I motori a razzo contengono sistemi di combustione confinati, che sono essenzialmente camere di combustione. In queste camere, interazioni non lineari tra flussi turbolenti di combustibile e ossidante, onde sonore, e il calore prodotto dalle reazioni chimiche provocano un fenomeno instabile chiamato "oscillazioni di combustione". La forza di queste oscillazioni sul corpo della camera di combustione, lo stress meccanico sulla camera, è sufficientemente elevata da minacciare un guasto catastrofico del motore. Cosa causa queste oscillazioni? La risposta resta da trovare.

Ora, in una svolta, pubblicato in Fisica dei fluidi , un team che include il Prof. Hiroshi Gotoda, Signora Satomi Shima, e il signor Kosuke Nakamura della Tokyo University of Science (TUS), in collaborazione con il Dr. Shingo Matsuyama e il Dr. Yuya Ohmichi della Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA), hanno utilizzato analisi di serie temporali avanzate basate su sistemi complessi per scoprirlo.

Spiegando il loro lavoro, Il prof. Gotoda dice, "Il nostro scopo principale era quello di rivelare il meccanismo fisico alla base della formazione e del mantenimento delle oscillazioni di combustione ad alta frequenza in un combustore cilindrico utilizzando sofisticati metodi analitici ispirati a dinamiche simboliche e reti complesse".

Il combustore che gli scienziati hanno scelto per simulare è uno dei modelli di motori a razzo. Sono stati in grado di individuare il momento di transizione dallo stato di combustione stabile alle oscillazioni di combustione e visualizzarlo. Hanno scoperto che significative fluttuazioni periodiche della velocità del flusso nell'iniettore di carburante influenzano il processo di accensione, con conseguente modifica della velocità di rilascio del calore. Le fluttuazioni della velocità di rilascio del calore si sincronizzano con le fluttuazioni di pressione all'interno del combustore, e l'intero ciclo continua in una serie di anelli di retroazione che sostengono le oscillazioni della combustione.

Inoltre, considerando una rete spaziale di fluttuazioni della velocità di rilascio di calore e pressione, i ricercatori hanno scoperto che i gruppi di fonti di energia acustica si formano periodicamente e collassano nello strato di taglio del combustore vicino al bordo del tubo di iniezione, aiutando ulteriormente a guidare le oscillazioni della combustione.

Questi risultati forniscono risposte ragionevoli sul motivo per cui si verificano oscillazioni di combustione, anche se specifico per i motori a razzo liquido. Il Prof. Gotoda spiega, "Le oscillazioni della combustione possono causare danni mortali ai combustori dei motori a razzo, motori aeronautici, e turbine a gas per la produzione di energia. Perciò, la comprensione del meccanismo di formazione delle oscillazioni di combustione è un importante argomento di ricerca. I nostri risultati contribuiranno notevolmente alla nostra comprensione del meccanismo delle oscillazioni di combustione generate nei motori a razzo liquido".

Infatti, questi risultati sono significativi e ci si può aspettare che aprano le porte a nuove rotte di esplorazione per prevenire le oscillazioni della combustione nei motori critici.