¿Gráficas cuantitativas de v, T, p, vs posición desde la cámara a través de la boquilla hasta el ambiente para algunos motores modernos canónicos?

En esta respuesta, mostré el diagrama esquemático de una boquilla básica de Laval y gráficos representativos de cómo se comportarían la temperatura, la presión y la velocidad.

Se puede usar como una representación aproximada de cómo estos variarían desde la cámara de combustión, a través de la boquilla de expansión y hacia el espacio ambiental, pero no es un ejemplo exacto ni con información cuantitativa.

Acabo de escribir el comentario :

@SteveLinton hay una estimación aproximada de 1500ºC en la respuesta vinculada a la " expansión de la presión de la cámara de ~ 100 atm... ", pero si no se puede encontrar una respuesta con más detalles, eso sin duda sería una nueva pregunta interesante en sí misma. Algunas gráficas cuantitativas de velocidad, temperatura, presión en función de la posición desde la cámara a través de la boquilla y al ambiente para un motor canónico moderno.

Pregunta: ¿ Cómo se verían los gráficos cuantitativos de velocidad, temperatura y presión en función de la posición desde la cámara a través de la boquilla y hacia el ambiente para algunos ejemplos canónicos de motores modernos? Las parcelas deben tener unidades para los ejes verticales.

a continuación: "características del gas a lo largo de una boquilla de Laval , T - temperatura absoluta; p - presión; v - velocidad; M - número de Mach" desde aquí .

características del gas a lo largo de una tobera de Laval

Puedo dar algunos gráficos SSME en varios niveles de potencia, pero no para otros motores.
@OrganicMarble SSME es ciertamente un motor canónico.

Respuestas (1)

Para la SSME:

Le di una oportunidad a esto; Tuve que hacer tantas suposiciones que puede terminar como un ejercicio divertido para mí sin demasiado anclaje en la realidad.

Obtuve la cámara de empuje SSME y la geometría de la boquilla de este documento: Predicciones de rendimiento para una configuración SSME con una garganta agrandada, pero tuve que observarlas a partir de estas gráficas de baja calidad:

ingrese la descripción de la imagen aquí ingrese la descripción de la imagen aquí

Verá algunos tambaleos en las tramas donde no los miré muy bien.

Algunas de las suposiciones y (por qué son malas):

  • Flujo isentrópico en todo (no realmente isentrópico en todo)
  • Utilicé la proporción de calores específicos, también conocida como gamma para vapor (calculé que el escape era aproximadamente 96% vapor, 4% H2 sin quemar; para este tipo de análisis, no vale la pena preocuparse por el 4%)
  • El fluido comienza en reposo en la cámara de combustión (realmente se inyecta a una velocidad no trivial)
  • El proceso de combustión ocurre instantáneamente después de la inyección y requiere longitud cero (no es así)

Proceso de cálculo:

  1. Elija una estación longitudinal (X) y obtenga su radio de los gráficos de geometría
  2. Calcule el área en esa estación y la relación del área usando el área de la garganta
  3. Busque el número de Mach, la relación de presión y la relación de temperatura en los diagramas de flujo isoentrópicos para esa relación de área y gamma. No me esforcé mucho interpolando aquí, solo elegí el más cercano...
  4. Multiplique la presión y la temperatura de estancamiento por la proporción adecuada para obtener el valor en esa estación

Así que dado todo eso, aquí están los resultados.

El eje X en ambos gráficos es la distancia desde la garganta en pulgadas.

El primero muestra la geometría (radio) en verde (eje Y izquierdo, unidades en pulgadas) y la temperatura en violeta (eje Y derecho, unidades en grados R)

ingrese la descripción de la imagen aquí

El segundo muestra la presión en rojo (eje Y izquierdo, unidades de psi) y la velocidad en azul (eje Y derecho, unidades de número de Mach)

ingrese la descripción de la imagen aquí

Entonces, tómalo con una tonelada de sal. Las tendencias deben ser representativas, de todos modos.

Referencias adicionales:

Hoja de cálculo de flujo isentrópico descargada del sitio web de ingeniería de Purdue

Propiedades de la cámara del informe de orientación de SSME .

¡Esto es genial! Gracias por agregar algo de tangibilidad al tema.
Fue divertido armarlo.
Gran respuesta. Cpropep, la herramienta que utilicé en esta respuesta , puede calcular la temperatura y la presión para una relación de área determinada (supersónica y subsónica), incluso con respecto al equilibrio químico cambiante. Puede que no sea demasiado interesante para los motores hidrolox, pero para los hidrocarburos suele ser bastante relevante, especialmente para los motores de baja presión.
@Christoph gracias. Me interesaría repasar esto más tarde y hacerlo más realista, esa herramienta sin duda ayudará.
@OrganicMarble Supongo que el resultado más interesante observado en estos gráficos es la distribución de la presión. Uno puede ver cuán insignificante se vuelve el componente axial del empuje (presión sobre la superficie de la campana) después de la garganta. Es decir, la mayor parte del empuje se debe a la presión en la cámara aguas arriba de la garganta.
¿Gráficas cuantitativas de v, T, p, vs posición desde la cámara a través de la boquilla hasta el ambiente para algunos motores modernos canónicos?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v