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Factores que influyen en la ablación por pasos en la sección de expansión de una tobera compuesta en un motor de cohete sólido

Autores: Cheng, Jiming; Zhang, Chunyu; Yan, Hang; Feng, Xiping; Zhu, Guoqiang

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2025

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Acceso abierto

Artículo científico
2025

Factores que influyen en la ablación por pasos en la sección de expansión de una tobera compuesta en un motor de cohete sólido


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Aeroespacial

Palabras clave

Boquilla
Ablación termoquímica
Compuesto
Pasos de ablación
Flujo de gas
Transferencia de calor estructural

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 38

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Durante la operación de un motor de cohete sólido, la boquilla, que es un componente clave, está sujeta a condiciones extremas, incluyendo altas temperaturas, flujo de gas a alta velocidad y partículas en fase discreta. Para las boquillas compuestas que incorporan un revestimiento de garganta de carbono/carbono (C/C) y una sección de expansión de carbono/fenólica, la ablación termoquímica y la formación de escalones de ablación durante el proceso de ablación obstaculizan significativamente el rendimiento de la boquilla y la estabilidad operativa del motor. En este estudio, se analizaron los dominios fluidos y sólidos y las interacciones fisicoquímicas entre ellos durante la operación de la boquilla. Se desarrolló un modelo innovador de ablación termoquímica para boquillas compuestas que tiene en cuenta la recesión de la pared. El modelo acoplado abarcó el flujo de gas multicomponente, reacciones químicas heterogéneas en la superficie de la boquilla, transferencia de calor estructural, variaciones en los parámetros del material inducidas por la pirólisis de carbono/fenólica y el proceso dinámico de recesión del perfil de la boquilla debido a la ablación. El modelo logró el acoplamiento entre el flujo de gas, las reacciones heterogéneas y la transferencia de calor estructural a través de relaciones de balance de masa y energía interfaciales. Basado en este modelo, se analizó la distribución de la tasa de ablación termoquímica de la boquilla para investigar los mecanismos subyacentes a la formación de escalones de ablación. Además, se realizaron cálculos y análisis detallados para determinar los efectos de la presión del gas, la temperatura, la concentración de HO y la concentración de aluminio en el propulsor sobre la tasa de ablación del revestimiento de la garganta y el grosor de los escalones de ablación. Este estudio proporciona una base teórica para el diseño de protección térmica y la optimización del rendimiento de boquillas compuestas, mejorando la fiabilidad y la vida útil de las boquillas de motores de cohete sólido y avanzando en el desarrollo tecnológico.

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