¿Se podría usar un motor Stirling para bombear propulsores a los motores?

Un motor Stirling es un tipo de motor que convierte la energía térmica en energía mecánica. Aquí se muestra un ejemplo de uno bastante grande.

Sé que este es más o menos el mismo principio que usa un motor de ciclo expansor, pero ¿podría un motor Stirling hacer que un motor de cohete sea más eficiente y más confiable? La tobera del motor podría unirse a la parte de calentamiento del motor Stirling y la energía de rotación podría usarse para impulsar las bombas del motor. ¿También un motor impulsado por Stirling estaría confinado a la misma cantidad limitada de empuje que tiene un motor expansor?

Las turbobombas tienen mucho en común con los motores a reacción que se utilizan en aviones y helicópteros. En tales aplicaciones, la densidad de potencia (tanto en masa como en volumen por unidad de potencia), la confiabilidad y la eficiencia son criterios importantes que influyen en el diseño, y se acepta cierto compromiso en la eficiencia termodinámica por el bien de otros factores. No vemos motores Stirling en los aviones, presumiblemente porque las turbinas funcionan mejor en los factores que más importan. Rocketry pondría un énfasis similar, por lo que favorecería una solución similar.
¿A qué le unirías la parte del radiador? El vacío es un conductor de calor muy pésimo.
Para arrancar el motor es necesario bombear los propulsores a la cámara de combustión antes de que la tobera se caliente y el motor Stirling funcione. Sin un enfriamiento muy eficiente, la cámara de combustión y las paredes de la tobera se destruirían muy rápido.

Respuestas (1)

Probablemente no.

La turbobomba en el Space Merlin 1B produce 1900kW y gira a 22000rpm, por lo que ese es el número que nuestro motor Stirling tendría que superar.

El motor Merlin utilizado por SpaceX tiene una temperatura de cámara de alrededor de 2500 Kelvin y el oxígeno líquido tiene una temperatura de alrededor de 50 Kelvin. La eficiencia de Carnot para esto es

η = 1 − T C T h = 98 %
y los motores stirling tienen una eficiencia del 50%, entonces tenemos una eficiencia del 49%, que es la relación que tenemos entre la temperatura caliente y la potencia producida. Esto significa que para alcanzar los 1900kW de potencia, nuestro motor de primera ley tendría que mover casi 3800kW de potencia. Dependiendo del gradiente de temperatura entre la cámara de empuje y el lado caliente del motor de ley, esto requeriría varios metros cuadrados de superficie .

... a menos que estuviera hablando de motores con tareas de espacio profundo, que no requerían que se moviera tanta masa propulsora por segundo, o tal vez en algún tipo de RCS híbrido. Los caudales bajos (en comparación con los motores a nivel del mar o los motores de segunda etapa) son la clave para hacer que algo como esto funcione. En ese caso, un motor Sterling sellado con fluido de trabajo de gas helio (se podrían usar muchos fluidos de trabajo diferentes...) podría ser justo el boleto, con una eficiencia del 50% directo al eje. Tendrías que incorporar el vacío, pero... idea interesante. Tal vez podrías dejar la adicción hipergólica de las sondas del espacio profundo.
@TB También tendría que hacer girar el motor esterlina con un motor eléctrico antes de obtener suficiente diferencia de temperatura, y sin combustibles criogénicos no obtendría tanta energía, solo estaría calentando lentamente su combustible
¿Se podría usar un motor Stirling para bombear propulsores a los motores?
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