¿Cuáles son las ventajas de la combustión por etapas rica en oxígeno?

En el contexto de la combustión por etapas, entiendo que la quema rica en oxígeno crea complicaciones asociadas con tener oxidante caliente a alta presión. Algunos motores, en particular la familia RD-170 y RD-180, funcionan con gran cantidad de bueyes. La página de wikipedia para el RD-180 explica esto diciendo:

El motor funciona con una relación oxidante-combustible de 2,72 y emplea un prequemador rico en oxígeno, a diferencia de los típicos diseños estadounidenses ricos en combustible. La termodinámica del ciclo permite que un prequemador rico en oxígeno brinde una mayor relación potencia-peso , pero con el inconveniente de que el oxígeno gaseoso a alta presión y temperatura debe transportarse por todo el motor.

Sin embargo, este bloque no se cita y no he podido encontrar mucho en la forma de corroborar las fuentes. Sin embargo, he encontrado algunos tableros de mensajes que mencionan la acumulación de hollín de improviso, pero de nuevo, no hay muchas lecturas adicionales que pueda encontrar.

¿Alguien puede proporcionar una respuesta concluyente sobre la acumulación de hollín, una explicación de dónde proviene la ventaja de la relación potencia-peso o alguna combinación de los dos?

Observo que LOX es ~ 70% más denso que el queroseno, por lo que obtendría más flujo de masa a través de tuberías más pequeñas / livianas que se vuelven ricas en buey. Las características de expansión gaseosa también serían diferentes, pero no sé cómo se desarrolla eso.
Oh, esa es una toma interesante. Estuve pensando en cómo podría resultar la comparación de densidad, pero nunca pensé en los pesos de las tuberías.
Sí, probablemente sea algo pequeño en comparación con los factores que cubre Organic Marble en su respuesta.
@RussellBorogove Los fluidos de trabajo de mayor densidad conducen a un menor potencial de trabajo en las turbinas. Una mayor densidad es una estafa aquí. La coquización es el gran problema con los prequemadores ricos en combustible. Los cohetes ricos en oxígeno no son particularmente rusos. Los rusos solo hacen combustión por etapas con todo, Occidente solo lo hace con O2/H2.
hola @everyday-astronaut Hace poco vi su video raptor (al menos por tercera vez) en el que menciona la coquización como uno de los factores principales para la selección de metalox. Por curiosidad, ¿fue esta publicación una fuente para ese proyecto o encontraste otras fuentes?

Respuestas (1)

De acuerdo con los prequemadores de alta presión ricos en combustible/oxidante de la NASA-CR 165404 súper detallados y muy informativos , las principales ventajas de los motores de combustión por etapas ricos en oxidante alimentados con hidrocarburos es que "la formación de carbono, la coquización y el logro de la ignición ya no son problemas". (página 133)

Esta útil presentación general del ciclo del motor de cohetes de la clase AAE 539: Propulsión avanzada de cohetes de la Universidad de Purdue también menciona solo el problema de la coquización como una ventaja.

El libro "Progress In Astronautics and Aeronautics: Liquid Rocket Thrust Chambers", extraído en Google Books aquí , puede proporcionar una pista sobre la supuesta ventaja potencia-peso. Muestra un análisis que concluye que para temperaturas de turbina y presiones de descarga de bomba iguales, un ciclo rico en oxidante tiene un aumento del 87% en la presión de la cámara sobre un ciclo rico en combustible. Esto parecería implicar que un motor rico en oxidante más pequeño podría producir el mismo empuje que un motor rico en combustible más grande. Desafortunadamente, el libro solo está extraído allí y no tengo una copia.

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