¿Dónde actúa el empuje en un motor de cohete y cómo se transfiere a la estructura del cohete?

Un motor de cohete es básicamente un dispositivo que genera una alta presión dentro de la cámara y la diferencia de presión crea una fuerza.

Una boquilla ayuda a acelerar efectivamente el flujo y aumenta el empuje.

Pero, ¿dónde actuaría exactamente la fuerza de empuje? ¿Está en la boquilla, en la parte superior de la cámara de combustión, en todo el cuerpo o en algún otro lugar?

Además, la respuesta puede variar según el tipo de combustible, ya que los motores líquidos y los motores sólidos tienen una construcción diferente.

Finalmente, ¿cómo se transmite la fuerza a toda la estructura del cohete? Una estructura capaz de soportar una carga tan concentrada tiene que ser realmente fuerte y estar bien diseñada. ¿Qué materiales se utilizan generalmente para esto y cuál es el diseño generalmente adoptado?

relacionado (dónde actúa la fuerza de empuje): space.stackexchange.com/questions/18904/…
El empuje generalmente se transfiere a través de la estructura de empuje.

Respuestas (2)

El empuje actúa sobre las paredes de la tobera y de la cámara de combustión en virtud del diferencial de presión que contienen. Usando el RS-25 (SSME) como ejemplo, con ilustraciones de este pdf , puedo resaltar algunos de los componentes.

La página 11 (pdf página 17) muestra el conjunto de rodamientos del cardán, un conjunto de rótula hecho de titanio forjado. Ahí es donde más o menos toda la carga de empuje se transfiere a la estructura de empuje del vehículo.

La página 23 (pdf página 29) muestra el bloque motor IIA, que es el conjunto de la cámara de combustión y la turbobomba. En la parte superior central de la cámara de combustión, puede ver una brida en forma de flor que está atornillada al conjunto del cojinete del cardán y es donde se transfiere la carga desde el conjunto de la cámara de combustión/tobera. También puede ver esto en la página 26 (pdf página 32) y más detalladamente en la página 42 (pdf página 48) -- fíjese en el término "Cono de empuje".

Las páginas 45 y 46 (pdf páginas 51 y 52) muestran el detalle de la cámara de combustión. La carga de la boquilla se envía principalmente a través del anillo de la garganta, excepto que no realmente, porque también está siendo reaccionada por los gases de escape reales presentes en la cámara de combustión. Con toda probabilidad, el anillo de garganta probablemente esté bajo tensión cuando el motor está encendido.

El detalle de la tobera se ve en las paginas 49 y 51 (pdf paginas 55 y 57), se puede ver la brida por donde se une a la camara de combustion en la parte superior de la ilustracion. Las cintas de sombrero reaccionan a las tensiones circulares generadas por la presión dentro de la boquilla y evitan que simplemente explote, al igual que las bandas de hierro de un barril de whisky. La forma cónica (más o menos) de la boquilla significa que el resultado neto de la presión se dirige hacia arriba.

¿Alguna idea de qué fracción de la fuerza que acelera el cohete se transmite realmente a través de la boquilla, en comparación con la de las cámaras de combustión y expansión? ¿Más que un pequeño porcentaje?
No lo sé de antemano, pero podría obtener una aproximación razonable integrando el componente axial de la distribución de presión sobre el área de la boquilla.

La fuerza del motor del cohete se transmite a la estructura del cohete mediante el adaptador de marco de empuje. Este es un marco calificado para manejar los newtons de fuerza creados por el motor.

El esqueleto de carga de la nave espacial se construye sobre el adaptador del marco de empuje y los componentes de la nave espacial se unen al esqueleto.Adaptador de marco de empuje

( fuente de la imagen )

¿Dónde actúa el empuje en un motor de cohete y cómo se transfiere a la estructura del cohete?
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