Enfriando un cohete hidrolox con agua

¿Sería eficiente usar agua como refrigerante en un cohete hidrolox y luego alimentar el vapor después de que el agua haya hervido (debido a la transferencia de calor de la boquilla del motor) en la cámara de combustión, para agregar masa a la columna de escape? Corrígeme si me equivoco, pero si la relación empuje/peso de este sistema de refrigerante/empuje es superior a 1, entonces permite una mejora en la eficiencia del cohete.

Respuestas (1)

Funcionaría, pero estaría lejos de ser óptimo.

El calor recuperado de la boquilla daría como resultado un vapor mucho más frío que la temperatura de la cámara de combustión (después de todo, nunca permitimos que la boquilla alcance estas temperaturas, de eso se trata el enfriamiento, por lo que el vapor no se calentaría a temperaturas más altas que la boquilla) . Eso enfriaría los productos de la combustión, lo que resultaría en un menor rendimiento. Además, necesitaríamos usar energía adicional para llevar el hidrógeno líquido a temperaturas de combustión, lo que nuevamente reduce el rendimiento por unidad de masa de combustible.

Usando hidrógeno como refrigerante, matamos dos pájaros de un tiro: mantenemos la boquilla fría y calentamos el hidrógeno para que funcione mejor durante la combustión. La combustión crea energía mucho más que suficiente para evaporar todo el hidrógeno líquido, el oxígeno y calentar el vapor resultante a las temperaturas deseadas, pero todo ayuda: el combustible, que es el refrigerante, devuelve la energía recolectada de la boquilla a la cámara de combustión. luego libera más, quemando. Si usara agua, devolvería la energía de la boquilla, pero luego absorbería más de la combustión ya que es inerte y no puede proporcionar más.

En pocas palabras, si reemplaza el agua con LH2 como refrigerante, está reemplazando el propulsor inerte que no puede producir energía adicional, simplemente transfiéralo de un lugar a otro, con un propulsor que no solo puede transferir la energía de la boquilla sino también producir mucho más.

Gracias por la respuesta rápida y detallada, estoy desarrollando un cohete casero y estaba tratando de evitar el enfriamiento con hidrógeno líquido, para reducir los costos con el uso de agua. ¿Es factible usar refrigeración por agua o terminaría siendo más barato usar el LH2?
@C.Bird: ¿Cohete casero usando LH2? ¿Eres suicida? Incluso gigantes como SpaceX evitan esas cosas, porque es muy difícil y desagradecido de manejar. No solo como refrigerante, también como combustible.
Quizás me quede con el H2 en su forma gaseosa, como con el oxígeno. @SF.
@C.Bird: siga con el óxido nitroso N2O y cualquier combustible sólido o líquido estable a temperatura ambiente. (El combustible/oxidante gaseoso requiere tanques de alta presión y proporciona una relación de masa seca:húmeda muy mala. El óxido nitroso es razonablemente seguro y le dará mucho más oxígeno por kilogramo de tanque+oxidante que el oxígeno gaseoso. Y funciona bien con la mayoría de los sólidos y combustibles líquidos). Además, para la duración del vuelo típica de los cohetes aficionados, simplemente no se molesta en enfriar la boquilla: se quedará sin combustible antes de que la boquilla pierda integridad estructural debido a la temperatura.
Hmm, ok. Gasolina tal vez. Gracias por la info. @SF.
Además, tendrías que llevar el agua.
@PlasmaHH: El agua es un propulsor (= masa de reacción), simplemente no una fuente de energía activa; necesita extraer la energía del combustible/oxidante real. Esta fue una solución válida utilizada con combustibles de producción de energía excesivamente alta y pésima relación de expansión, para transformar una mayor parte de la entrada de calor en salida de propulsión. Hoy en día obsoletos, con combustibles que tienen buena densidad energética y buena relación de expansión, pero si fueras a hacer un cohete de magnesio, termita o acetileno, el agua sería imprescindible.
@SF.: el comentario está dentro del contexto de esta pregunta/respuesta. Como dijiste, funcionaría pero con un rendimiento reducido, y además de eso, agregas un peso adicional, lo que reduce aún más el rendimiento general del sistema.
Enfriando un cohete hidrolox con agua
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