Megoldják a rakéta-pusztító hullámok rejtélyét

Évtizedek óta egy különös jelenség okoz fejtörést a rakétatudósoknak, ami hajlamos szinte bármikor egy hajtómű megsemmisüléséhez vezetni.

A tudósok egészen eddig nem rendelkeztek kellő ismerettel a jelenség kialakulásáról, mivel nem sikerült a problémát kontrollált laboratóriumi körülmények között előidézni vagy megvizsgálni, amin most egy szimulátor és egy különleges kameratechnika változtat.

Az általános nézet szerint az égési folyamatot ellátó energia által létrehozott nagyerejű és instabil hullámok felelősek több amerikai és orosz rakéta meghibásodásáért. A tudósok más hajtómű- és energiageneráló rendszerek, például harcászati rakéták és gázturbinák esetében is észlelték ezeket a rejtélyes oszcillációkat. "Ez egy rendkívül kellemetlen jelenség" - mondta Ben Zinn, a Georgia Tech űrrepülő mérnöki karának professzora. "A szóban forgó akusztikus rezgések megsemmisítik a hajtóműveket, miközben nincs elegendő ismeretünk a kialakulásukról. A jelenség láthatóvá tétele egy lépéssel közelebb visz minket a megértéséhez"

A múlt vizsgálatai során már sikerült megfigyelni a probléma kezdeti szakaszait, a kutatók azonban kénytelenek voltak leállítani a hajtóműveket, mielőtt a hullámok teljes egészében kialakultak volna, súlyos károkat okozva a hajtóműben, veszélyeztetve a kutatók testi épségét. A szakemberek nem tudták egyértelműen megfigyelni a vizsgált hajtóművek belsejében végbemenő komplex folyamatokat.


Ben T. Zinn professzor
A Georgia Tech kutatói azonban kifejlesztettek egy folyékony hajtóanyagú rakétahajtómű szimulátort és egy különleges képfeldolgozó technikát, ami segít megoldani a robbanást gerjesztő hanghullámok rejtélyét és kicsit közelebb vinni a tudósokat a jelenség megismeréséhez és megelőzéséhez. A Georgia Tech kutatócsapatának sikerült egyértelműen demonstrálnia, hogy a jelenség olyan akusztikus hullámok formájában ölt alakot, melyek az égéskamrában végzett nagy sebességű forgással gyűjtik össze pusztító erejüket. A megoldáshoz nagyban hozzájárult egy ukrán fizikus, dr. Olekszandr Bibik, a Georgia Tech meghívására érkezett kutató, aki az amerikaiakkal közösen kifejlesztett egy kísérleti képfeldolgozó technikát, ami részletes információt ad a hullámok kialakulásáról és viselkedéséről - anélkül hogy hajtóműveket robbantanának fel.

Először a kutatók elkészítettek egy alacsony nyomású égőkamrát, ami egy valós szimulátorként szolgál a nagyobb rakétahajtóművek számára. Ezután Bibik egy rendkívül nagy sebességű kamera és egy száloptikás szondasorozat kombinálásával vizualizálhatóvá tette a gerjesztett forgó hanghullámok kialakulását és viselkedését a hajtóműben, sőt a módszerrel meghatározhatók a hullámokat gerjesztő körülmények és azok kontrollálása is.

A nagy sebességű kamera a reakció zónát egy szűrő rendszeren keresztül figyeli, ami csak az égési zónában kialakult fény sugárzást engedi a kamera lencséjéig eljutni. Ez a stratégia kizár minden háttér fény interferenciát és tiszta képeket ad a hajtómű körül kialakuló égés- és hanghullámokról. Ezzel egy időben a különböző pontokon elhelyezett száloptikás szondák információt gyűjtenek a reakció során képződő oszcillációkról az égéskamra különböző területein.

Az új technikák alkalmazásával a kutatócsoport felfedezte, hogy a hullámok akkor nyerik a pusztításhoz szükséges energiát, amikor elérik a másodpercenkénti 5000 fordulatot. A szimuláció és a rezgések megfigyelhetősége nagy előrelépés a hullámok kialakulását megelőző technikák kifejlesztésében. A jelenség megismerése biztonságosabb taktikai és űrküldetéseket eredményezhet, illetve dollármilliókat takaríthat meg az égéskamrákat alkalmazó technológiák esetében.