Plomería del motor cohete: Todavía no entiendo el ciclo de combustión por etapas de flujo completo

Acabo de encontrar este increíble video KSP Doesn't Teach: Rocket Engine Plumbing y lo revisé varias veces. Es muy útil en la forma en que describe primero los diversos problemas y luego diseña los diseños que los abordan.

Para un motor de ciclo de combustión por etapas de flujo completo , hay dos cámaras de combustión que accionan dos turbinas; uno para impulsar la bomba de combustible y el otro para impulsar la bomba de oxidante. Esta solución de "dos ejes" resuelve los problemas que pueden causar los sellos con fugas, como se explica en el video.

Si entiendo correctamente, estas cámaras de combustión funcionan con combustible rico o rico en oxidante para que puedan entregar suficiente potencia sin funcionar tan calientes que la turbina no pueda manejarlo. Al correr a ambos lados de la mezcla óptima, el gas no utilizado aún se expande y produce energía al absorber parte del calor generado por los gases que reaccionan. Y dado que el sistema está cerrado, se usa más tarde de todos modos.

Pero todavía tengo problemas para entender este diagrama. Si tanto el comburente como el combustible son criogénicos, ¿por qué solo se precalienta el combustible? ¿Y hay alimentaciones adicionales de propulsor desde las bombas a la cámara de combustión principal, o TODO el propulsor ingresa a través de las turbinas en forma de escape quemado incompletamente de las dos cámaras de combustión más pequeñas?

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¿El problema de los sellos con fugas realmente justifica un prequemador adicional y todo el problema de canalizar gas rico en oxígeno corrosivo y caliente? Seguramente es más sencillo diseñar un sello súper bueno, ¿no?
@ user3596218 esa es una pregunta interesante: ¿por qué no publicarla como una pregunta separada? Eso hará que sea más fácil para alguien encontrarlo y luego escribir una respuesta. Un comentario aquí probablemente no será muy notado.

Respuestas (1)

1) Si tanto el comburente como el combustible son criogénicos, ¿por qué solo se precalienta el combustible?

Supongo que estás hablando del H2 que fluye a través de la boquilla. Lo tienes un poco al revés. Esto es para enfriar la boquilla, no para calentar el hidrógeno (aunque ambas cosas suceden, por supuesto) y el H2 es un gran agente de transferencia de calor .

2) ¿Y hay alimentaciones adicionales de propulsor desde las bombas a la cámara de combustión principal, o TODO el propulsor ingresa a través de las turbinas en forma de gases de escape quemados de forma incompleta desde las dos cámaras de combustión más pequeñas?

El punto central del ciclo de combustión por etapas es que todo el propulsor sale a través de la boquilla para que obtenga un empuje eficiente de todo ello. En el esquema que muestra, un motor de combustión por etapas de "Flujo completo", todos los propulsores fluyen a través de las turbinas.

El motor principal del transbordador espacial, aunque la combustión escalonada, no era de flujo completo, porque gran parte del O2 entró en la cámara de combustión principal sin pasar por las turbinas. Ya tenían suficientes problemas sin tener que lidiar con el gas de turbina rico en O2.

¡Ya veo! Eso es lo que indica aquí "Flujo total": todo el propulsor del motor fluye a través de uno u otro conjunto de turbina + cámara de combustión antes de ingresar a la cámara de combustión principal. En realidad, ahora que miro muy, muy de cerca, puedo ver que en cada una de esas válvulas de control hay una línea gruesa y una línea delgada. Pero la línea gruesa es tan corta que es difícil verla si no sabes que está ahí. ¡Gracias!
Si eso es correcto. El motor principal del transbordador espacial también tenía 2 prequemadores, pero ambos eran ricos en H2. La gran mayoría del H2 los atravesó, pero la gran mayoría del O2 se descargó directamente en la cámara de combustión principal. Así que no "flujo completo".
¡Entiendo! (las líneas punteadas en esta parte recortada apuntan al flujo de la mayoría de los propulsores: i.stack.imgur.com/0beFf.png (fijo)
¡Estoy de acuerdo con tus anotaciones de imagen! Las líneas finas muestran la hélice que se quemará completamente en el prequemador del otro fluido. Creo que también intentan mostrar esto haciendo que solo las líneas gruesas pasen a través de los prequemadores.
Otro gran error: "en forma de escape de combustión incompleta", absolutamente no. Los prequemadores mezclan las sustancias en proporciones muy alejadas de la estequiométrica, por lo que solo una pequeña parte se quema allí. Pero el calor generado es suficiente para evaporar el resto, por lo que entra líquido criogénico y sale gas caliente (con algo de vapor de agua sobrante de la combustión parcial).
@SF. Creo que veo lo que quieres decir. Cuando dije "escape quemado incompletamente", parece que podría haber quemado un poco más. De hecho, en su mayoría ha quemado tanto como puede, pero hay una cantidad abrumadora de uno u otro propulsor como "sobrantes" para la cena en la cámara de combustión del motor principal. ¡Gracias!
Plomería del motor cohete: Todavía no entiendo el ciclo de combustión por etapas de flujo completo
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