¿Por qué las formas de estos dos penachos de escape de un Atlas V 411 se ven diferentes?

La configuración del Atlas V 411 es interesante porque hay un solo SRB en un lado de la primera etapa, lo que requiere que los motores principales se vectoricen sustancialmente para mantener el empuje principalmente axial.

La serie de hermosas imágenes en la Galería de fotos de Space Flight Insider : Lanzamiento de OSIRIS-REx de la NASA muestra el lanzamiento nocturno y los detalles del propulsor de un solo lado de la configuración Atlas V 411.

En una imagen, noté que las columnas de escape se expanden de manera diferente: el escape SRB se expande muy bien, pero el escape de los motores principales parece contraerse después de salir. ¿Significa esto que la presión en el escape es en realidad subatmosférica (si coloco un medidor de presión resistente allí, moviéndose a la misma velocidad que el escape leería por debajo de 15 psi?), o se está moviendo tan rápido con respecto a la atmósfera que el " efecto Bernoulli " provoca una caída de presión a través de la interfase, provocando su contracción?

Estoy buscando más que la simple respuesta sobre compromisos en la relación de expansión: me gustaría saber si la presión en el escape de la primera etapa es realmente subatmosférica en un marco que se mueve con el escape mismo.

detalle recortado de una foto del lanzamiento Atlas V 411 de OSIRIS-REx de Space Flight Insider

arriba: detalle recortado de la foto de abajo

una foto del lanzamiento Atlas V 411 de OSIRIS-REx de Space Flight InsiderFoto del lanzamiento del Atlas V 411 de OSIRIS-REx de la fuente Space Flight Insider

No es una respuesta, solo información adicional: el tiempo de encendido del refuerzo es de 90 segundos, el núcleo central 240 segundos. Eso significa que el impulsor se apaga alrededor de los 20 km y nunca funciona por debajo de los 50 mbar de presión ambiental. Parece razonable tener su boquilla en una relación de expansión más baja.

Respuestas (1)

Sí, la presión del escape de la primera etapa siempre es al menos ligeramente inferior a la atmosférica, porque eso da el ISP promedio máximo durante todo el tiempo de combustión. Los cohetes con propulsores adjuntos (etapas paralelas) a menudo funcionan con la presión de escape más baja posible que evita que el flujo se separe de las paredes de la boquilla. Históricamente, se utilizó el criterio de Summerfield , donde la presión mínima en una boquilla debe ser superior a 0,35...0,4*presión atmosférica, pero los diseños más recientes utilizan presiones aún más bajas. Por ejemplo, si no recuerdo mal, el Vulcain 2 fue diseñado utilizando el criterio de Schmucker , que también tiene en cuenta el número de Mach.

Más información

Sigo viendo discusiones sobre la expansión óptima, pero esta es la primera vez que realmente me encuentro cara a cara con el hecho de que el empuje puede tener una fuerza (vector) y una temperatura tan grandes y, sin embargo, tener una presión tan baja. Como hace tanto calor, la densidad debe ser solo un pequeño porcentaje de la densidad atmosférica. ¡Asombroso!
La densidad de los gases de escape también depende de la combinación de propulsores utilizada.
Sí, solo estoy calculando ~0.5X la presión y ~15X la temperatura = " poco por ciento ". Está fuera de equilibrio y una fracción del carbono ya está formando partículas, por lo que es un desastre, pero debe ser mayor al 1% y menor al 10%.
@uhoh Se siente un poco más intuitivo cuando lo conceptualizas como una presión tremendamente alta... en la garganta de la cámara. Todo ese empuje proviene de su expansión a la presión ambiental.
@RyanC: no deseo una guerra de edición, pero nunca he visto que ese motor se refiera a otra cosa que no sea Vulcain, incluso en inglés.
@OrganicMarble El cambio de ortografía que quise hacer fue "criterio" a "criterio". El nombre del motor lo restauraré felizmente.
¿Por qué las formas de estos dos penachos de escape de un Atlas V 411 se ven diferentes?
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