En los viejos tiempos, la mayoría de los motores de cohetes no eran acelerables. Creo que el primero fue en realidad el motor de descenso del módulo lunar Apolo.
Pero estoy interesado en motores grandes alimentados por turbobomba que usen RP-1/LOX o LH2/LOX. ¿Por qué es tan difícil hacer que estos se puedan regular? A mi modo de ver, el prequemador que hace funcionar la turbobomba debería poder regularse simplemente variando el flujo de admisión con algunas válvulas.
(Podría tener una impresión equivocada, por supuesto. Tal vez no sea tan difícil, pero nunca necesitaron esto para las etapas de los cohetes y, por lo tanto, ¿no querían agregar una complejidad innecesaria?)
Nota: no necesito un rango enorme como 1% a 100% de empuje. Más como 50% a 100%, o incluso 75% a 100% probablemente estaría bien.
Para que un gran motor de cohete bipropulsor se dispare de manera segura y estable, el combustible y el oxidante deben mezclarse muy bien a una velocidad de flujo y presión altas antes de que se enciendan. De lo contrario, habrá chisporroteos y estallidos, lo cual es muy malo a esa escala.
Además, en muchos motores, una "película" de propulsor sin quemar que fluye a lo largo de las paredes de la tobera es fundamental para el enfriamiento. Necesitas que la película sea uniforme o te quemarás. Cuando se descarga a la atmósfera a niveles bajos de potencia, el flujo de escape tiende a separar un lado de la boquilla y adherirse al otro, provocando un empuje descentrado y un calentamiento puntual indeseable, en lugar de moverse libremente por el medio. Para evitar esta separación de flujo, necesita una boquilla muy corta (que reduce el impulso específico) o una boquilla aeroespiga , de expansión-deflexión u otra boquilla compensadora; generalmente aumentan de peso y no se han investigado ni desarrollado a fondo.
Por lo tanto, el diseño del sistema de inyección de combustible es fundamental y es muy sensible a los caudales. Los diseños de inyectores comunes para motores de líquido grandes se conocen como inyectores de "cabezal de ducha" y, al igual que los cabezales de ducha comunes, si las válvulas propulsoras están parcialmente cerradas, obtendrá un goteo inestable en lugar de un rocío fino y predecible.
Así que los primeros motores en particular fueron diseñados para la estabilidad en un régimen estrecho alrededor de la aceleración máxima.
Los inyectores de pivote como los que se usan en SpaceX Merlin son aparentemente menos sensibles que los inyectores de cabezal de ducha, y el estado del arte en la simulación dinámica de fluidos es mucho mejor hoy que en los años 60, por lo que Merlin es más regulable que algunos, y puede acelerar sobre un amplio rango. La revisión de octubre de 2015 de la guía del usuario de Falcon 9 afirma un 70 %-100 % de estrangulamiento para los Merlin de primera etapa, pero entre un 39 % y un 100 % para el Merlin Vacuum de segunda etapa; esto sugiere que los problemas de flujo de la boquilla (muy reducido fuera de la atmósfera) son el factor limitante en lugar de la estabilidad de la cámara.
Las publicaciones de Usenet de Henry Spencer, como siempre, tienen buena información:
Estos indican que la limitación del 70 % al 100 % es relativamente fácil de lograr, y el desafío es llegar muy por debajo de eso.
Sin embargo, este estudio de la NASA sobre estrangulamiento profundo (¿2010?) es más optimista y sugiere que los rangos de 4:1 (es decir, 25 %-100 %) son fáciles de lograr con pequeñas modificaciones en los motores de empuje fijo. Menciona en particular:
Un grupo de lanzadores modernos usan motores con una capacidad sustancial de estrangulamiento, que se utilizan para reducir el estrés aerodinámico en torno a la Q máxima y/o la fuerza g excesiva al final de la ejecución de la primera etapa cuando los tanques de combustible están casi vacíos:
Mármol Orgánico
McCoy Pauley