¿Cómo es que Black Arrow, que quemaba queroseno, tenía un escape transparente? (parece simplemente "flotar" en las fotos)

Los cohetes de queroseno + LOX tienen columnas de escape grandes y brillantes, al menos en la atmósfera; las segundas etapas son un asunto diferente: ¿ Por qué la llama de la segunda etapa del Falcon 9 es (casi) invisible?

Pero la flecha negra que quema queroseno me parece espeluznante porque parece estar flotando sobre el suelo. Solo después de una inspección cuidadosa puedo detectar un débil resplandor de escape debajo de él en la foto a continuación.

Pregunta: ¿Cómo es que Black Arrow, que quemaba queroseno, tenía un escape transparente? ¿Qué tiene la química que hace que la columna de escape de queroseno sea casi invisible?

De la respuesta de @PearsonArtPhoto a ¿ Se ha puesto en órbita algún cohete desde una superficie plana?

ingrese la descripción de la imagen aquí

De West_Europe/BlackArrow/Gallery de Norbert Brügge (de Space Launch Vehicles ):

De West_Europe/BlackArrow/Gallery de Norbert Brügge http://www.b14643.de/Spacerockets_1/West_Europe/BlackArrow/Gallery/Arrow.htm

¡No usó queroseno, usó miedo a las arañas y serpientes!
Creo que esto probablemente no se pueda responder completamente sin discutir las proporciones de mezcla. Una llama rica en combustible de hidrocarburos (de cadena larga) será bastante brillante, pero una llama pobre estará entre invisible y azul.
Como de costumbre, la exposición lo es todo; este video tiene una breve secuencia en color del vuelo de prueba R0 (alrededor de las 5:40) , que muestra una columna de escape claramente visible, aunque pálida.
@RussellBorogove gracias por el enlace. Es irónico cómo hay un video en color para el fracaso, pero solo en blanco y negro para el éxito. Esa oscilación del balanceo fue muy interesante.
@RussellBorogove excelente video, ¡uno de los mejores!

Respuestas (2)

Por lo general, los motores de queroseno-LOX funcionan con combustible rico, con una proporción de masa de combustible: oxidante de aproximadamente 2,5: 1 (en comparación con 3,5: 1 para la combustión completa), dejando cantidades significativas de hollín de carbón sin quemar en el escape, que brilla de color amarillo como se quema con el oxígeno de la atmósfera .

La relación de masa oxidante:combustible para la combustión completa de queroseno con peróxido de hidrógeno es un poco más de 7:1 (varía con la formulación exacta del combustible).

Los motores Gamma-8 del Black Arrow, sin embargo, funcionaban con menos energía que la mayoría de los motores de queroseno, con una proporción de masa de oxidante de 8:1. El oxidante era peróxido de hidrógeno con una concentración del 85 % (es decir, 15 % de agua), por lo que la proporción real seguiría siendo ligeramente rica en combustible, pero habría mucho menos carbono sin quemar en el escape en comparación con la mayoría de los motores de queroseno-LOX, por lo tanto, poca combustión externa. , y sin penacho amarillo brillante.

¿Cómo sobrevivió a eso? Me gusta mucho la descripción con la que me topé una vez: hacer funcionar un motor de cohete rico en oxígeno tiende a hacer que funcione con un motor rico. ¿O este motor funciona lo suficientemente frío como para que el oxígeno no lo destruya?
Mi respuesta inicial fue de manzanas a naranjas; Estaba considerando la relación estequiométrica queroseno-LOX en lugar de la relación queroseno-H2O2. Dado que el oxidante tiene un 85% de peróxido, creo que el motor todavía funciona con un poco de combustible.
@LorenPechtel definitivamente funciona más frío que un motor oxidado con LOX estequiométrico. Las velocidades de reacción química tienden a depender exponencialmente de la temperatura. Entonces, incluso si el cohete funcionara con un motor rico, la temperatura fría podría haberlo hecho aceptable. (Después de todo, estos motores no son reutilizables, es suficiente si sobreviven algunas pruebas de encendido y el lanzamiento real).

Creo que el Bristol Siddeley Gamma de Wikipedia; Las ventajas de los motores de queroseno/peróxido pueden arrojar algo de luz sobre la luz que falta.

La fórmula de combustión del queroseno y el peróxido de hidrógeno es

C H 2 + 3 H 2 O 2 → C O 2 + 4 H 2 O ,

y puede ver que el escape es principalmente agua, lo que da como resultado una llama limpia y transparente y aumenta el rendimiento de empuje debido a su baja masa molecular.

Por otro lado, LOX y Kerosene es diferente porque la fórmula de combustión es

C H 2 + 1.5 O 2 → C O 2 + H 2 O

con mucha menos agua como escape.

Además, la startup espacial Skyrora está usando la misma combinación que Black Arrow, pero su cohete no se quema tan limpiamente. Creo que esto se debe a que la flecha negra tiene una relación de masa de combustible-oxidante de 8:1, mientras que Skyrora usa una relación de 6:1. Esto se explica con más detalle en la respuesta de Russell .

@duck El escape de agua pura de los motores h2/o2 tiene un brillo azul brillante. Así que debe haber algo más que la cantidad de agua.
¿Podría tener algo que ver con el catalizador que descompone el peróxido de prueba alto? Produce una temperatura mucho más baja que el queroseno y el LOX.
Gracias por la edición; nos estamos acercando, pero "menos agua" o "más CO2" aún no explican por qué uno produce tanta luz brillante y el otro casi nada.
Me di cuenta de que gran parte del peróxido se descompone sin reaccionar con el combustible, por lo que la proporción de 8:1 no era tan extrema como parecía y no tenía el tiempo ni la energía para hacer los cálculos. El balance estequiométrico es de aproximadamente 7.2:1, y el oxidante aquí es solo un 85 % de peróxido, por lo que es una mezcla ligeramente rica (¿~6 %? exceso de combustible, contrariamente a la mezcla habitual de kerolox ~40 % rica), no extremadamente pobre como parecía a primera vista. Respuesta actualizada y restaurada.
@Arsenal, vea el comentario anterior y la respuesta que está buscando.
¿Cómo es que Black Arrow, que quemaba queroseno, tenía un escape transparente? (parece simplemente "flotar" en las fotos)
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