Varias preguntas y respuestas aquí hablan de relación estequiométrica. Entiendo que es conveniente para la eficiencia (mayor ISP). También leí en alguna parte (no puedo volver a encontrar la referencia, no fue esa ) que no es raro ejecutar una combustión rica en combustible en la cámara de combustión (es decir, menos oxidante que en relación estequiométrica), principalmente por razones de enfriamiento .
Mi pregunta se hace principalmente porque me pregunto por qué la relación estequiométrica parece importante mientras que el combustible rico se implementa comúnmente. Tenga en cuenta que no tengo idea de qué tan rico es el combustible.
Hay varios factores por los que un motor no funcionaría con la relación estequiométrica "ideal" de combustibles. Estas son las dos razones principales por las que los motores de cohetes no funcionarían en la relación "ideal".
Mayor velocidad de escape
Una ecuación que define la velocidad de escape en el sitio web de Richard Nakkas muestra que la masa molecular de los productos de escape termina en el denominador de la ecuación. Esto significa que cuanto más ligero es el producto de escape, más rápida es la velocidad de escape. Por lo tanto, puede ser beneficioso hacer funcionar el motor de manera no estequiométricamente ideal para mantener la masa molecular al mínimo. Esta es la razón por la cual la mayoría de los motores hidrolox funcionan con combustible rico, ya que el hidrógeno es mucho más liviano que el oxígeno, lo que hace que el motor sea más eficiente ya que los productos de combustión contienen mucho más hidrógeno.
Menor temperatura de combustión
Si bien esa misma ecuación definida en el párrafo anterior muestra que una temperatura más alta mejora la eficiencia, una temperatura demasiado alta puede provocar que el motor se dañe y se produzca el proceso de desmontaje rápido. Esta es la razón por la que algunos motores funcionan con una gran cantidad de combustible u oxidante para garantizar que la temperatura de combustión sea ciertamente algo que la cámara y la boquilla puedan manejar.
Según tengo entendido, la combustión estequiométrica libera la mayor cantidad de energía térmica en el escape, pero hay varias razones por las que podría no ser el punto de rendimiento óptimo.
Parte de esa energía térmica se convierte en energía de vibración molecular en lugar de energía de escape dirigida; desea moléculas más simples con menos modos de vibración para minimizar ese factor: H2 en lugar de H2O, por ejemplo, en un cohete de hidrógeno y oxígeno.
Ejecutar estequiométricamente significa quemar más frío, por lo que puede tener un sistema térmico más simple, más liviano o más económico en la cámara y la boquilla. (Los primeros cohetes grandes como V-2 y Redstone en realidad usaban 75% de alcohol con 25% de agua como combustible, simplemente para funcionar bien).
Al quemar combustible rico, puede asegurarse de que una cantidad mínima de oxidante caliente sin quemar esté atacando la cámara y la boquilla mientras el motor está funcionando; en relación estequiométrica, si hubiera una mezcla incompleta del propelente, esto podría causar mucho daño.
Si uno de sus propulsores es significativamente más denso que el otro, su tanque será más compacto cuanto más cambie la relación de mezcla hacia el componente más denso. Desafortunadamente, en la mayoría de los casos el comburente es más denso que el combustible, por lo que esto conduce a una relación rica en comburente, lo cual es incompatible con el punto anterior.
usuario20636
steve linton