盡管人類擁有非凡的工程能力，但有時完全出乎意料或了解得很少的物理現(xiàn)象會迅速導致災難性的失敗。1959年的布蘭尼夫國際航空公司542航班和1960年的西北東方航空公司710航班就是這種情況，兩架飛機由于稱為“顫振”的機械現(xiàn)象而在空中自發(fā)分解。

在航空航天研究中，顫振通常是指渦輪葉片中不希望的且自持的振動，這些振動很容易失控，與發(fā)動機甚至飛機機翼一起被破壞。顫振仍然是活躍的研究領(lǐng)域，并且是設(shè)計渦輪機時的主要關(guān)注點，這并不奇怪。實際上，在日本航空航天局(JAXA)發(fā)起的旨在設(shè)計高效且環(huán)保的渦輪機的一個項目(高級風扇噴氣發(fā)動機研究：aFJR)中，顫振再次成為人們的關(guān)注焦點。

在《物理評論應用》上發(fā)表的一項新研究中，東京科學大學(TUS)的科學家與JAXA的研究人員合作，解決了開發(fā)一種新穎的方法來早期檢測葉片設(shè)計狀態(tài)下顫振的問題。TUS機械工程系的Hiroshi Gotoda博士(本文的通訊作者)解釋了當前的問題以及他們?nèi)绾谓鉀Q該問題，“級聯(lián)顫振的出現(xiàn)阻礙了先進噴氣發(fā)動機及其早期技術(shù)的發(fā)展。探測是當前航空航天推進工程中的一個長期存在的問題。我們的主要目標是探索一種結(jié)合復雜網(wǎng)絡和同步技術(shù)來檢測級聯(lián)撲的前兆的方法的適用性。”

他們的方法背后的主要思想是，渦輪風扇可以在數(shù)學上建模為相互關(guān)聯(lián)的振蕩器的復雜網(wǎng)絡，而顫動最終是由于越來越多的葉片通過渦輪而產(chǎn)生的越來越多的葉片逐漸同步的結(jié)果。在發(fā)表于《應用物理雜志》上的另一項研究中，該小組探索了一種基于人工智能的方法，該方法使用系統(tǒng)的置換熵從時間序列數(shù)據(jù)中檢測抖動的發(fā)生，這是對隨機性的一種度量。渦輪的復雜動力。在他們目前的工作中，他們證明了基于同步的系統(tǒng)網(wǎng)絡表示形式與刀片的實際振蕩行為密切相關(guān)。

通過在JAXA的Altitude Test Facility進行的實際渦輪機試驗臺上進行的實驗，研究團隊發(fā)現(xiàn)，在顫動發(fā)生之前，一個特定的葉片開始充當網(wǎng)絡中的“中心樞紐”，并且相鄰葉片開始同步振蕩。用它。這種“本地”同步迅速擴展并導致所有刀片的集體同步，從而導致潛在的災難性“波動”。

在這種情況下，如Gotoda博士所述，本研究中提出的系統(tǒng)的網(wǎng)絡表示具有兩個重要目的：“我們證明了兩種本地和全局措施作為級聯(lián)顫振的潛在檢測器的適用性：各個網(wǎng)絡之間的連接強度節(jié)點和網(wǎng)絡的同步參數(shù)。前者可用于指定級聯(lián)顫動發(fā)作的主要葉片。相反，后者的范圍為0到1，更適合于確定此發(fā)作的閾值。”

這些新研究的綜合發(fā)現(xiàn)揭示了撲動的復雜現(xiàn)象，并為航空工程和相關(guān)非線性科學領(lǐng)域的非線性問題的學術(shù)系統(tǒng)化做出了貢獻。它們可能代表了在葉片設(shè)計狀態(tài)下早期檢測顫振發(fā)作的有前途的技術(shù)。TUS和JAXA的這個研究團隊的努力將有助于開發(fā)更安全，更環(huán)保的渦輪機設(shè)計。