¿Por qué ningún motor usa bombas oxidantes turboeléctricas?

La mayoría de los motores de cohetes de combustible líquido más grandes ¹ usan turbobombas de combustible y oxidante impulsadas por los gases calientes a alta presión producidos al quemar dicho combustible y oxidante:

• El ciclo del generador de gas quema parte del combustible y el oxidante en su generador de gas del mismo nombre para producir gases calientes a alta presión; estos gases se utilizan luego para impulsar las turbobombas del motor, antes de ser arrojados por la borda.
• El ciclo de combustión por etapas es similar al ciclo del generador de gas, pero los gases del generador de gas (ahora conocido como prequemador ), después de usarse para accionar las turbobombas, se retroalimentan a la cámara de combustión principal en lugar de ser arrojado por la borda.
• El ciclo de derivación de la cámara de combustión impulsa las turbobombas con gases de la cámara de combustión principal, en lugar de usar un generador/prequemador de gas separado.

Las turbobombas de combustible son bastante fáciles de manejar; ^{casi siempre} son impulsados ​​por gases de combustión ricos en combustible, que son amigables con las tuberías del motor y la turbomaquinaria y no presentan riesgo de reaccionar con el combustible si se filtran a través de los sellos de la bomba y entran en contacto con dicho combustible.

Las turbobombas oxidantes , sin embargo, son una bestia muy diferente. Cuando se producen gases de combustión calientes a alta presión para accionar una turbobomba oxidante, existen básicamente tres opciones, cada una con sus propios problemas:

1. El generador de gas puede funcionar en la relación de mezcla estequiométrica (solo el oxidante suficiente para quemar completamente el combustible proporcionado, sin ningún reactivo adicional), que tiene la costumbre de derretir las ruedas de la turbina de la bomba.
2. El generador de gas puede funcionar rico (más combustible y menos oxidante que estequiométricamente), lo que requiere un sellado realmente bueno para evitar que los gases de combustión se filtren a través de los sellos de la bomba, entren en contacto con el oxidante y exploten (o viceversa); esto generalmente requiere el uso de dos juegos de sellos, con el espacio entre los dos lleno con un gas no reactivo ³ a presión positiva en relación tanto con los gases de combustión como con el oxidante.
3. El generador de gas puede funcionar pobremente (menos combustible y más oxidante que estequiométricamente), lo que produce grandes cantidades de gases ricos en oxidante sobrecalentados, que son horriblemente difíciles de manejar, debido a su tendencia a comerse las tuberías del motor y la turbomaquinaria.

La separación física de la bomba del oxidante de la turbomaquinaria que la impulsa permitiría que la turbobomba sea impulsada por gases dóciles ricos en combustible sin necesidad de un complejo sistema de sello purgado con gas; una forma de hacerlo sería utilizar un motor turboeléctricosistema, con la turbina impulsada por gas de combustión impulsando un generador eléctrico y la electricidad resultante se utiliza para impulsar un motor eléctrico que impulsa la turbobomba oxidante. La transmisión eléctrica entre la turbina y la bomba agregaría algo de masa y reduciría ligeramente la eficiencia de la bomba (aunque no mucho: los motores y generadores eléctricos bien diseñados pueden tener eficiencias de conversión muy por encima del 90%), pero eliminaría la necesidad de un complicado y pesado sistema de purga de gas o para equipos de contención y transporte de oxidante sobrecalentado difíciles de diseñar.

¿Por qué los motores de cohetes de combustible líquido, que yo sepa, no utilizan turbobombas oxidantes de accionamiento turboeléctrico?

¹ : Los motores de combustible líquido más pequeños tienden a usar ciclos de expansión o alimentados a presión , que son muy simples pero escalan mal, mientras que el ciclo alimentado por bomba eléctrica más nuevo requiere bancos de baterías pesados ​​para impulsar sus turbobombas.

² : Muy pocos motores utilizan gases de combustión ricos en oxidantes para accionar sus turbobombas de combustible; estos son casi exclusivamente los que ya utilizan gases ricos en comburente para las turbobombas de comburente. Esta disposición es extremadamente poco común, ya que combina las desventajas de los métodos 2 y 3 de accionamiento de turbobomba oxidante sin los beneficios de ninguno de los dos.

³ : Generalmente helio, que es extremadamente ligero y casi completamente inerte (aunque también extremadamente caro).