¿Se considera alguna vez el paramagnetismo del oxígeno líquido en el diseño de motores o tanques?

NOTA: Estoy preguntando si alguna vez se considera esta propiedad material. No estoy preguntando "¿ crees que debería ser considerado?". Estoy bastante seguro de que alguien lo ha considerado, y espero encontrar alguna información al respecto: un informe, un artículo, incluso una anécdota. En general, las personas que lanzan cohetes son un grupo extremadamente cauteloso y rara vez piensan " bueno, eso probablemente no importará, así que mejor no lo calculemos ". Uno podría leer este artículo antes de decir que no hay efecto. Buscando en Internet "gratuito" (no detrás de un muro de pago) la susceptibilidad de LOX, encontré un valor de Chi = 0.0035 aquí que no es realmente "pequeño" en absoluto.

En esta respuesta a esta pregunta de física , encontré un enlace a este video de YouTube donde se vierte oxígeno líquido entre los polos de un imán permanente de laboratorio. El oxígeno líquido se pega entre los polos, resistiendo la gravedad y la presión de la ebullición en las superficies de los polos.

¡Estaba tan sorprendido como el chico del video!

Dado que LOX es "magnético" (uso coloquial), ¿hay consideraciones de diseño en el tanque, el transporte y el motor? Los propios componentes pueden tener campos magnéticos, por ejemplo, motores y solenoides. En la "ingravidez" de la órbita, ¿hay alguna interacción significativa entre un tanque lleno parcial de LOX y el campo magnético de la tierra?

Otro video con más LOX "atascados" esta vez (leer más aquí ):

LOX magnético alguien?

A menudo tenemos partes de nuestra nave espacial hechas de hierro. Si eso no es un problema, ¿por qué LOX debería serlo?
XD. No estoy seguro, por lo tanto, sólo un comentario. El hierro y la LOX pueden comportarse de manera diferente [cita requerida].
El LOX representa la mayor parte de la masa de un cohete hasta que casi desaparece. Al ser un líquido, puede responder de maneras que una parte sólida, siendo 1000 veces más liviana y atornillada, no lo hará. Además de los componentes internos de los motores y solenoides, ¿qué partes de sus cohetes son sustancialmente ferromagnéticas?
Bueno, en nuestros análisis del sistema de propulsión del transbordador, consideramos algunos efectos bastante pequeños, como la flotabilidad del ET en la atmósfera sensible, pero no consideramos este efecto. Sin embargo, las bombas y válvulas eléctricas no eran comunes en el sistema de propulsión principal del transbordador. A excepción de algunos solenoides, la mayoría de las válvulas eran neumáticas o hidráulicas. Sin embargo, las bombas que llenaban el ET en la plataforma eran eléctricas.
Encontré un estudio sobre los efectos de aplicar un imán a un motor de cohete: Efecto del paramagnetismo y el diamagnetismo en el rendimiento teórico del cohete . No he encontrado estudios sobre el uso de imanes para el vacío, o la influencia del campo magnético de la Tierra sobre el oxígeno líquido en un tanque en órbita.
Gracias por eso - Voy a echar un vistazo. Creo que abordará principalmente la dinámica de la combustión, en lugar del almacenamiento en frío y el transporte, pero es un buen comienzo. ¡Ullage es una buena decisión! ¡Eso es interesante! Resulta (encontré una caja de sobres en blanco), si uno no tiene mucha prisa, es decir, si no está en medio de la separación de etapas / encendido de segunda etapa, y tiene algo de energía eléctrica de repuesto, LOX ullage es ciertamente posible, y puede ser bastante suave. Desafortunadamente, parece que el H2, el queroseno y la mayoría de los otros combustibles potenciales no serán tan cooperativos.
Gracias por la información @OrganicMarble. Puede ser que se consideró mucho antes y luego se convirtió en un "conocimiento colectivo" general de que no era un problema. La mayoría de los motores y solenoides mantienen su flujo dentro de todos modos. Aún así, parece que debería haber alguna regla general de diseño: no hay campos magnéticos superiores a 1 kg en tanques LOX y líneas de transferencia solo por ejemplo, por precaución.
@Hobbes Sí, esta es más o menos una respuesta de "sí, se ha considerado". ¡Gracias por investigar todas esas otras cosas también!

