En un cohete de combustible criogénico, ¿a qué presión se inyecta el combustible en el motor?

La presión en los motores principales del transbordador espacial debe ser muy alta para que el vehículo despegue (con la asistencia del SRB, por supuesto). Con presiones tan altas dentro del motor, ¿cómo se inyecta combustible en el motor? Entiendo que el combustible pasa alrededor del motor para que enfríe la boquilla, para que el escape no lo derrita, y luego hacia el motor. Sin embargo, siempre supuse que la presión del combustible que ingresa al motor debe ser mayor que la presión que ejercen los gases de escape. Si es así, ¿cómo bombea el transbordador combustible a tan alta presión a los motores?

Respuestas (3)

Esto es complicado, pero aquí está la esencia:

El empuje se genera al hacer fluir gas a alta presión en un entorno de menor presión. Este flujo es supersónico, por lo que lo que sucede aguas abajo de la garganta (parte superior de la boquilla) no puede ser detectado por lo que sucede en la cámara de combustión (el sonido es solo una onda de presión). La boquilla es supersónica, la cámara de combustión es subsónica. La boquilla expande el gas para crear la alta presión de estancamiento requerida, principalmente al aumentar la velocidad del gas. Tenga en cuenta que la presión de estancamiento (el valor en el que está pensando) no es solo presión estática, sino que también incluye un componente de velocidad.

Entonces, en resumen, el transbordador no tiene que bombear combustible y oxidante al motor de combustión a una presión más alta que la de la salida de la boquilla porque:

  • No se transmite información de presión desde la salida de la boquilla a la cámara de combustión debido al flujo supersónico en la boquilla.
  • Una gran parte de la presión de salida de la boquilla (presión de estancamiento) proviene de la velocidad de los gases, velocidad creada por la expansión del flujo de gas supersónico.
  • Sin embargo, el combustible y el oxidante se presurizan hasta cierto punto mediante turbobombas para asegurar un suministro positivo a la cámara de combustión.

Espero que esto ayude. La propulsión es un campo muy complicado.

Actualización : la presión de la cámara de combustión principal en los SSME a plena potencia es de aproximadamente 3008 libras por pulgada cuadrada.

Entonces, ¿la fuerza de reacción opuesta se ejerce en la boquilla que no está en la parte superior de la cámara de combustión?
Sí, creo que la reacción de empuje atraviesa las paredes de la boquilla. De hecho, se puede modificar efectivamente el empuje de la tobera de un cohete al inducir la separación de la capa límite en un lado de la tobera, rotando así el vector de empuje.
Vaya, creo que entiendo. Me gustaría poder obtener modelos CAD del motor para poder imprimirlos en 3D y enseñar a los niños cómo funciona todo esto.
Si tiene una impresora 3D, quizás esto le ayude: 3dcadbrowser.com/download.aspx?3dmodel=14607
¡Yatta, hombre, Yatta!
No creo que eso sea del todo correcto. La presión en la cámara de combustión debe ser mayor que la presión en la campana de la boquilla, de lo contrario, se invertiría el flujo de propulsor a través de la garganta. Hay una pérdida constante de presión tanto estática como de estancamiento desde las turbobombas hasta el plano de salida. De hecho, sin una proporción significativa de presiones de 2 a 3 veces en la garganta, el flujo no se ahogará en absoluto. Las turbobombas en los SSME existen precisamente porque si no existieran, el motor no produciría efectivamente empuje.
El flujo en la boquilla es supersónico; por lo tanto, la información de presión no pasa por la garganta desde la boquilla. Sin embargo, eso no significa que no necesite turbobombas, todavía tiene presión que superar en la cámara de combustión.
No creo que esto responda la pregunta. OP pregunta sobre la presión después de la turbobomba y justo antes de los inyectores de combustible. Eso tiene que ser más alto que la presión de la cámara.

El SSME es un motor de cohete de combustión por etapas , lo que significa que una pequeña fracción del flujo de propulsor hacia la cámara de combustión principal se desvía primero a un pequeño prequemador (dos en realidad). Estos prequemadores queman (relativamente) pequeñas cantidades de combustible y comburente para producir gases de escape calientes que se expanden a través de una turbina, que está conectada mecánicamente a una bomba (por lo tanto, turbobomba), que se utiliza para suministrar combustible a alta presión y comburente al sistema principal. cámara de combustión.

El motor real es significativamente más complicado que esto (incluso en un esquema simplificado), pero esta es la premisa básica de cualquier motor alimentado por turbobomba: el gas caliente enciende una turbobomba que bombea el suministro principal de propulsor y lo inyecta en la cámara de combustión. El SSME tiene muchos otros pequeños detalles, como bombas de alta y baja presión, y devuelve los gases de combustión a la cámara principal, en lugar de ventilarlos por la borda como lo hace el RS-68.

Pero la conclusión es que el OP tiene razón. La presión es muy alta en la cámara de combustión, inyectas propulsor en la cámara de combustión al tener una presión aún mayor en la salida de las turbobombas. Almacene en los tanques a una presión más baja, bombee con los turbos, luego recorra el gradiente de presión hasta llegar a la luz azul brillante al final de la boquilla.

esquema SSMEcortesía Wikipedia.

Si desea comprender mejor por qué el propulsor debe estar a alta presión en primer lugar .

Aquí hay un detalle increíble. En el SSME, los gases de escape tanto de la turbina de combustible como de la turbina oxidante van a la cámara de combustión. Eso significa que la presión en los prequemadores que impulsan las turbinas es mucho mayor que la presión de la cámara de combustión principal. Entonces, ¿cómo se inyecta el combustible y el oxidante en los prequemadores? Con muy alta presión. En realidad, hay 3 bombas oxidantes: baja presión, alta presión y prequemador.

Sólo para añadir un poco de perspectiva. La turbobomba de combustible de alta presión opera con una potencia de unos 69.000 HP, y la buey es de 25.000 HP http://www.rocket.com/space-shuttle-main-engine . Entonces, simplemente bombear criogenia a alta presión requiere ~100,000 HP en cada motor de transbordador. (En el orden de 500-1000 motores de automóviles)

En un cohete de combustible criogénico, ¿a qué presión se inyecta el combustible en el motor?
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