El ISP de un propelente es importante cuando la masa es el factor limitante; sin embargo, ese no es exactamente el caso cuando se lanza un cohete. Para la primera parte del vuelo, la densidad del propulsor también es importante.
Mayor densidad → más propelente en el mismo tanque → mayor relación de masa → más
Por lo tanto, una mejor métrica para el rendimiento del propulsor durante los primeros km/s es el impulso de densidad . Es fácil notar que la densidad extremadamente baja del hidrógeno líquido (70,8 kg/m³) hace que el metano, el amoníaco y el agua lo superen como propulsor NTR en las primeras etapas del vuelo.
En la búsqueda de un impulso de densidad aún mejor, traté de encontrar metales de alta densidad con un punto de ebullición lo suficientemente bajo. Mercurio y zinc resultaron como posibles candidatos. Por alguna razón, tengo un poco de miedo a la lluvia de mercurio radiactivo, vaporizado y al rojo vivo, así que elijo la galvanización instantánea. El zinc tiene un excelente impulso de densidad. A un valor estimado de 130 s de ISP, la densidad de 7140 kg/m³ implica un impulso de densidad 15 veces mejor que el del hidrógeno y más del doble que el del agua. Además, como el empuje es inversamente proporcional a la velocidad de escape a la misma potencia del reactor, esto también le da al cohete una mejor relación empuje-peso.
Pero, el zinc no es un fluido, entonces me pregunto, ¿es posible tener una mezcla de polvo de zinc y agua o amoníaco como propulsor? ¿Es posible bombear tal mezcla a través del motor y evitar que el reactor se obstruya? ¿Conoces alguna investigación relacionada con esto?
Ejemplo resuelto de impulso de densidad:
Cohete de muestra:
Masa seca: 10.000 kg
Volumen del depósito: 100 m³
Ejemplos de propulsores:
Hidrógeno
Velocidad de escape: 9000 m/s Densidad: 70,8 kg/m³
Agua
Velocidad de escape: 4000 m/s Densidad: 1000 kg/m³
Editar:
siéntase libre de dejar de lado cualquier discusión sobre la viabilidad de usar NTR o los beneficios potenciales de un impulso de alta densidad de su respuesta.
Lo que realmente quiero saber es si es posible bombear polvo metálico a través de un motor cuando se mezcla con agua, amoníaco o metano. Si es posible, ¿cuántas concentraciones de polvo metálico puedo tener y aún así poder bombearlo?
Le sugiero que investigue la química de la barbotina y las lechadas de arcilla. Por ejemplo, la barbotina de porcelana es muy fluida y puede verterse a través de los canales de distribución en los moldes para formar detalles finos, luego se fragua como un sólido débil después de perder solo una pequeña cantidad de agua en el molde poroso. El porcentaje de agua es bastante bajo, las propiedades líquidas provienen del control cuidadoso de las propiedades de la arcilla de porcelana y un pequeño porcentaje de tensioactivos y compuestos lubricantes.
Entonces, en una palabra, sí, puede tener una suspensión líquida a temperatura ambiente compuesta por partículas sólidas, compuestos lubricantes y un porcentaje bastante pequeño de agua u otro líquido portador. SIN EMBARGO, enfrenta problemas de sedimentación y obstrucción. Dado que el contenido de agua es tan bajo, cualquier lugar en el que conduzca un gradiente de densidad, como en el codo de una tubería, hará que los sólidos se asienten y formen una obstrucción.
Si puede considerar los metales líquidos en lugar de una suspensión en particular, hay algunas aleaciones de plomo-bismuto y estaño-bismuto que se funden a 170 °C o menos. Las aleaciones de fundición de zinc se derriten alrededor de 720 °F.
Pensé que estaba loco impulsando la idea del impulso de densidad hasta que recordé que Aerojet demostró impulsar el empuje de la primera etapa en un NTR (simulado) usando inyección de LOX en la entrada de la boquilla. Gran empuje/peso durante la primera parte del vuelo, luego cambia a un modo de alto ISP, bajo empuje/peso una vez que se gasta el aditivo de masa pesada, quedando muy poco peso de tanque parásito.
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