Roket motorları, esasında yanma odaları olan kapalı yanma sistemleri içeriyor. Bu odalarda; çalkantılı yakıt ve oksitleyici akışları arasında meydana gelen ve doğrusal olmayan etkileşimler, ses dalgaları ve kimyasal tepkimelerden çıkan ısı, ‘yanma titreşimleri’ şeklinde adlandırılan kararsız bir olguya sebep oluyor. Söz konusu titreşimlerin yanma odası gövdesine uyguladığı kuvvet (oda üzerindeki mekanik baskı), motoru bozabilecek kadar kuvvetli. Peki bu titreşimlere ne sebep oluyor? Cevap bulunmayı bekliyor.
Şimdiyse Physics of Fluids bülteninde yayımlanan devrim niteliğindeki bir çalışmada araştırmacılar, karmaşık sistemlere dayalı gelişmiş zaman dizisi analizleri kullanarak cevabı bulmaya çalışmışlar.
Tokyo Bilim Üniversitesi’nde çalışan eş yazar Profesör Hiroşi Gotoda, çalışmalarını şöyle açıklıyor: “Temel hedefimiz, simgesel dinamikler ve karmaşık ağlardan ilham alan ileri analitik yöntemleri kullanarak, silindirik bir yanma odasındaki yüksek frekanslı yanma titreşimlerinin oluşum ve sürekliliğinin ardında bulunan fiziksel mekanizmayı ortaya çıkarmaktı.”
Bilim insanlarının canlandırma yürütmek üzere seçtiği yanma odası, roket motoru modellerinden biri. Araştırmacılar, dengeli yanma durumundan yanma titreşimlerine geçiş anını belirlemeyi ve bunu görselleştirmeyi başarmış. Yakıt enjektöründeki akışta meydana gelen büyük ve aralıklı hız dalgalanmalarının, ısı yayılım oranında değişimlere yol açtığını bulmuşlar. Isı yayılım oranındaki dalgalanmalar, yanma odasındaki basınç dalgalanmalarıyla eş zamanlı gerçekleşmiş ve tüm döngü, yanma titreşimlerini sürdüren bir dizi geri besleme döngüsüyle devam etmiş.
Buna ek olarak basınç ve ısı yayılım oranındaki dalgalanmaların oluşturduğu mekansal bir ağı da hesaba katan araştırmacılar, enjeksiyon borusunun ağzı yakınında bulunan yanma odasının kesme tabakasında, aralıklı şekilde akustik güç kaynağı kümelerinin oluşup çöktüğünü bulmuşlar.
Bulgular, sıvı roket motorlarına özgü olsa da; yanma titreşimlerinin neden meydana geldiğine ilişkin makul cevaplar sunuyor.
Tokyo Bilim Üniversitesi. Ç: O.
