propulsión química con combustible y propelente separados?

En la mayoría de los motores de propulsión química, el producto de la quema de combustible y oxidante es el propulsor; en algunos casos, la relación entre los dos no es la ideal, en cuyo caso algún combustible sin quemar también actúa como propulsor.

OTOH, en conceptos como NTR, o con unidades iónicas impulsadas por RTG, los dos conceptos, combustible y propulsor, son completamente distintos. El combustible nuclear proporciona energía; el propelente inerte es la masa de reacción. Otro ejemplo trivial es el de los cohetes aficionados: el cohete de aire comprimido, donde el aire comprimido es el portador de energía, pero el agua expulsada por la presión del aire es el propulsor principal.

Sin embargo, ¿hay algún diseño de propulsión química que use un propulsor de baja densidad de energía (-a ninguno) de una relación de expansión térmica muy alta, junto con combustible y oxidante que cuando se combinan proporcionan mucha energía térmica pero no tanta? ¿Velocidad de escape y/o empuje?

Probablemente no sea lo que quiere decir, pero técnicamente cualquier bipropelente químico donde la relación de mezcla no sea estequiométrica calificaría; Los motores Hydrolox a menudo funcionan a 4: 1-6: 1 en lugar de 8: 1 estequiométrico, por lo que pasa una gran cantidad de hidrógeno sin quemar. yarchive.net/space/rocket/fuels/fuel_rich.html
@RussellBorogove: Mencioné esto en el primer párrafo. Sin embargo, no hay distinción entre combustible y propulsor (nadie decide qué partícula de hidrógeno se quemará). Sin embargo, no me refiero necesariamente a tres tanques separados. El propulsor también podría mezclarse con el combustible o con el oxidante. Solo me refiero a un compuesto en su mayoría inerte que es beneficioso para empujar (y se agrega a propósito, no como un subproducto, como el nitrógeno con NO2 utilizado para oxidar)
Personalmente, estaba pensando en un motor de cohetes para aficionados que usara acetileno y oxígeno (gases de soldadura fácilmente obtenibles) como fuente de energía, además de agua u otro propulsor en su mayoría inerte. El acetileno tiene una densidad de energía excelente pero no produce muchos gases de escape.
Vaya, lo siento, pasé por alto eso.
¿Qué significa "NTR" (no estoy seguro de si eso es lo que estás buscando)? También tenga en cuenta que la inyección de agua en los motores de los aviones (chorros) podría ser un ejemplo de lo que está buscando, aunque, por supuesto, eso no es un cohete.
@Andy Nuclear Thermal Rocket , en resumen: propulsor inerte empujado a través de un reactor nuclear, evaporándose/expandiéndose debido al calor extremo. ISp alrededor de 800, empuje decente, nunca lanzado. Y sí, el agua en los chorros sería un ejemplo perfecto, excepto que no es un cohete :)
Hice algo de lectura. Olvida mi comentario sobre la inyección de agua, estaba equivocado; parece que solo se usa para enfriar el motor (a reacción) para permitir una mayor potencia de despegue. También para los cohetes, sospecho que agregar masa de lastre solo significaría que el escape del cohete le daría algo de su energía química a esta masa, por lo que no habría una ganancia general. (En una suposición.)
@Andy: El motor está limitado por la durabilidad térmica de sus componentes. Con propulsores de muy alta densidad de energía de pésima tasa de expansión, se derretiría. Imagina un cohete propulsado por termitas. Una forma de hacerlo funcionar: agregar agua.
Lo siento, pero no puedo imaginar un propulsor de alta energía con una baja tasa de expansión... por definición, la alta energía es buena por sí sola y no debería haber necesidad de llevar peso adicional. (Para cohetes químicos, eso es).
@Andy: tasa de expansión por unidad de masa, sí. Pero recuerde siempre el límite de durabilidad térmica: solo puede llegar tan alto con la energía antes de que el motor se derrita o explote. Piense en usar acetileno en lugar de queroseno como combustible. El primero producirá considerablemente más energía, aparentemente, un mejor ISp. Pero, en realidad, producirá tanta energía que los sistemas de enfriamiento no podrán manejarla, incluso si bombea todo el LOX a través de las tuberías de enfriamiento alrededor de la boquilla, no se romperá incluso con el calor de la quema de acetileno. Reducir la densidad de energía aquí sería algo bueno.
Permítanme agregar otro ejemplo: O2+2Be->2 BeO. Tiene una tasa de expansión negativa con oxidante gaseoso y un producto en polvo. También tiene una energía específica extrema, la más alta de todas las reacciones químicas.

