Hay dos categorías principales de motores de cohetes Cuales son

Hay dos categorías principales de motores de cohetes; Cohetes líquidos y cohetes sólidos. En un cohete líquido, los propelentes, el combustible y el oxidante, se almacenan por separado como líquidos y se bombean a la cámara de combustión de la boquilla donde se produce la combustión. En un cohete sólido, los propelentes se mezclan y se envasan en un cilindro sólido. En condiciones normales de temperatura, los propelentes no se queman; Pero se queman cuando se exponen a una fuente de calor proporcionada por un encendedor. Una vez que empieza la combustión, continúa hasta que todo el propelente se agota. Con un cohete líquido, puede detener el empuje apagando el flujo de propelentes; Pero con un cohete sólido, tienes que destruir la carcasa para detener el motor. Los cohetes líquidos tienden a ser más pesados ​​y más complejos debido a las bombas y tanques de almacenamiento. Los propelentes son cargados en el cohete justo antes del lanzamiento. Un cohete sólido es mucho más fácil de manejar y puede permanecer sentado durante años antes de disparar.

Combustible sólido

En esta diapositiva, mostramos un esquema de un motor de cohete sólido. Los motores de cohetes sólidos se utilizan en los misiles aire-aire y aire-tierra, en los cohetes modelo y como refuerzos para lanzadores de satélites. En un cohete sólido, el combustible y el oxidante se mezclan juntos en un propulsor sólido que se envasa en un cilindro sólido. Un agujero a través del cilindro sirve como una cámara de combustión. Cuando la mezcla se enciende, la combustión tiene lugar en la superficie del propelente. Se genera un frente de llama que se quema en la mezcla. La combustión produce grandes cantidades de gases de escape a alta temperatura y presión. La cantidad de gas de escape que se produce depende de la zona del frente de llama y los diseñadores de motores utilizan una variedad de formas de agujero para controlar el cambio en el empuje de un motor en particular. El gas de escape caliente se hace pasar a través de una boquilla que acelera el flujo. El empuje se produce entonces de acuerdo con la tercera ley de movimiento de Newton.

En esta diapositiva, mostramos un esquema de un motor de cohete sólido. Los motores de cohetes sólidos se utilizan en los misiles aire-aire y aire-tierra, en los cohetes modelo y como refuerzos para lanzadores de satélites. En un cohete sólido, el combustible y el oxidante se mezclan juntos en un propulsor sólido que se envasa en un cilindro sólido. Un agujero a través del cilindro sirve como una cámara de combustión. Cuando la mezcla se enciende, la combustión tiene lugar en la superficie del propelente. Se genera un frente de llama que se quema en la mezcla. La combustión produce grandes cantidades de gases de escape a alta temperatura y presión. La cantidad de gas de escape que se produce depende de la zona del frente de llama y los diseñadores de motores utilizan una variedad de formas de agujero para controlar el cambio en el empuje de un motor en particular. El gas de escape caliente se hace pasar a través de una boquilla que acelera el flujo. El empuje se produce entonces de acuerdo con la tercera ley de movimiento de Newton.

La cantidad de empuje producido por el cohete depende del diseño de la boquilla. El área más pequeña de la sección transversal de la boquilla se denomina garganta de la boquilla. El flujo de escape caliente se estrangula en la garganta, lo que significa que el número de Mach es igual a 1,0 en la garganta y el caudal de masa m punto está determinado por el área de la garganta. La relación de área desde la garganta a la salida Ae establece la velocidad de salida Ve y la presión de salida pe.

Observe que no hay tiempo libre de masa de flujo libre en la ecuación de empuje porque no hay aire externo a bordo. Dado que el oxidante se mezcla en el propulsor, los cohetes sólidos pueden generar empuje en un vacío donde no hay otra fuente de oxígeno. Es por eso que un cohete funcionará en el espacio, donde no hay aire circundante, y una turbina de gas o hélice no funcionará. Los motores de turbina y las hélices dependen de la atmósfera para proporcionar el oxígeno para la combustión y como fluido de trabajo en la generación de empuje.

