¿Por qué los motores de cohetes que funcionan por encima del 100% a menudo se consideran nominales?

Se llamó la atención de la comunidad que justo antes del accidente de Antares, el comentarista señaló:

"Motores principales al 108%"

Se señaló que también se informó que otros motores funcionaron a niveles superiores al 100 % durante el lanzamiento, como el transbordador espacial que opera al 104 %.

¿Por qué es eso y por qué se considera nominal?

¿Quién es "la comunidad"?
@Lightness Races in Orbit: Puedes encontrarlas aquí . :-)
"Motores principales al 108 %, actitud nominal" me parece que está diciendo dos cosas: los motores del cohete están al 108 % y la actitud del cohete es nominal.
relacionados con la aviación.SE: ¿Cuál es el significado del 104%

Respuestas (3)

El diseño original requería, digamos, 500,000 libras de empuje.

Después de años de desarrollo, ajustes, cambios en el mundo real (bonificaciones, como que la presión del combustible en la línea de toda la longitud del tanque aumenta el rendimiento (SLS tiene una especie de problema con esto)) significa que el motor de producción realmente produce 540,000 libras de empuje.

Por lo tanto, la potencia máxima ahora es del 108%. Es un poco tonto, pero es más fácil mantener las especificaciones que redefinir constantemente el 100 %.

Si dijeran "motores a 500,000 libras de empuje" en lugar de "motores al 100%" no habría necesidad de cambiar.

¿Sería correcto suponer que se refieren a ambos motores en la primera etapa al 108 %? Si no es así, ¿podría tal asimetría en el empuje hacer que el cohete se lanzara fuera del centro?
@Todos Suena como el comienzo de una pregunta separada bastante buena para mí.
@Todos Claramente respondes tu propia pregunta. Pueden tener la opción de probar la aceleración diferencial para controlar la ruta de vuelo, pero supongo que no tienen un control lo suficientemente fino del acelerador para que funcione.
Traté de agregar unidades SI a su publicación, pero Google no da una respuesta para "500000 lbs en newton", ¿podría agregarlas?
@gerrit pruebe la frase de búsqueda "500000 libras-fuerza en newtons".
Las 4,4 libras de fuerza de un newton, por lo que son alrededor de 2,2 millones de newtons.
Creo que los "motores al 108%" serían una configuración de aceleración, no necesariamente un empuje medido. Las pequeñas asimetrías en el empuje del cohete se corregirían estabilizando los motores y las más grandes probablemente se manejarían apagando ambos motores.
100% de empuje es definitivamente una configuración de aceleración, no una medida. Si no recuerdo mal, estos motores pueden operar hasta el 115% del empuje nominal. Sé que los simulamos hasta allí.
¿No hacen lo mismo con los aviones a reacción? ¿Como 104% turboventilador N1 antes de la rotación si se trata de un despegue MTOW?

El 100% suele ser el nivel de potencia en el que las turbomáquinas funcionan con su caudal y presión de diseño (altura), lo que significa que funcionan con la máxima eficiencia.

En el lanzamiento, a menudo es favorable ir por encima de este valor para reducir las pérdidas por gravedad. Aunque la turbomaquinaria no funciona con la máxima eficiencia, el impulso específico también puede aumentar porque el funcionamiento a una presión de cámara más alta reduce la sobreexpansión en la boquilla al nivel del mar.

Pequeño glosario:

  • Presión de la cámara: La presión en la cámara de combustión.

  • sobreexpansión: debido a la disminución de la atmósfera a lo largo de la trayectoria del cohete, la tobera solo es perfecta en un punto de la misión. En el lanzamiento es demasiado grande y en altitud es demasiado pequeño.

  • Impulso específico: Tipo de eficiencia de combustible del motor.

  • Turbo-maquinaria: Las bombas que se utilizan para alimentar los propulsores en la cámara de combustión.

En términos aeronáuticos, la palabra nominal simplemente significa que el componente está funcionando dentro de tolerancias/parámetros aceptables. En otras palabras, significa que el motor está funcionando dentro de una desviación permisible de un valor especificado. La mayoría de las veces, estos se expresan como un porcentaje del valor nominal. Más adelante en el vuelo, es probable que los escuche reducir el empuje (por ejemplo) al 50 % de su valor nominal para reducir las cargas de aceleración a medida que se vacían los tanques de propulsor.

No hay nada sacrosanto en operar al "100%" de ese valor nominal. Es solo un punto de referencia para calcular trayectorias y otros parámetros operativos.

La capacidad de aceleración de un motor (Thrust Magnitude Control (TMC)) permite a los controladores de la misión cambiar el empuje de un motor de cohete individual según sea necesario. Cuando un cohete está sentado en la plataforma de lanzamiento, se necesita un gran cambio en el impulso para ponerlo en marcha. Si el motor está diseñado para operar más allá del valor nominal establecido (en este caso, al 108 %), puede empujar el motor de tal manera que lo lleve a donde debe estar. Tales capacidades son vitales para lograr y mantener las trayectorias necesarias para esa carga y misión específicas.

Otro cambio en el empuje ocurre antes durante el ascenso, cuando se corta significativamente el acelerador para reducir la presión dinámica de la atmósfera. A medida que salen de la atmósfera más densa, vuelven a acelerar hasta que alcanzan la G máxima debido al vaciado de los tanques de combustible.