Respuestas (2)

El cohete V2 usó 75% de etanol / 25% de agua como combustible. Se disponía de etanol más puro, pero las temperaturas de combustión eran demasiado altas; diluir el combustible limitó la temperatura para que el motor pudiera sobrevivir a la quema, pero también cambió las propiedades de empuje del cohete.

Aerojet ha demostrado el aumento de empuje de un NTR (simulado) al inyectar oxígeno líquido en la corriente de H2 caliente en la boquilla de expansión. ISP cae pero aumenta el empuje/peso; la variación de la proporción de masa de LOX permite la aceleración del ISP frente al empuje hasta que se gasta el LOX.

El libro de John D. Clark Ignition! (PDF disponible aquí ) tiene al menos dos ejemplos, aunque en cada caso la combinación de combustible/oxidante proporciona una gran cantidad de empuje por sí sola.

  1. En las páginas 177-179 del libro (páginas 193-195 del PDF), describe algunos trabajos sobre cómo agregar un impulso considerable a un cohete (a costa de un impulso específico) inyectando mercurio líquido (!) en la cámara de combustión (aparentemente , esto surgió de la idea de usar dimetilmercurio (!!!!!) como combustible, que fue rechazada por varias razones, entre ellas la incapacidad de encontrar a alguien dispuesto a suministrarles cantidades suficientes del jugo tóxico de la muerte). Esto redujo el impulso específico hacia abajo, pero proporcionó un aumento de potencia considerable. (Aparentemente, el autor hizo los cálculos para el cohete de inyección de mercurio y presentó la propuesta para tal, con la expectativa de que sus superiores lo rechazaran como una locura; fue aceptado, sin embargo, "y NARTS, horrorizado, se quedó con el trabajo de encender un motor que arrojaba mercurio en medio del condado de Morris, Nueva Jersey". Afortunadamente, fue reasignado a un laboratorio en algún lugar en medio del desierto del suroeste antes de que llegaran a la etapa de disparar la maldita cosa. Lo que, de hecho, proporcionó el aumento de potencia esperado). No se dice cómo se lanzaría algo con un cohete de este tipo sin envenenar a todos en el área estadística micropolitana.
  2. En las páginas 188-189 del libro (204-205 del PDF), describe un cohete de hidrógeno-litio-flúor Rocketdyne que, cuando funcionaba con una proporción estequiométrica de litio-flúor, "e inyectaba hidrógeno para formar el 30 por ciento del flujo másico" (presumiblemente indicando que el hidrógeno estaba destinado principalmente como propulsor, en lugar de reactivo), logró alcanzar un impulso específico de 542 segundos, el impulso específico más alto jamás logrado por un cohete químico ( un récord que aún se mantiene ), presumiblemente debido a tener todo ese hidrógeno muy ligero (y, por lo tanto, de movimiento muy rápido) como propulsor además de tener una reacción muy enérgica para empezar.
¡Hay algunas cosas realmente aterradoras en Ignition! Es, francamente, un libro mucho más aterrador que el Libro de cocina anarquista. dimetilmercurio como combustible. ¡Esa cosa es como la esencia purificada del hedor del suspensorio de Satanás! Con una LD50 de 50 microgramos , es poco saludable usarlo en los lotes de varias toneladas necesarios para alimentar un cohete.
propulsión química con combustible y propelente separados?
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