Tasa de producción en masa frente a tasa de consumo en masa en cohetes sólidos

Estuvo de acuerdo en que es difícil dar una respuesta definitiva sin el contexto en el que se utilizan. Pero tomando sus definiciones literalmente en base a la terminología:

• tasa de producción en masa = tasa a la que se genera la masa del gas producto al quemar el propulsor (aquí no se puede "producir" ninguna masa, pero si estamos mirando una boquilla, la masa de interés son los gases producto, que están siendo "producidos" por combustible ardiente

• tasa de consumo de masa = tasa a la que la masa propulsora se convierte en gases de producto (también conocida como la tasa a la que se quema el propulsor)

• tasa de flujo másico = la tasa a la que fluye la masa a través de la boquilla

Según estas definiciones, los dos primeros son iguales si la única masa que expulsa el cohete proviene de los propulsores. (Estoy descuidando intencionalmente los cambios masivos debido a la puesta en escena, ya que esta pregunta es probable en el contexto de motores/boquillas). Esta es una suposición razonable, ya que si está cambiando la masa de un cohete desde cualquier lugar además del propulsor/combustible/oxidante, eso significa que algo anda muy mal (motor derretido, hardware roto, etc.)

Estos dos términos deben ser iguales a la tasa de flujo másico cuando el motor está en operación de estado estable . Si consideramos que el volumen de control es toda la tobera del cohete/cámara de combustión en la superficie del propulsor sólido (de modo que el propulsor no quemado no esté en el volumen de control), entonces, según la conservación de la masa, cualquier "producido" o "consumido" masa es la masa que entra en nuestro volumen de control. Esta masa puede hacer dos cosas: salir de la boquilla fluyendo a través de ella (tasa de flujo másico) o permanecer dentro de alguna parte de la boquilla.

El término estado estacionario indica que el flujo en cualquier punto de la boquilla no varía con el tiempo, lo que significa que una unidad de masa que ingresa a nuestro volumen de control debe salir de él (masa que entra = masa que sale). De lo contrario, tendría una cantidad cambiante de masa en algún punto del volumen de control, que se mostraría como la densidad en algún punto cambiando en función del tiempo (no en estado estacionario). Entonces, en la operación de estado estable, los tres términos serían iguales.

El caso de estado no estacionario es generalmente durante el arranque o el apagado (también durante cualquier momento en que el flujo másico cambia y el sistema sigue respondiendo). El flujo de masa a través de la boquilla es impulsado por la presión de la cámara del motor. Cuando cambia el flujo másico de entrada (controlado por la tasa de combustión del propulsor), el sistema debe alcanzar una nueva presión de equilibrio en la cámara que conduce a que la tasa de flujo másico a través de la boquilla sea igual a la tasa de flujo másico de entrada. Este no es un evento instantáneo, ya que un aumento repentino en el flujo de masa hacia adentro haría que la presión actual de la cámara fuera demasiado baja para expulsar toda la masa, lo que provocaría una acumulación de masa y un aumento en la presión de la cámara hasta que las tasas de flujo de entrada y salida sean iguales.