Dado que la mayor parte de la operación de un cohete químico se realiza a diferentes altitudes/presiones que a nivel del suelo, ¿cómo se realizan las pruebas de fuego caliente en tierra para recopilar información útil sobre la eficiencia, el empuje, etc.?
Me imagino que también hay algún proceso de 'ajustar' el empuje, asegurándose de que el vector apunte en una dirección particular, como una rueda de bicicleta. ¿Cómo se confirma esto? Además... ¿cómo se recopila información de una corriente de gases de escape calientes a varios miles de grados?
Tal vez mis suposiciones estén fuera de lugar. Solo curiosidad por saber cuáles son algunos de los procesos de ingeniería reales.
Voy a decirlo directamente, no soy un experto. Pero la primera parte de su pregunta parece relativamente sencilla de responder. Lo más fácil es construir instalaciones de prueba a diferentes altitudes, obtener los datos de rendimiento que busca en cada altitud que pueda y luego extrapolar para cualquier presión atmosférica que necesite más adelante.
Por ejemplo, ISRO tiene una instalación de prueba a gran altitud en Mahendragiri, India (1654 m / 5427 pies), JAXA puede simular condiciones atmosféricas de una altitud de aproximadamente 30 km en su instalación de prueba de alta altitud para motores de cohetes , SpaceX está alquilando una plataforma de lanzamiento en Las Cruces, Nuevo México (4000 pies / 1219 m), DLR tiene una instalación de prueba de simulación de altitud en Lampoldshausen , etc.
El empuje en sí generalmente se mide mediante celdas de carga , que tienen múltiples galgas extensométricas orientadas en diferentes ángulos (generalmente cuatro de ellos, dos en cada lado orientados perpendicularmente entre sí) y convierten las deformaciones (deformación / carga) en señal eléctrica. La colocación de múltiples celdas de carga para medir las cargas de fuerza en el marco rígido del motor del cohete en el que está montado durante la prueba de fuego debería ser suficiente para medir el vector de empuje, ya que puede medir las fuerzas a las que está sujeto cada lado del marco.
El penacho de escape en sí generalmente se mide con múltiples cámaras infrarrojas que registran su firma de calor desde varios ángulos en tiempo real. Todos estos datos se combinarían con datos de una variedad de sensores integrados en el propio motor del cohete, como, por ejemplo, medir la presión de los propulsores en sus inyectores (tasa de inyección), etc.
En una cámara de vacío en Ohio .
La Instalación de Investigación de Propulsión de Naves Espaciales (B-2) de la NASA es la única instalación del mundo capaz de probar vehículos de lanzamiento de etapa superior y motores de cohetes a gran escala en condiciones simuladas de gran altitud.
También está el banco de pruebas A3 en el Centro Espacial Stennis de la NASA, que es capaz de realizar pruebas de fuego en caliente de motores de duración de vuelo (hasta 550 segundos) o (con modificaciones) de etapas a una altitud simulada de 100,000 pies.
El efecto de la presión externa en un motor cohete es la contrapresión en el plano de salida de la tobera. La cámara de combustión está bien aislada por el flujo sónico en la garganta de la boquilla. Los motores de gran altitud tienen boquillas grandes que expanden el gas a una presión por debajo de la atmósfera terrestre. Es una buena aproximación colocar una tobera más pequeña en los motores que operarán a gran altura y probarlos a presión atmosférica. Luego se puede modelar el efecto sobre el rendimiento.
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