¿Se ha realizado algún trabajo sobre alternativas a los cojinetes de elementos rodantes en las turbobombas de cohetes?

Específicamente:

  1. Usar algo de gas a alta presión (antes o después de la combustión) como cojinete de fluido.

  2. Un cojinete de levitación magnética superconductor, posiblemente usando combustible como refrigerante.

Cualquier trabajo relacionado también es bienvenido.

Me tomo la libertad de cambiar el título porque, por definición, todos los cojinetes son mecánicos, ya que llevan carga.

Respuestas (1)

Sí, se ha trabajado mucho en esa área. El mejor manual es probablemente el documento que dio inicio a toda la discusión sobre los rodamientos hidrostáticos (esto es lo que quiere decir con "algún gas a alta presión"), " Reddecliff y Vohr, 1969 ". Se ha trabajado mucho desde entonces. Los franceses tenían un banco de pruebas de cojinetes hidrostáticos para el motor de combustión por etapas europeo nunca terminado (TPX/TPTech). Pratt & Whitney quería reemplazar el cojinete del lado de la bomba en una de las turbobombas del transbordador espacial por uno hidrostático, pero tampoco resultó nada.

IHI, el fabricante japonés de turbobombas de cohetes, ha publicado información sobre una turbobomba que quieren vender en el extranjero que usa cojinetes hidrostáticos, por lo que probablemente sean los más avanzados. A menos, por supuesto, que SpaceX use hidrostático, pero por lo que sabemos, sus rodamientos funcionan con polvo de hadas.

También se han estudiado cojinetes magnéticos superconductores .

Aquí están los tres problemas más grandes para estos rodamientos:

  1. La rigidez es pequeña en comparación con los rodamientos de elementos rodantes. Los cojinetes hidrostáticos tienen como máximo una décima parte de la rigidez, los cojinetes magnéticos tal vez solo una centésima o una milésima. Esto significa que la inestabilidad rotordinámica es un gran riesgo de desarrollo, ya que no se puede predecir bien.
  2. Requieren un suministro adicional de propelente, lo que reduce la eficiencia de la turbobomba y aumenta la complejidad.
  3. Los rodamientos de elementos rodantes han hecho grandes avances, por lo que los cohetes prescindibles e incluso algunos reutilizables realmente no tienen necesidad. Las bolas de cojinete de nitruro de silicio junto con las pistas de acero Cronidur endurecido por inducción han hecho que algunos otros componentes del transbordador espacial se vean realmente mal en términos de vida útil.
Gracias, eso es muy interesante. ¿Un rodamiento de este tipo daría una ventaja de eficiencia significativa a la bomba a través de la reducción de la fricción?
No normalmente y no durante la operación nominal, pero por ejemplo, los cojinetes en HM7-b han estado consumiendo una fracción considerable de la potencia de la turbina al agarrotarse varias veces durante cada arranque. Esto se solucionó con una lubricación adicional de los surcos de carrera. Si los cojinetes de elementos rodantes producen tanta fricción, es imposible que se enfríen.
¿Se ha realizado algún trabajo sobre alternativas a los cojinetes de elementos rodantes en las turbobombas de cohetes?
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