¿Cómo se comparan los SRB esféricos con los largos y delgados? ¿Cómo son sus curvas de empuje?

La mayoría de los SRB son largos y delgados, probablemente porque la mayoría se usan en la atmósfera baja de la Tierra, donde la resistencia aerodinámica es grande.

Pero aquí hay algunos SRB muy cortos, uno aparentemente esférico excepto por la boquilla en un extremo, del diseño estrecho de la NASA de Spaceflight Now para cohetes para lanzar muestras desde Marte.

Me pregunto si la forma preferida de los SRB siempre estaría más cerca de las esferas que de los lápices si no fuera por la atmósfera de la Tierra, o si estos son cortos y rechonchos debido a la necesidad de empaquetarlos y enviarlos a Marte primero.

Considerando que el área expuesta aumentaría a medida que r 2 para una esfera en comparación con r para un cilindro, ¿tienen curvas de empuje con picos más pronunciados?

ilustración de un concepto para un Mars Ascent Vehicle de combustible sólido de dos etapas, NASA/MSFC

Este diagrama ilustra un concepto para un Mars Ascent Vehicle de combustible sólido y dos etapas. Crédito: NASA/MSFC

ilustración del concepto de cómo el Vehículo de Ascenso a Marte de la NASA que transporta tubos que contienen muestras de roca y suelo podrían lanzarse desde la superficie de Marte, NASA/JPL-Catlech

Esta ilustración muestra un concepto de cómo el Mars Ascent Vehicle de la NASA, que transporta tubos que contienen muestras de rocas y suelo, podría lanzarse desde la superficie de Marte en un paso de la misión de retorno de muestras de Marte. Crédito: NASA/JPL-Catlech

La curva de empuje versus tiempo de un SRM esférico todavía se puede controlar mediante la conformación del grano interior; si comienza perforando un agujero cilíndrico estrecho verticalmente, la longitud del área de combustión disminuye con el tiempo mientras que el diámetro aumenta.

Respuestas (2)

El motor de cohete sólido (SRM) STAR 37 se utilizó como etapa superior para varios vehículos. Era más o menos esférico:

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Su curva de tiempo de empuje se ve así

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Tenía un grano de estrella de 7 puntas. El diseño de grano es realmente lo que establece la curva de tiempo de empuje. Tenga en cuenta el grano de estrella en la parte superior derecha del diagrama aquí de Hill y Peterson "Mechanics and Thermodynamics of Propulsion", tercera impresión, noviembre de 1970, página 385.

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El STAR 48 SRM se utilizó en el sistema PAM de la etapa superior del transbordador, entre muchos otros. No es del todo esférico, pero tiene una curva similar. También utilizó un grano de estrella.

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Fuente AYAME/PAM-D ANÁLISIS DE FALLA DE LA BOQUILLA DEL MOTOR DE ARRANQUE APOGEE

¡Me encantan estos diseños de motores!
@uhoh, hay otro motor descrito en el mismo documento, SVM-2, que tiene una curva de empuje frente a tiempo más en forma de curva de campana, pero no pude encontrar ninguna descripción de su forma de grano, así que lo omití. La calidad del escaneo del documento es bastante pobre en esa parte, por lo que podría haberlo perdido.
La estría visible en la sección transversal de la elevación del Star-48 es interesante; también hay un acanalado similar en el dibujo del SRM iraní que se muestra aquí .
@RussellBorogove las hojas de datos de Thiokol en el documento vinculado llaman al STAR 37 simplemente "estrella" pero al STAR 48 "estrella con ranuras radiales". Tal vez el acanalado es a lo que se refiere el término "ranurado radial".

Me pregunto si la forma preferida de los SRB siempre estaría más cerca de las esferas que de los lápices si no fuera por la atmósfera de la Tierra, o si estos son cortos y rechonchos debido a la necesidad de empaquetarlos y enviarlos a Marte primero.

En igualdad de condiciones, lo que por supuesto nunca es así, las carcasas esféricas darían la mejor relación volumen-peso. Las carcasas de cilindros esféricos y rechonchos son comunes en los SRM de etapa superior, al igual que los tanques de propelente líquido esféricos y rechonchos se ven comúnmente en las etapas superiores. En cuanto al arrastre, el diámetro de una etapa superior ya está "pagado" en gran medida por la etapa inferior, por lo que las etapas superiores relativamente cortas y achaparradas son la regla, lo que tiene beneficios secundarios de ingeniería: menos fideos, conductos y cables más cortos, posiblemente compartiendo herramientas de fuselaje con la primera etapa, y así sucesivamente.

Para SRM muy grandes, no estoy seguro de si las carcasas esféricas serían viables en ausencia de preocupaciones atmosféricas; independientemente de la forma del grano, la velocidad de combustión podría ser terriblemente alta.

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