Respuestas (4)

Consulte este artículo y las fuentes citadas: Simulación de reorientación LOX mediante posicionamiento positivo magnético https://link.springer.com/article/10.1007/BF02908417 Parece que se ha estudiado.

También esto:

El resumen de la simulación aparentemente sin paredes de pago del posicionamiento positivo magnético para sistemas de gestión de fluidos basados ​​en el espacio ( https://doi.org/10.1016/j.mcm.2010.01.002 ) Jeffrey G. Marchetta, Amanda P. Winter, Mathematical and Computer Modelado, 51, (9–10), mayo de 2010, 1202-1212

Los estudios experimentales y computacionales han demostrado que un campo magnético lo suficientemente fuerte puede influir en un líquido susceptible magnéticamente. Una simulación mejorada integra un modelo de campo electromagnético y un modelo de flujo incompresible para predecir la reorientación de fluidos utilizando campos magnéticos realistas. Los campos de flujo se presentan incorporando varios campos magnéticos realistas para verificar y validar la conectividad de los modelos integrados.

Se extraen conclusiones sobre la fidelidad de la simulación integrada en el modelado de flujos de fluidos inducidos magnéticamente. La simulación se utiliza para modelar la aplicación del posicionamiento positivo magnético de LOX en un experimento de gravedad reducida utilizando un campo magnético realista. Se presentan las predicciones del experimento previo al vuelo sobre el rendimiento del campo magnético en la reorientación de LOX y se hacen recomendaciones para el diseño futuro.

El artículo trata de importantes cálculos de dinámica de fluidos magnéticos y describe un experimento de vuelo de aeronave parabólica ORBITEC MFM LOX propuesto .


La foto está tomada en gravedad terrestre. En microgravedad, el LOX intentaría trepar por todo el imán, que probablemente necesitaría ser protegido por el cuarzo.

ingrese la descripción de la imagen aquí

arriba: "Fig. 4. Perfil LOX para un recipiente de cuarzo de 0,0962 m de longitud y 0,0354 m de altura con un 30% de llenado de fluido influenciado por un imán de NdFeB". Desde aquí _

ingrese la descripción de la imagen aquí

arriba: "Fig. 7. Altura de la superficie libre medida a lo largo de la longitud del recipiente de cuarzo". Desde aquí _

¡Oye, eso es fantástico! Así que no estoy loco después de todo, o al menos no soy el único :) No podré leer eso por unos días. Si puede incluir algunas citas usando comillas en bloque (agrega un ">" al comienzo de cada párrafo), eso realmente haría que esta respuesta sea más valiosa.
En realidad, si este es el mismo trabajo o uno similar, también podría considerar agregar este enlace a su respuesta. citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/… Algunas capturas de pantalla de las figuras también serían excelentes. ¡Oh, esto es en 2010 y no es de pago!: sciencedirect.com/science/article/pii/S0895717710000087
Almaadin, es bueno ver que pudiste ayudar al OP, pero para el futuro necesitamos que nuestras respuestas se desarrollen un poco más. Si pudiera traer más información de sus fuentes a esta respuesta, ayudaría a que sea más apropiado para el sitio.
@ named2voyage He agregado algunos. Aunque Almaadin debería haberlo hecho, pensé que sería bueno asegurarme de que los lectores futuros puedan ver algunos detalles detrás de lo que está pasando.

LOX es paramagnético, no completamente magnético. ¿Qué significa eso? Se necesita un imán extremadamente grande para tener algún efecto. La única consideración de diseño que tendría que ocurrir sería no tener un imán poderoso cerca de la válvula de propulsión, o realmente cerca de ella. Esto no serviría para ningún propósito útil y, por lo tanto, no es necesario. El magnetismo de tales materiales paramagnéticos apenas se puede medir con equipos muy sensibles.

