¿Qué diferencias existen entre los presurizantes y sus sistemas asociados entre un motor de cohete líquido alimentado a presión y alimentado por bomba?

Existe una necesidad aparente de tener presurizadores tanto en los sistemas alimentados a presión como en los alimentados por bomba. Sin embargo, dado que los sistemas alimentados por bomba pueden crear la presión necesaria, pueden funcionar con menos presurizantes y menores presiones de almacenamiento, lo que hace que los tanques sean más delgados. ¿Qué otras diferencias existen entre estos dos sistemas dentro del contexto de los presurizantes y alguien se preocuparía por explicarlo?

Esta podría ser una pregunta relacionada con "¿Por qué los motores de bomba y de líquido alimentado a presión necesitan operar a altas presiones?"

Respuestas (1)

Si bien tiene razón en su evaluación de "dado que los sistemas alimentados por bomba pueden crear la presión necesaria, pueden funcionar con menos presurizantes y menores presiones de almacenamiento, lo que hace que los tanques sean más delgados", es posible que se pierda el grado en que estos dos difieren. Existen algunas otras preocupaciones, pero son secundarias: el problema principal es la gran diferencia en la presión necesaria.

De suma importancia en la cohetería son el empuje del motor y el impulso específico, ambos dependiendo de la velocidad a la que los gases son expulsados ​​​​de la boquilla, y el empuje también representa la relación de flujo másico. Directamente relacionado con la energía del propulsor obtenido a través de la combustión, que se deriva de la temperatura de combustión y la presión de la cámara de combustión. En resumen, cuanto mayor sea la presión de la cámara, más eficiente y potente será el cohete. Hay algunos factores más para eso, pero este es uno de los más importantes.

Y el combustible y el oxidante deben ser enviados a la cámara, empujados hacia ella a una presión mayor que la presión de la cámara de combustión más cualquier resistencia que creen las tuberías, los inyectores y posiblemente también el sistema de enfriamiento regenerativo.

Para los sistemas alimentados por bomba, el presurizante solo necesita superar la (menor) resistencia de las tuberías entre el tanque y la bomba, incluso menos si la bomba proporciona succión, solo asegurándose de que no haya burbujas de vacío que podrían causar problemas graves, asegurando flujo ininterrumpido sin resistencia, e incluso algo de ayuda de la bomba.

En el sistema alimentado a presión, el presurizante debe superar la presión de la cámara de combustión, además de todas las resistencias en el camino (inyectores, etc.).

Esto dará como resultado que el tanque sea significativamente más resistente, resistiendo una presión equivalente a la de la cámara de combustión en lugar de un aumento simbólico sobre el ambiente, y también limitará severamente la presión de la cámara de combustión y, como resultado, la eficiencia del motor. La tubería corta y resistente entre la bomba y la cámara es mucho, mucho más pequeña que todo el tanque grande, por lo que uno puede permitirse mantenerla mucho más gruesa y duradera, capaz de soportar presiones mucho más altas.

Obviamente, la compensación es el costo, la complejidad y los modos de falla de la bomba. Es un dispositivo muy complejo y costoso que también puede fallar de muchas formas en las que el sistema alimentado a presión no lo haría. (Es cierto que también protege contra algunos modos de falla característicos de los sistemas alimentados por presión).

¿La escala del vehículo justifica el uso de uno sobre el otro? El presurizante siempre será una masa de poco valor pero tiene una mejor confiabilidad y menos posibilidades de falla debido al uso de un sistema más simple. ¿Los presurizantes también ayudan contra el chapoteo y sus efectos dentro de los tanques a medida que se drena el combustible? ¿Cómo se comparan el volumen presurizado y el vacío en un sistema alimentado por bomba?
@RajathPai: Todas muy buenas preguntas que creo que merecen ser formuladas en el sitio y obtener respuestas completas por sí mismas en lugar de lo que pueda caber en los comentarios.
Gracias por la respuesta, y las pondré como preguntas.