在火箭引擎的研發過程中，必須努力緩解內燃機產生的高頻振盪，否則可能導致結構損壞或陷於不安全的運行條件。不過此前多年，科學家們一直未能深入了解這種振盪產生機理。好消息是，在AIP最新出版的《流體物理學》期刊的一篇文章中，來自東京理科大學和日本宇航研發機構的一支研究團隊，剛剛詳細解釋了在火箭引擎中引起這些振蕩的反饋過程。

研究配圖（來自：Hiroshi Gotoda）

據悉，研究人員構建了一套火箭引擎的燃燒事件模擬模型，且在分析中運用了諸多複雜的技術，包括符號動力學、以及使用複雜網絡來理解振盪行為的轉變。

具體說來是，符號動力學使得科學家們能夠確定表徵燃燒事件的兩個變量之間的行為相似性，結果發現燃料噴射器的流速波動，與燃燒器的放熱率波動存在較強的相關性。

研究作者Hirosh Gotoda 指出：

典型的火箭引擎會使用噴射器將燃料（比如氫氣）和氧化劑（比如氧氣）輸送到燃燒室，接著完成點火和燃燒的動作。

然而未燃燒的氫氧混合物，會在與氫氣和空氣火焰的高溫產物的定期接觸時，導致點火位置的顯著波動。

點火位置的波動，會引發熱釋放率的波動，從而影響燃燒室中的壓力波動。基於此，研究團隊認定了放熱波動與壓力波動是相互同步的。

SCI Tech Daily 指出，燃燒室壓力和放熱率波動的乘積，是用於理解燃燒振蕩起源的一項重要物理量。該乘積大於零的區域，對應於驅動振蕩的聲功率源。

在進一步的研究中，科學家們在註入器邊緣附近的剪切層中發現了動力源。可知它們會突然崩潰，並以周期性的方式重新出現在上游，最終導致燃燒振蕩的產生。

Hirosh Gotoda 補充道：

在內氧化劑和外燃料射流之間的流體動力剪切層區域中，熱聲源簇的重複形成和坍塌，在催生燃燒振動這件事上起著重要的作用。

最後，研究人員認為，他們使用的相關分析方法，將有助於大家更好地理解火箭引擎（以及其它內燃機）中偶然發生的危險振盪。