Propelente líquido

En esta diapositiva, mostramos un esquema de un motor de cohete líquido. Los motores de cohetes líquidos se utilizan en el transbordador espacial para poner a los seres humanos en órbita, en muchos misiles no tripulados para colocar satélites en órbita y en varios aviones de investigación de alta velocidad después de la Segunda Guerra Mundial. En un cohete líquido, el combustible almacenado y el oxidante almacenado son bombeados a una cámara de combustión donde se mezclan y queman. La combustión produce grandes cantidades de gases de escape a alta temperatura y presión. El escape caliente pasa a través de una boquilla que acelera el flujo. El empuje se produce de acuerdo con la tercera ley de movimiento de Newton.

La cantidad de empuje producido por el cohete depende del caudal másico a través del motor, de la velocidad de salida del escape y de la presión en la salida de la boquilla. Todas estas variables dependen del diseño de la boquilla. El área más pequeña de la sección transversal de la boquilla se denomina garganta de la boquilla. El flujo de escape caliente se estrangula en la garganta, lo que significa que el número de Mach es igual a 1,0 en la garganta y el caudal de masa m punto está determinado por el área de la garganta. La relación de área desde la garganta a la salida Ae establece la velocidad de salida Ve y la presión de salida pe. Puede explorar el diseño y operación de una boquilla de cohete con nuestro programa de simulador de empuje interactivo que se ejecuta en su navegador.

La presión de salida es sólo igual a la presión de flujo libre en alguna condición de diseño. Por lo tanto, debemos utilizar la versión más larga de la ecuación de empuje generalizada para describir el empuje del sistema. Si la presión de la corriente libre es dada por p0, la ecuación F del empuje se convierte en:

F = m dot * Ve + (pe - p0) * Ae

Observe que no hay tiempo libre de masa de flujo libre en la ecuación de empuje porque no hay aire externo a bordo. Dado que el oxidante se lleva a bordo del cohete, los cohetes pueden generar empuje en un vacío donde no hay otra fuente de oxígeno. Es por eso que un cohete funcionará en el espacio, donde no hay aire circundante, y una turbina de gas o hélice no funcionará. Los motores de turbina y las hélices dependen de la atmósfera para proporcionar aire como fluido de trabajo para la propulsión y oxígeno en el aire como oxidante para la combustión.

La ecuación de empuje mostrada anteriormente funciona tanto para motores de cohetes líquidos como sólidos. También hay un parámetro de eficiencia llamado impulso específico que funciona para ambos tipos de cohetes y simplifica en gran medida el análisis de rendimiento de los cohetes.

Los detalles de cómo mezclar y quemar el combustible y el oxidante, sin soplar la llama, son muy complejos. ¡Toma a un científico del cohete para calcularlo hacia fuera!

Sistema de almentación

Cámara de combustión

Función: generar gas a alta temperatura y

presión para que pueda ser acelerado en la

tobera

„

Componentes:

„

Matriz de inyectores

„

Sistema de ignición

„

Cámara de reacción

„

En la combustión se libera una cantidad

enorme de energía (~ 30000 MW/m3)

„

Problemas de refrigeración para no dañar la

estructura

Tobera

Un motor de cohete utiliza una boquilla para acelerar el escape caliente para producir el empuje tal como se describe en la tercera ley de movimiento de Newton. La cantidad de empuje producido por el motor depende del caudal másico a través del motor, de la velocidad de salida del flujo y de la presión a la salida del motor. El valor de estas tres variables de flujo está determinado por el diseño de la boquilla del cohete.

A nozzle is a relatively simple device, just a specially shaped tube through which hot gases flow. Rockets typically use a fixed convergent section followed by a fixed divergent section for the design of the nozzle. This nozzle configuration is called a convergent-divergent, or CD, nozzle. In a CD rocket nozzle, the hot exhaust leaves the combustion chamber and converges down to the minimum area, or throat, of the nozzle. The throat size is chosen to choke the flow and set the mass flow rate through the system. The flow in the throat is sonic which means the Mach number is equal to one in the throat. Downstream of the throat, the geometry diverges and the flow is isentropically expanded to a supersonic Mach number that depends on the area ratio of the exit to the throat. The expansion of a supersonic flow causes the static pressure and temperature to decrease from the throat to the exit, so the amount of the expansion also determines the exit pressure and temperature. The exit temperature determines the exit speed of sound, which determines the exit velocity. The exit velocity, pressure, and mass flow through the nozzle determines the amount of thrust produced by the nozzle.

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