Les moteurs-fusées contiennent des systèmes de combustion confinés, qui sont essentiellement des chambres de combustion. Dans ces chambres, interactions non linéaires entre les écoulements turbulents de combustible et de comburant, les ondes sonores, et la chaleur produite par les réactions chimiques provoque un phénomène instable appelé "oscillations de combustion". La force de ces oscillations sur le corps de la chambre de combustion - la contrainte mécanique sur la chambre - est suffisamment élevée pour menacer une défaillance catastrophique du moteur. Qu'est-ce qui cause ces oscillations ? La réponse reste à trouver.

Maintenant, dans une percée, Publié dans Physique des fluides , une équipe comprenant le Prof. Hiroshi Gotoda, Mme Satomi Shima, et M. Kosuke Nakamura de l'Université des sciences de Tokyo (TUS), en collaboration avec le Dr Shingo Matsuyama et le Dr Yuya Ohmichi de la Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA), ont utilisé des analyses de séries chronologiques avancées basées sur des systèmes complexes pour le découvrir.

Expliquer leur travail, Le professeur Gotoda dit :"Notre objectif principal était de révéler le mécanisme physique derrière la formation et le maintien des oscillations de combustion à haute fréquence dans une chambre de combustion cylindrique à l'aide de méthodes analytiques sophistiquées inspirées de la dynamique symbolique et des réseaux complexes."

La chambre de combustion que les scientifiques ont choisie pour simuler est l'un des modèles de moteurs de fusée. Ils ont pu localiser le moment de transition de l'état de combustion stable aux oscillations de combustion et le visualiser. Ils ont constaté que d'importantes fluctuations périodiques de la vitesse d'écoulement dans l'injecteur de carburant affectent le processus d'allumage, entraînant des modifications du taux de dégagement de chaleur. Les fluctuations du taux de dégagement de chaleur se synchronisent avec les fluctuations de pression à l'intérieur de la chambre de combustion, et l'ensemble du cycle se poursuit dans une série de boucles de rétroaction qui entretiennent les oscillations de la combustion.

En outre, en considérant un réseau spatial de fluctuations de pression et de taux de dégagement de chaleur, les chercheurs ont découvert que des grappes de sources d'énergie acoustique se forment et s'effondrent périodiquement dans la couche de cisaillement de la chambre de combustion près du bord du tuyau d'injection, aidant davantage à conduire les oscillations de combustion.

Ces résultats fournissent des réponses raisonnables pour expliquer pourquoi les oscillations de combustion se produisent, bien que spécifique aux moteurs de fusée liquide. Le professeur Gotoda explique, "Les oscillations de combustion peuvent causer des dommages mortels aux chambres de combustion des moteurs de fusée, moteurs d'avion, et des turbines à gaz pour la production d'électricité. Par conséquent, comprendre le mécanisme de formation des oscillations de combustion est un sujet de recherche important. Nos résultats contribueront grandement à notre compréhension du mécanisme des oscillations de combustion générées dans les moteurs de fusée à liquide."

En effet, ces découvertes sont importantes et devraient ouvrir la porte à de nouvelles voies d'exploration pour empêcher les oscillations de combustion dans les moteurs critiques.