Ciencias

Encuentre la causa de un problema fatal con una cámara de combustión con motor de cohete

Esta figura muestra que se genera un gran anillo de vórtice desde el borde del inyector durante la vibración de combustión. Créditos: Satomi Shima, Kosuke Nakamura, Hiroshi Gotoda, Yuya Omichi, Shingo Matsuyama

Un motor de cohete contiene un sistema de combustión confinado que es esencialmente una cámara de combustión. En estas cámaras, la interacción no lineal entre el combustible turbulento y el flujo de oxidante, las ondas sonoras y el calor generado por reacciones químicas provoca un fenómeno inestable llamado “vibración de combustión”. La fuerza de estas vibraciones en el cuerpo de la cámara de combustión (tensión mecánica en la cámara de combustión) es lo suficientemente grande como para amenazar con una falla catastrófica del motor. ¿Cuáles son las causas de estas vibraciones? Aún no se ha encontrado la respuesta.

bueno, marcando el tiempo física de fluidos, El profesor Hiroshi Gotoda, Satomi Shima y Kosuke Nakamura de la Universidad de Ciencias de Tokio, en colaboración con el Dr. Shingo Matsuyama y el Dr. Yuya Omichi de la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón (JAXA), análisis avanzado de series de tiempo basado en sistemas complejos. Encontré el uso de.

El profesor Gotoda explicó su trabajo: “Nuestro principal objetivo es formar vibraciones de combustión de alta frecuencia en combustores cilíndricos utilizando técnicas analíticas avanzadas inspiradas en dinámicas simbólicas y redes complejas. Fue para aclarar el mecanismo físico detrás del mantenimiento. ”

La cámara de combustión que los científicos han elegido simular es uno de los modelos motor de cohete.. Pudieron identificar y visualizar con precisión el momento de transición de condiciones de combustión estables a vibraciones de combustión. Descubrieron que las grandes fluctuaciones en la velocidad de flujo periódica del inyector de combustible afectaban el proceso de encendido, lo que provocaba cambios en las tasas de liberación de calor. Las fluctuaciones en la generación de calor están sincronizadas con las fluctuaciones en la presión en la cámara de combustión, y todo el ciclo continúa en una serie de circuitos de retroalimentación que mantienen las vibraciones de la combustión.

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Además, al examinar la red espacial de fluctuaciones en la tasa de presión y liberación de calor, los investigadores encontraron que grupos de energía sonora se formaban y colapsaban periódicamente en la capa de cizallamiento de la cámara de combustión cerca del borde del tubo de inyección y se quemaban. Descubrimos que ayuda a aumentar aún más las vibraciones.

Estos hallazgos, exclusivos de los motores de cohetes líquidos, proporcionan una respuesta razonable sobre por qué ocurren las vibraciones de combustión. El profesor Gotoda dijo: “La vibración de la combustión puede causar daños fatales a las cámaras de combustión de los motores de los cohetes, los motores de los aviones y las turbinas de gas para la generación de energía, por lo que comprender el mecanismo de formación de las vibraciones de la combustión es un tema de investigación importante. Nuestros resultados contribuyen significativamente a nuestros logros. Comprender el mecanismo de las vibraciones de combustión generadas por los motores de cohetes líquidos. “

De hecho, estos descubrimientos son importantes y se puede esperar que abran la puerta a nuevas rutas de exploración para evitarlos. combustión Vibración importante del motor.


El flujo de combustible y las fluctuaciones de calor causan vibraciones peligrosas en el motor del cohete


Para más información:
Satomi Shima et al., Mecanismo de generación de vibraciones de combustión de alta frecuencia en quemadores de motores de cohetes, física de fluidos (2021). DOI: 10.1063 / 5.0048785

Citar: La causa del fatal problema de la cámara de combustión del motor cohete se descubrió (2 de agosto de 2021) en https://phys.org/news/2021-08-fatal-problem-rocket-combustors.html en 2021. Obtenido del 2 de agosto.

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Prudencia Febo

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