¿Por qué la etapa central del Ariane 5 produce más empuje en el vacío?

Al escuchar un video de YouTube que hablaba sobre el Ariane 5, el narrador notó brevemente de pasada que el motor Vulcain 2 producía más potencia de empuje en el vacío que al nivel del mar. Como no soy un científico espacial, pensé que esto era extraño, así que lo busqué y, de hecho, según la entrada de Wikipedia para el Ariane 5 (captura de pantalla a continuación), la etapa central produce 1390 kN en el vacío y 960 kN al nivel del mar.

¿Por qué es esto? El Vulcain 2 es un motor de hidrógeno líquido con su propio oxidante de oxígeno líquido. Entonces, ¿por qué importaría si está en el vacío o al nivel del mar? ¿O refleja algo más, como el control del acelerador al nivel del mar frente a la órbita baja?

Especificaciones de la etapa principal de Ariane 5

Estás mezclando "potencia" y "empuje". No són la misma cosa. La potencia producida es más o menos constante, pero en la altitud incorrecta, una mayor parte de esa potencia terminará impulsando la expansión lateral del escape, o como calor en el escape, ninguno de los cuales impulsa el cohete.
@SteveLinton: En realidad, la potencia de escape aumenta en el vacío. Los motores de cohetes son motores térmicos, y una atmósfera ambiental evita que los gases de escape se expandan y se enfríen tanto, lo que reduce la eficiencia de Carnot y la potencia mecánica (y el empuje, el impulso específico y casi cualquier otra medida de rendimiento que se pueda imaginar).

Respuestas (1)

Es porque la presión atmosférica ambiental afecta el empuje generado por el motor.

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( Fuente de la imagen )

La tobera de un motor tiene una "altitud de diseño" en la que la presión del escape en el plano de salida coincide con la presión ambiental.

No es solo el Ariane sino todos los motores con toberas de geometría fija. Aquí hay un gráfico que muestra el cambio en el rendimiento del motor H-1.

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Sutton, Rocket Propulsion Elements , 4ª edición, pág. 37

Se han intentado varios trucos, como deslizar "manguitos" sobre la boquilla que descienden y aumentan la relación de área a medida que el vehículo asciende, pero ninguno ha obtenido una amplia aceptación.

Mira esta pregunta De la ecuación de empuje general hacia Tsiolkovsky, ¿cómo explicar la caída de estos términos en el camino? y sus respuestas si quieres algo de matemáticas.

¡Guau! ¿Consume la misma cantidad de combustible para producir más empuje? ¿O la presión atmosférica al nivel del mar produce más "resistencia" que se manifiesta como menos combustible y menos empuje?
@RoboKaren En altitudes bajas, usa el mismo combustible por menos empuje :( El "impulso específico" en el gráfico es una medida de "empuje por cantidad de combustible quemado".
¿Por qué la etapa central del Ariane 5 produce más empuje en el vacío?
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