Desafíos que enfrenta la cohetería híbrida

El concepto de cohetería híbrida es muy interesante y parece que tiene muchas ventajas sobre sus antepasados ​​sólidos y líquidos. Pero teniendo solo una idea superficial de los desafíos que impiden su uso generalizado (es decir, la inestabilidad de la combustión y las tasas adversas de regresión del grano) y no queriendo caer en un caso de "lo que ves es todo lo que hay", debo preguntar qué más hay. eso impide que los cohetes híbridos se utilicen para aplicaciones a mayor escala, en lugar de solo paseos suborbitales y esfuerzos de aficionados a pequeña escala.

Sospecho que la respuesta tiene más que ver con la cultura institucional que con el desafío técnico.
Es posible que encuentre interesante este documento Motor de etapa superior híbrido de alto rendimiento (PDF), es una buena lectura con mucha información relevante para su pregunta.
Gracias TidalWave, después de leer que parece que las inestabilidades de la combustión se han solucionado, y los combustibles a base de parafina son ahora el santo grial de los combustibles híbridos debido a sus altas tasas de regresión. Pero todavía veo organizaciones que continúan usando HTPB incluso con sus complejos requisitos de puertos múltiples. Sé que el artículo fue escrito por algunos de los fundadores de SPG, pero ¿los combustibles a base de parafina no son realmente tan buenos como se dice o simplemente son difíciles de fabricar?
Uno de los desafíos sigue siendo la tasa de flujo de oxidante a combustible a medida que se expande la ruta del oxidante a través del grano de combustible. Hice una pregunta sobre la posibilidad de usar técnicas de fabricación aditiva y el uso de perfiles de grano 3D para mejorar la tasa de flujo de O/F y una tasa de combustión más consistente a medida que se consume el combustible del núcleo sólido. que.
Seguramente el problema del cambio O/F se puede resolver aplicando un índice de flujo de oxidante variable para compensar la disminución en el flujo de oxidante a través de la quema. Además, el hecho de que los híbridos puedan funcionar a baja presión en la cámara también debería ser muy atractivo. Estoy muy confundido por qué el advenimiento de los combustibles a base de parafina no trajo un "renacimiento híbrido". Veo que SPG ha estado haciendo muchas pruebas con motores de diferentes tamaños, entonces, ¿es un caso de escalar híbridos a niveles de empuje comercialmente viables lo que está frenando las cosas (es decir, extrapolar resultados a pequeña escala fue demasiado optimista)?
Debe recordar que, dado que no puede regular el flujo de combustible, cualquier aceleración tiene el costo de una combustión no óptima y muy rica en combustible. Los híbridos tienen una clara ventaja sobre los SRB de que se pueden apagar. Pero son malos para reducir parcialmente.

Respuestas (3)

Según este artículo reciente de uno de los socios de Space Propulsion Group , los combustibles a base de parafina dan más empuje a los cohetes híbridos, porque el combustible que está expuesto a la combustión se derrite, se atomiza y queda atrapado en el oxidante que fluye [recuadro]. Esto aumenta el área superficial sobre la cual el combustible puede vaporizarse y reaccionar.

El combustible de cera ofrece más

Más combustible en la mezcla, combustión más rápida, mayor empuje. Esto parece solucionar el problema de la regresión lenta del grano que se observa con otros combustibles híbridos. Dado que esto hace posible la combustión de un solo canal, se puede evitar el diseño problemático de múltiples canales (por lo tanto, más combustible en el cilindro y sin trozos de combustible sueltos durante la combustión). Trabajando con NASA Ames, han obtenido híbridos calientes con LOX y óxido nitroso. Recientemente han estado probando un motor de 56 cm capaz de generar 100.000 newtons de empuje.

Sin embargo, todavía están sujetos a inestabilidades de combustión de baja frecuencia, junto con inestabilidades de alta frecuencia comunes a todo tipo de cohetes. Realmente parpadea como una vela, como puedes ver en este video:

El sitio web de SPG está aquí .

Es un parpadeo visual, pero ¿eso también corresponde a un empuje fluctuante?

Solo una respuesta rápida aquí, pero al hacer una investigación de motores híbridos como parte de una organización estudiantil, creo que también existe el problema de las capas debajo de la capa límite real de cera que se derrite y causa algunas inestabilidades con el grano. Creo que los aditivos como el negro de humo ayudan en este problema al reducir la radiación que se transmite a través de las capas inferiores de la cera, pero me imagino que en cohetes más grandes también se presenta con el tamaño del grano de combustible. No estoy del todo seguro de esto, sin embargo, y todavía soy un estudiante.

En mi opinión, es bastante nuevo. Los cohetes de combustible líquido tienen la ventaja de la gran cantidad de conocimientos generados durante la carrera espacial. Los motores de cohetes de combustible líquido son un problema prácticamente resuelto con respecto a la ciencia. La parte difícil/cara es la ingeniería y la fabricación. Si ya conoce los motores de combustible líquido, entonces los híbridos no aportan mucho. Sin embargo, la verdadera ventaja de los híbridos es su accesibilidad para los aficionados y las nuevas empresas.

Las fuentes para respaldar sus reclamos de accesibilidad mejorarían esta respuesta, por ejemplo, posibles empresas emergentes/pequeños grupos que han integrado con éxito los diseños híbridos en un proyecto.
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