O desvio de ar pode ser usado para resfriar um motor de foguete como nos turboventiladores?

6

Os motores de foguete normalmente empregam uma espécie de camisa de resfriamento, usualmente projetando o combustível como um líquido refrigerante antes de fluir para os injetores.

Aqui está um exemplo de turbojato usando um bypass. Como você pode ver, o ar de desvio é muito mais frio em temperatura do que a câmara de combustão de ar:


Fonte

Por que não há projetos que usam um desvio de ar (semelhante a um turbojato) para resfriar o motor / bocal? Obviamente, uma vez que o foguete tenha escapado da atmosfera, um desvio seria de pouca utilidade. No entanto, geralmente por esse estágio em um foguete, o empuxo foi bastante reduzido e, portanto, gerou calor também.

Um sistema de resfriamento de desvio não tornaria um motor de foguete um pouco menos complexo (especialmente para o primeiro estágio)?

    
por SnakeDoc 16.10.2015 / 22:28

4 respostas

O resfriamento a ar não vai contribuir muito aqui.

Os motores Shuttle foram resfriados por hidrogênio líquido (-253 ° C) do suprimento de combustível sendo bombeado para dentro dos dutos de refrigeração dentro do bocal. A temperatura típica do bico em operação foi de aproximadamente 54 ° C. Sim, cinquenta e quatro graus Celsius. (Conexões de engenharia da BBC - consulte este clipe do YouTube )

A velocidade máxima do SR-71 (cerca de Mach 3,2) foi limitada pela temperatura do ar que chega aos motores que, após serem comprimidos nos dutos de entrada, atingiram temperaturas em torno de 400 ° C. ( Wikipedia: SR-71 )

O ônibus passa por Mach 4 cerca de 2 minutos após o lançamento.

    
17.10.2015 / 00:15
Praticamente todos os motores a jato usam uma técnica muito semelhante à técnica que você está propondo: o interior da câmara de combustão, turbinas e exaustores (e pós-combustor, se o motor tiver um), bem como as pás e estatores das turbinas. , são cobertos com pequenos orifícios. O ar de resfriamento é forçado através desses orifícios, formando uma camada limite entre o metal e os gases superaquecidos.

A temperatura de queima de combustível / ar em um motor a jato está bem acima do ponto de fusão dos metais usados para construir esses componentes, e é por isso que isso é necessário. De fato, a temperatura dos gases excede a temperatura vaporização de vários metais.

De onde vem esse ar de resfriamento? Vem do compressor do motor. A razão pela qual o desvio de ar não é usado é porque ele está em uma pressão mais baixa do que a parte interna do núcleo do motor, então os gases quentes se moveriam através dos orifícios em direção ao duto de derivação. Neste caso, a camada limite é feita de gás quente em vez de gás frio, que destrói o motor.

Para obter ar de pressão adequada, o ar é "sangrado" para fora do compressor em pontos onde a pressão é alta o suficiente para fornecer um fluxo adequado (na direção correta!) para as partes do motor que precisam dele. Esse método de resfriamento é tão eficiente que os componentes de um motor a jato que precisam suportar o máximo de calor na verdade são as partes de pressão mais altas do compressor, porque (a) o ar aquece quando você o comprime e (b) você pode • Use a mesma técnica de camada limite legal no compressor porque você precisa de ar de pressão maior que o ar quente do qual você está tentando proteger o componente, e o componente faz parte da parte de pressão mais alta do compressor.

Aqui está uma foto de uma palheta de escape com jato, com furos de resfriamento claramente visíveis:

Em um motor de foguete, você poderia potencialmente resfriá-lo com ar atmosférico comprimido, mas acrescentaria peso e complexidade, e só funcionaria nas camadas inferiores da atmosfera onde há densidade de ar suficiente para fornecer uma taxa de fluxo de massa adequada para absorver o calor. Como, como você mencionou, o combustível (ou potencialmente oxidante) pode ser usado para resfriar o motor com uma penalidade muito menor e maior liberdade no ambiente operacional, essa tem sido a escolha óbvia para a maioria dos foguetes de combustível líquido de alto desempenho. p>     

26.07.2018 / 01:34

O foguete de aumento de ar usa o ar do freestream para fornecer empuxo extra (e potencialmente) para resfriar o motor. Dois dos principais problemas com a tentativa de adicionar ar "extra" ao foguete são: arrastar o corpo do foguete (praticamente o principal) e interromper o fluxo de alta temperatura (especialmente se você está tentando introduzir ar em algum lugar ao redor o bocal).

    
16.10.2015 / 22:38

Duas razões principais: Primeiramente, os foguetes operam com um nível absurdo de energia - as bombas de combustível e oxidante sozinhas em um ônibus espacial têm uma potência de eixo combinada maior do que um turboventilador GE90 - então você realmente se esforçaria para obter fluxo de ar suficiente O hidrogênio é um dissipador muito melhor, especialmente nas quantidades que eles usam.

Em segundo lugar, a maioria dos foguetes são construídos com a intenção de ir para o espaço, onde não há nenhum ar de resfriamento, então conforme você fica mais alto e o ar fica mais rarefeito, seu foguete resfriado a ar sobreaqueça rapidamente.     
14.04.2017 / 11:57