Agregué un comentario al comienzo de la pregunta para reiterar que estoy buscando información sobre si se está considerando y no cree que se deba considerar.
El paramagnetismo es lineal, por lo que los efectos son proporcionales. Una declaración como "... un imán extremadamente grande para tener algún efecto" es simplemente incorrecta. Mi pregunta es sobre cómo los ingenieros han abordado esta propiedad material, ya que hay decenas o cientos de toneladas en cuestión. Espero encontrar algunas respuestas de ingeniería que usen matemáticas, y no solo una redacción fuerte. School for Champions tiene información interesante, ¡gracias por eso! Pero para esta pregunta en particular, me gustaría ceñirme a las discusiones cuantitativas.
En los videos, vemos a un maestro levitar gramos de LOX con un imán permanente del salón de clases (sí, el segundo es grande, pero eso es solo para obtener un área de polo más grande). Los campos son probablemente ~5 kilogauss. Esto realmente no concuerda con " apenas medible con equipo muy sensible ": ¡son gramos flotando contra 1G de gravedad! Creo que el problema es que la mayoría de las tablas de susceptibilidad mantienen la temperatura constante, por lo que comparan el oxígeno gaseoso con otros sólidos. El líquido es ~ 1000 veces más denso y, a diferencia del ferromagnetismo, que es un fenómeno colectivo, en su mayoría solo escala con la densidad: átomos por volumen.
...y se escala como 1/T dando otro factor de aproximadamente 3.

Los tanques de oxígeno del Saturno V tenían paletas antiturbulencia para evitar que el lox formara vórtices. Estos se consideraron indeseables tanto para fines de flujo como para evitar campos magnéticos dispersos.

Mi papá dirigía la planta de salmón ahumado en el campo de tiro de Woomera en Australia. Me dijo que las tuberías de lox de los cohetes Blue Streak y Black Knight tenían que estar conectadas a tierra para evitar que las chispas de los campos electromagnéticos desarrollados por el lox fluyeran a través de ellos.

Bueno, al menos no me preocuparía el campo magnético de la Tierra. La razón es la siguiente: hay muchos imanes pequeños a bordo de la ISS, utilizados en cientos de pequeños experimentos. Esos imanes son transportados allí con cohetes. Un imán de nevera típico tiene alrededor de 5 mT, unas 100 veces más fuerte que el campo magnético de la Tierra. Si esos imanes fueran peligrosos de transportar a la estación, no lo habrían hecho.

Además, hay muchas otras piezas magnéticas en un cohete, por ejemplo, las que están hechas de acero. Nunca he oído que el campo magnético de la Tierra cause problemas por eso. Sin embargo, las piezas de metal pequeñas, por supuesto, no son líquidas y no representan la mayor parte de la masa del cohete, por lo que no es necesariamente un argumento válido.

Los imanes alrededor de una tubería pueden aumentar la resistencia en ella, pero como se muestra en el video, los imanes apenas contrarrestan la gravedad normal. Las tuberías son generalmente de alta presión, lo que hace que la fuerza que empuja el LOX sea mucho mayor de lo que pueden resistir los imanes.

¿Se ha considerado alguna vez? Bueno, ahora lo tienes :)

Gracias por su tiempo, pero mi pregunta está redactada cuidadosamente. No estoy preguntando si lo consideraría, estoy preguntando " ¿Se ha considerado alguna vez el paramagnetismo del oxígeno líquido en el diseño de motores o tanques? ". ¡Estoy bastante seguro de que de hecho ha sido considerado! Probablemente se haya hecho más de un cálculo y posiblemente exista un informe. Tampoco debe comparar más de 10 000 kg de un líquido criogénico de misión crítica con un imán de refrigerador.