¿Por qué hay un agujero en los motores de cohetes sólidos?

Un orificio en el grano de propelente sólido aumenta el área de superficie expuesta y permite una tasa de combustión más alta para aumentar el empuje. Se pueden utilizar varias geometrías de grano para satisfacer las necesidades del perfil de ascenso del vehículo de lanzamiento a través de la regresión de grano y con ello controlar el caudal a medida que se quema el núcleo de propulsor sólido. De Wikipedia sobre Cohete de combustible sólido - Geometría de grano :

El combustible sólido para cohetes se deflagra desde la superficie del propulsor expuesto en la cámara de combustión. De esta manera, la geometría del propulsor dentro del motor cohete juega un papel importante en el rendimiento general del motor. A medida que se quema la superficie del propulsor, la forma evoluciona (un tema de estudio en balística interna), cambiando con mayor frecuencia el área de superficie del propulsor expuesta a los gases de combustión. El caudal másico (kg/s) [y, por tanto, la presión] de los gases de combustión generados es función del área superficial instantánea $A_s$, (m2) y tasa de quemado lineal$b_r$(milisegundo):

$$\dot{m} = \rho \cdot A_s \cdot b_r$$

• $\dot{m}$es aquí una tasa de flujo de masa en kg / s,
• $\rho$es la densidad de masa del fluido,
• $A_s$superficie instantánea y
• $b_r$tasa de quema lineal

Algunas de las geometrías de grano y sus correspondientes curvas de empuje pueden parecerse a los siguientes ejemplos:

     ^{Secciones transversales comunes de núcleos de propelente sólido de geometrías de grano, incluidos orificios circulares, finocyl y no circulares.}

Otros perfiles en uso son una ranura en C (corte de cuña en el costado del núcleo), quemador lunar (orificio circular descentrado), etc. La geometría del grano también puede usar secciones transversales tridimensionales, generalmente logradas apilando segmentos de núcleo perforados de sección transversal bidimensional uno encima del otro. Por ejemplo , los SRB Ariane 5 (EAP P238 y P241) utilizan estos segmentos apilados para lograr un perfil de grano tridimensional, pero hay otros vehículos de lanzamiento que también lo utilizan.

Depende del motor en particular.

El empuje de un cohete sólido es aproximadamente proporcional al área de la superficie de combustión del combustible (también llamado grano ). Un motor de cohete sólido largo con un canal a lo largo de su longitud quema más área de superficie que un motor de "combustión final", por lo que produce más empuje. Por lo general, los propulsores de cohetes sólidos se utilizan para proporcionar niveles muy altos de empuje en el despegue, por lo que se necesita un canal largo en el grano.

Si el canal es un orificio circular simple, el área aumenta a medida que se quema el combustible, lo que hace que el empuje aumente con el tiempo. Por lo general, esto no es lo que desea, porque la masa disminuye a medida que se gasta el combustible, por lo que el cohete acelera demasiado rápido. Por esta razón, se utilizan otros perfiles de grano como se describe en la respuesta de TildalWave para controlar la curva de empuje frente al tiempo.

Los modelos de cohetes generalmente vuelan con una relación empuje-peso mucho más alta que los cohetes orbitales de tamaño completo: los TWR superiores a 5: 1 son comunes para los modelos de cohetes, mientras que los cohetes grandes suelen estar por debajo de 1.5: 1 en el encendido. El grano que se quema al final, por lo tanto, es más que suficiente para ellos.

¿Y por qué no hay un agujero en el medio en los modelos de motores de cohetes?

Los modelos de motores de cohetes están disponibles en muchos "tamaños", que varían en empuje y duración. Una configuración tiene el agujero en el medio. Hacen mucho empuje por poco tiempo. Estos fueron diseñados para ser utilizados en etapas de refuerzo.

Fwoosh en lugar de boom.

Otros señalaron que los modelos de motores pueden o no tener un orificio, y que los orificios pueden o no ser redondos. A eso señalaré que algunos de los agujeros tampoco son cilíndricos. También se utilizan varios conos.

Es para maximizar el empuje, sin duda, pero eso no es solo la velocidad de combustión.

Tienes que tirar la masa lejos (como en separar y quitar, creando una fuerza reactiva) o golpear la masa contra la masa que quieres mover. Los gases que deambulan no ayudan, excepto porque aumentan la eficiencia de las partes que están . (o sucede que golpea la masa apropiadamente)

Por lo tanto, el otro gran problema es dar forma al canal. Con el extremo desnudo de un cilindro en llamas, obtienes empuje, pero la expansión lateral se desperdicia casi por completo. Con la quema desde el centro hacia afuera (o taponado con la boquilla adecuada ), esa expansión lateral aumenta la presión del cuerpo principal del canal y, por lo tanto, el empuje. (Cualquier boquilla utilizada debe ajustarse correctamente para este propósito o se saldrá de inmediato).

Echa un vistazo a "carga en forma" para mayor edificación. Vea también por qué las armas tienen una recámara. Todos estos están vinculados.

(Ed.: Mi amigo señaló que el aislamiento contra quemaduras también es muy importante para evitar la destrucción del eje y también reducir el beneficio de la boquilla).