يتكلم المقال عن نتائج بحث جديد يحاول اكتشاف الأسباب الجذرية وراء تكون ذبذبات الاحتراق غير المنتظمة التي تؤدي إلى تعطل محركات الصواريخ.

تحتوي محركات الصواريخ على أنظمة احتراق محصورة ألا وهي غرف الاحتراق. وفي هذه الغرف، تتسبب التفاعلات غير الصافية بين كل من تدفقات الوقود، والتدفقات المؤكسدة، والموجات الصوتية، والحرارة الناتجة عن التفاعلات الكيميائية في حدوث ظاهرة غير مستقرة تسمى “ذبذبات الاحتراق”. إن قوة هذه الذبذبات على جسم غرفة الاحتراق -الضغط الميكانيكي على الغرفة- عالية بما يكفي للتهديد بفشل كارثي للمحرك. ما الذي يسبب هذه الذبذبات؟ يبقى الجواب مجهولاً إلى أن يتم العثور عليه.

وفي اكتشاف جديد نُشر في مجلة فزكس فلويدز العلمية (Physics Fluids)، من قبل فريق يضم الأستاذ هيروشي غوتودا، والسيدة ساتومي شيما، والسيد كوسوكي ناكامورا من جامعة طوكيو للعلوم (TUS)، بالتعاون مع الدكتور شينغو ماتسوياما والدكتور يويا أوهيميتشي من وكالة إيروسبيس اليابانية (JAXA)، استخدم الفريق تحليلات متسلسلة زمنية مطورة تعتمد على أنظمة معقدة للتوصل إلى اكتشافهم.

ويوضح الأستاذ غوتودا: “كان هدفنا الرئيسي هو الكشف عن الآلية الفيزيائية الكامنة خلف تكوين ذبذبات الاحتراق عالية التردد في جهاز الاحتراق الأسطواني باستخدام طرق تحليلية متطورة مستوحاة من الديناميكيات الرمزية والشبكات المعقدة”.

أما المحترق الذي اختاره العلماء للمحاكاة هو أحد نماذج محركات الصواريخ. وتمكنوا من تحديد لحظة الانتقال من حالة الاحتراق المستقرة إلى تذبذبات الاحتراق وتصويرها. ووجدوا أن التقلبات الدورية الكبيرة في سرعة التدفق في حاقن الوقود تؤثر على عملية الاشتعال، مما يؤدي إلى تغييرات في معدل إطلاق الحرارة.  وتتزامن تقلبات معدل إطلاق الحرارة مع تقلبات الضغط داخل غرفة الاحتراق، وتستمر الدورة بأكملها في سلسلة من الحلقات التي تحافظ على ذبذبات الاحتراق.

بالإضافة إلى ذلك، ومن خلال النظر في الشبكة المكانية لتقلبات معدل إطلاق الحرارة والضغط، وجد الباحثون أن مجموعات من مصادر الطاقة الصوتية تتشكل بشكل دوري وتتلاشى في طبقة القص للحارق بالقرب من حافة أنبوب الحقن، مما يساعد على دفع ذبذبات الاحتراق.

توفر هذه النتائج إجابات منطقية عن سبب حدوث ذبذبات الاحتراق الخاصة بمحركات الصواريخ السائلة. ويوضح الأستاذ غوتودا أن “ذبذبات الاحتراق يمكن أن تسبب أضرارًا من شأنها تعطيل أجهزة الاحتراق في محركات الصواريخ والمحركات الهوائية وتوربينات الغاز لتوليد الطاقة. ولذلك، فإن فهم آلية تكوين ذبذبات الاحتراق هام”. وأضاف قائلاً: “ستسهم نتائجنا بشكل كبير في فهمنا لآلية ذبذبات الاحتراق المتولدة في محركات الصواريخ السائلة. فهذه النتائج هامة ومن المتوقع أن تفتح نتائج الدراسة الأبواب لطرق جديدة للاستكشاف لمنع ذبذبات الاحتراق في المحركات الرئيسية.

المصدر: https://phys.org

ترجمة: عبير عبدالله الحقبي

مراجعة: عبد اللطيف الرباح

تويتر: @al3lm