El desarrollo de un propulsor resistojet enrejado de próxima generación para CubeSats
Autores: Turner, Daniel; Howie, Robert; Bland, Phil
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
El desarrollo de un propulsor resistojet enrejado de próxima generación para CubeSats
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Cubesat
Satélite pequeño
Resistojet
Intercambiador de calor
Estructura de rejilla
Impulso específico
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 27
Citaciones: Sin citaciones
Los diseños de intercambiadores de calor de resistojet para CubeSat y satélites pequeños se basan en conceptos convencionales que se han utilizado desde la década de 1960, limitándose principalmente a intercambiadores de calor de cinta helicoidal o retorcida. La flexibilidad de diseño que permiten las nuevas tecnologías de fabricación aditiva aún no se ha aprovechado adecuadamente. Este estudio presenta un nuevo concepto de resistojet que incorpora una estructura de celosía altamente miniaturizada como intercambiador de calor. Un análisis de transferencia de calor conjugada determinó que la celosía con una celda unitaria en forma de diamante tenía un rendimiento térmico superior en comparación con la misma celosía con una celda unitaria en forma de giroide y aumentó la tasa de transferencia de calor en hasta un 11% en comparación con un intercambiador de calor helicoidal del mismo volumen. Las pruebas de rendimiento del propulsor prototipo con celosía de diamante integral indicaron que eran posibles impulsos específicos de hasta 94 s con un calentador de 30 vatios utilizando óxido nitroso como propelente. El propulsor prototipo pesaba solo 22 g y demostró una reducción del 67% en la potencia requerida para lograr el mismo impulso específico que los resistojets de óxido nitroso anteriores diseñados para la plataforma de satélites pequeños. Se demuestra que el desarrollo de resistojets de celosía altamente miniaturizados es factible y muy atractivo para CubeSats, donde la masa y la potencia son de suma importancia.
Descripción
Los diseños de intercambiadores de calor de resistojet para CubeSat y satélites pequeños se basan en conceptos convencionales que se han utilizado desde la década de 1960, limitándose principalmente a intercambiadores de calor de cinta helicoidal o retorcida. La flexibilidad de diseño que permiten las nuevas tecnologías de fabricación aditiva aún no se ha aprovechado adecuadamente. Este estudio presenta un nuevo concepto de resistojet que incorpora una estructura de celosía altamente miniaturizada como intercambiador de calor. Un análisis de transferencia de calor conjugada determinó que la celosía con una celda unitaria en forma de diamante tenía un rendimiento térmico superior en comparación con la misma celosía con una celda unitaria en forma de giroide y aumentó la tasa de transferencia de calor en hasta un 11% en comparación con un intercambiador de calor helicoidal del mismo volumen. Las pruebas de rendimiento del propulsor prototipo con celosía de diamante integral indicaron que eran posibles impulsos específicos de hasta 94 s con un calentador de 30 vatios utilizando óxido nitroso como propelente. El propulsor prototipo pesaba solo 22 g y demostró una reducción del 67% en la potencia requerida para lograr el mismo impulso específico que los resistojets de óxido nitroso anteriores diseñados para la plataforma de satélites pequeños. Se demuestra que el desarrollo de resistojets de celosía altamente miniaturizados es factible y muy atractivo para CubeSats, donde la masa y la potencia son de suma importancia.