¿Cómo se mantienen fríos los motores alimentados a presión?

El enfriamiento regenerativo se puede hacer con cohetes alimentados a presión al igual que con cohetes alimentados por bomba, las únicas diferencias son la fuente de la presión que impulsa el combustible (y, a veces, el oxidante) a través de los canales de enfriamiento, y las presiones más bajas que son prácticas cuando todo el tanque debe estar presurizado.

Los motores hipergólicos pueden ser alimentados por presión o por bomba. Algunos propulsores hipergólicos pueden ser problemáticos para su uso como enfriamiento del motor, pero los motores de N2O4/hidracina han usado enfriamiento regenerativo.

Los motores de maniobra orbital (OMEs) del transbordador espacial eran motores hipergólicos alimentados a presión que quemaban tetróxido de nitrógeno y monometilhidracina.

La cámara de combustión se enfrió de forma regenerativa mediante flujo de hidracina. La extensión de la boquilla se enfrió por radiación.

Fuente: Manual de capacitación del sistema de maniobra orbital

Una alternativa al enfriamiento regenerativo es el enfriamiento por película.

El enfriamiento de película se ha utilizado para pequeños propulsores alimentados a presión durante décadas, sobre todo en el Marquardt R4D utilizado en el Módulo de servicio Apollo para el control de actitud; vea la foto a continuación. Este era un motor 490N MMH/Mon que también se ha utilizado en muchos otros programas.

El principio también se ha utilizado en una amplia gama de otros propulsores en el rango de 10 N a 500 N como mínimo y es el enfoque de diseño predeterminado en esta clase.

El principio aproximado de funcionamiento es que el inyector dirige parte del combustible hacia la pared de la cámara de combustión, donde fluye a lo largo de la pared y sale hacia la boquilla. Se evapora en el camino, debido al calor desarrollado por la combustión adyacente del combustible y el oxidante en el centro de la cámara, y al hacerlo mantiene frías las paredes.

Ha habido ejemplos de la vida real de propulsores similares que han tenido problemas de quemado y formación de chorros laterales (es decir, lo último antes de una falla catastrófica) donde esta película no ha cubierto completamente las paredes, tal vez debido a la operación con la relación de mezcla o el trabajo incorrectos. ciclo. Pero en general es un método de enfriamiento extremadamente bien establecido.

En este informe se pueden encontrar más detalles sobre la consideración de los propulsores enfriados por película Marquard para el transbordador espacial RCS: SSRCS

Los motores alimentados a presión de la cuarta etapa (PS4) de PSLV son hipergólicos (MON/MMH) y su cámara de combustión se enfría de forma regenerativa con su boquilla de aleación de Columbium que se enfría por radiación. Son versiones modificadas de los propulsores de control de balanceo de primera etapa PSLV (PS1).

Aquí hay una buena vista de los canales de enfriamiento maquinados en las paredes de la cámara de combustión.

Fuentes de imagen:

https://web.archive.org/web/20210101224749/http://asaco.in/aerospace/precision-cnc-machined-components/

https://web.archive.org/web/20210101224745/http://asaco.in/aerospace/sub-systems-for-aerospace/

https://www.isro.gov.in/sites/default/files/flipping_book/9-Space_India-234_1989/files/assets/basic-html/page-7.html

https://www.isro.gov.in/pslv-upper-stage-engines-ps4-successfully-restarted-space