείχνει ότι μεγάλης κλίμακας δακτύλιοι δίνης παράγονται από το χείλος του εγχυτήρα κατά τη διάρκεια των ταλαντώσεων καύσης. Πίστωση: Satomi Shima, Kosuke Nakamura, Hiroshi Gotoda, Yuya Ohmichi και Shingo Matsuyama

Οι πύραυλοι περιέχουν περιεχόμενα συστήματα καύσης, τα οποία είναι ουσιαστικά θάλαμοι καύσης. Σε αυτούς τους θαλάμους, οι μη γραμμικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των ταραγμένων ροών καυσίμου και οξειδωτικού, τα ηχητικά κύματα και η θερμότητα που παράγεται από χημικές αντιδράσεις προκαλούν ένα ασταθές φαινόμενο που ονομάζεται “ταλαντώσεις καύσης”. Η δύναμη αυτών των ταλαντώσεων στο σώμα του θαλάμου καύσης – η μηχανική καταπόνηση στο θάλαμο – είναι αρκετά υψηλή για να απειλήσει καταστροφική βλάβη του κινητήρα. Τι προκαλεί αυτές τις ταλαντώσεις; Η απάντηση μένει να βρεθεί.


Τώρα σε μια σημαντική ανακάλυψη, δημοσιεύτηκε στο Φυσική ρευστών, μια ομάδα αποτελούμενη από τον καθηγητή Hiroshi Gotoda, την κα Satomi Shima και τον κ. Kosuke Nakamura από το Πανεπιστήμιο Επιστημών του Τόκιο (TUS), σε συνεργασία με τους Dr Shingo Matsuyama και Dr Yuya Ohmichi από την Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA), χρησιμοποίησαν προηγμένες αναλύσεις χρονικών σειρών με βάση σε σύνθετα συστήματα για να μάθετε.

Εξηγώντας το έργο τους, ο καθηγητής Gotoda είπε: «Ο κύριος στόχος μας ήταν να αποκαλύψουμε τον φυσικό μηχανισμό πίσω από τον σχηματισμό και τη διατήρηση ταλαντώσεων καύσης υψηλής συχνότητας σε έναν κυλινδρικό θάλαμο καύσης χρησιμοποιώντας εξελιγμένες αναλυτικές μεθόδους εμπνευσμένες από τη συμβολική δυναμική και τα πολύπλοκα δίκτυα. ”

Ο θάλαμος καύσης που οι επιστήμονες επέλεξαν να προσομοιώσουν είναι ένα από τα μοντέλα κινητήρες πυραύλων. Ταν σε θέση να εντοπίσουν τη στιγμή μετάβασης από τη σταθερή κατάσταση καύσης στις ταλαντώσεις καύσης και να την απεικονίσουν. Διαπίστωσαν ότι μεγάλες περιοδικές διακυμάνσεις του ρυθμού ροής στο μπεκ καυσίμου επηρεάζουν τη διαδικασία ανάφλεξης, προκαλώντας αλλαγές στον ρυθμό απελευθέρωσης θερμότητας. Οι διακυμάνσεις του ρυθμού απελευθέρωσης θερμότητας συγχρονίζονται με διακυμάνσεις της πίεσης στο εσωτερικό του θαλάμου καύσης και ολόκληρος ο κύκλος συνεχίζεται σε μια σειρά βρόχων ανάδρασης που διατηρούν τις ταλαντώσεις της καύσης.

Επιπλέον, εξετάζοντας ένα χωρικό δίκτυο διακυμάνσεων πίεσης και ρυθμού απελευθέρωσης θερμότητας, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι συστάδες ακουστικών πηγών ενέργειας σχηματίζονται περιοδικά και καταρρέουν στο διατμητικό στρώμα του θαλάμου καύσης. Κοντά στην άκρη του σωλήνα έγχυσης, βοηθώντας περαιτέρω την οδήγηση ταλαντώσεις καύσης.

Αυτά τα αποτελέσματα παρέχουν εύλογες απαντήσεις στο γιατί εμφανίζονται ταλαντώσεις καύσης, αν και είναι ειδικές για κινητήρες πυραύλων υγρού. Ο καθηγητής Gotoda εξηγεί: «Οι ταλαντώσεις καύσης μπορούν να προκαλέσουν θανατηφόρα ζημιά στους θαλάμους καύσης των κινητήρων πυραύλων, των κινητήρων αεροσκαφών και των αεριοστροβίλων για την παραγωγή ενέργειας. Επομένως, η κατανόηση του μηχανισμού με τον οποίο σχηματίζονται οι ταλαντώσεις της καύσης είναι ένα σημαντικό ερευνητικό θέμα. Τα αποτελέσματά μας θα συμβάλουν σημαντικά στην κατανόηση του μηχανισμού ταλαντώσεων καύσης που δημιουργούνται στους κινητήρες υγρών πυραύλων ».

Πράγματι, αυτές οι ανακαλύψεις είναι σημαντικές και αναμένεται να ανοίξουν πόρτες σε νέους δρόμους εξερεύνησης για πρόληψη καύση ταλαντώσεις σε κρίσιμους κινητήρες.


Η ροή καυσίμου και οι διακυμάνσεις της θερμότητας οδηγούν σε επικίνδυνες ταλαντώσεις στους κινητήρες πυραύλων


Περισσότερες πληροφορίες:
Satomi Shima et al, Μηχανισμός σχηματισμού ταλαντώσεων καύσης υψηλής συχνότητας σε πρότυπο θάλαμο καύσης πυραυλοκινητήρα, Φυσική ρευστών (2021). DOI: 10.1063 / 5.0048785

Παραθέτω, αναφορά: Βρείτε την αιτία ενός θανατηφόρου προβλήματος στους θαλάμους καύσης κινητήρων πυραύλων (2021, 2 Αυγούστου) ανακτήθηκε στις 3 Αυγούστου 2021 από https://phys.org/news/2021-08-fatal-problem-rocket- combustors.html

Αυτό το έγγραφο υπόκειται σε πνευματικά δικαιώματα. Εκτός από την εύλογη χρήση για ιδιωτικούς σκοπούς μελέτης ή έρευνας, κανένα μέρος δεν μπορεί να αναπαραχθεί χωρίς γραπτή άδεια. Το περιεχόμενο παρέχεται μόνο για ενημέρωση.

READ  RASA Perseverance της NASA: Παρακολουθήστε τις πρώτες εικόνες της καταγωγής του Άρη τη Δευτέρα

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *