¿Qué expulsan los cohetes?

Entonces, por ejemplo, para el transbordador espacial, el hidrógeno líquido reaccionará con el oxígeno líquido para producir vapor de agua. ¿Solo sale vapor de agua del cohete? ¿O la masa expulsada será una mezcla de agua e hidrógeno?

Si la masa expulsada es una mezcla, ¿se hace a propósito? ¿O no es posible expulsar agua pura incluso con la relación estequiométrica correcta? ¿Cuál es entonces la mezcla deseada?

Idealmente, solo querría que el vapor de agua fuera expulsado del cohete, ya que expulsar hidrógeno sin reaccionar es desperdiciar una energía preciosa.
en realidad, es más eficiente expulsar hidrógeno y vapor debido a que la velocidad de escape es mayor
Podría ser necesario expulsar hidrógeno y vapor para proteger el motor del cohete de la oxidación. Los metales muy calientes y el vapor tienden a reaccionar produciendo óxidos metálicos e hidrógeno a partir del vapor.
Relacionado (pero no una respuesta completa): space.stackexchange.com/questions/22148/…
@BorisDeletic Los recursos cruciales para los cohetes no son solo el combustible sino también la masa de reacción.

Respuestas (2)

En los motores cohete, el objetivo de la combustión es producir el máximo ISP, es decir, que los gases que salen por la tobera tengan la mayor velocidad posible.

En un escenario típico, cambiar la presión de la cámara no influye mucho en el ISP. Sin embargo, la velocidad de salida está influenciada por el peso molecular de los gases, ya que el mismo número de Mach de salida significa una velocidad más alta para un gas ligero que para un gas pesado.

Esto es parte de la optimización, que en última instancia debería conducir a parámetros de rendimiento óptimos del cohete, no del motor, teniendo en cuenta también otros factores.

Para el hidrógeno, la relación estequiométrica es de 8:1 y la ISP óptima se logra con una relación de mezcla tan baja como 3,5:1, lo que significa que más de la mitad del hidrógeno se expulsa sin quemar. Sin embargo, esto conduciría a tanques de hidrógeno extremadamente grandes y pesados, por lo que una opción óptima será algo intermedio.

Para los combustibles de hidrocarburos, lo mismo es cierto en menor medida. El CO2 es una molécula bastante pesada, por lo que los cohetes también expulsan mucho CO para obtener un ISP más alto.

No creo que la velocidad de salida importe; Creo que el impulso de salida de las moléculas/partículas es importante.
El objetivo no es producir el máximo impulso específico. Es para minimizar el costo de poner en órbita una carga útil, o tal vez para maximizar la masa de la carga útil. Esto bien podría significar usar un impulso específico subóptimo.
Creo que la afirmación de que "el objetivo de la combustión en un motor cohete es expulsar los gases a la máxima velocidad" es válida tal como está, ya que lo aclaro más abajo.
El objetivo de un motor cohete no siempre es maximizar el ISP. Para la primera etapa, el empuje contra el peso es mucho más importante. Un ejemplo extremo son los propulsores de iones que tienen un ISP masivo, pero muy poco empuje. Si ISP fuera lo más importante, entonces usaríamos propulsores de iones en nuestras primeras etapas.
El objetivo de la propia combustión (no del motor) sigue siendo acelerar al máximo los gases.

Básicamente, hacen pruebas en el suelo para determinar la mezcla óptima y usan esa mezcla. Este sitio web muestra algunos de ellos, de los cuales publicaré un gráfico aquí. Tenga en cuenta que estas son proporciones de masa.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Entonces, averigüe cuál debería ser la presión de su cámara y luego mezcle los gases de la manera óptima. Eso a menudo no será una mezcla pura de los dos elementos para hacer una quemadura completa. Para LOX/ LH, el punto óptimo tendrá algunos combustibles sin usar. Para otros combustibles, la mezcla puede favorecer una mezcla diferente a medida que aumenta la presión en general.

Recuerdo haber escuchado que generalmente se usa una mezcla "rica en combustible", IIRC ya que los componentes de combustible no quemados acelerados aumentan ligeramente el empuje. ¿Tienes alguna información sobre esto también?
Se agregó un poco más sobre ese tipo de cosas.
La relación estequiométrica es 8:1 y una relación de mezcla de 6:1 es rica en hidrógeno, no rica en oxígeno, consulte . ¿Puede ser que algo ande mal aquí? ¿Para qué combinación de oxidante de combustible es válido el diagrama?
Tienes razón, suspiro... ¡Eso es lo que me pasa por hacer ciencia espacial a primera hora de la mañana!
@DarkDust, el impulso específico máximo se obtiene cuando el escape tiene el peso molecular más bajo posible. Si el combustible es más liviano que el comburente (p. ej., hidrógeno/oxígeno), querrá combustible sin quemar. Si es al revés (por ejemplo, queroseno/oxígeno), quiere oxidante sin reaccionar (o, en la práctica, combustible parcialmente quemado en forma de monóxido de carbono).
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