Lanzamiento del experimento de cohete de microondas equipado con un sistema de válvula de lengüeta de seis etapas que respira aire
Autores: Irie, Kosuke; Manabe, Ayuto; Nakatani, Tomonori; Kinoshita, Tatsuki; Nomura, Toshinobu; Weiand, Matthias; Komurasaki, Kimiya; Shinya, Takahiro; Ikeda, Ryosuke; Ishita, Keito; Nakai, Taku; Kajiwara, Ken; Oda, Yasuhisa
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Lanzamiento del experimento de cohete de microondas equipado con un sistema de válvula de lengüeta de seis etapas que respira aire
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Onda milimétrica
Detonación
Cohete de microondas
Motor de detonación por pulsos
Sistema de válvula de lengüeta
Empuje
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 16
Citaciones: Sin citaciones
La detonación soportada por ondas milimétricas (MSD) es un fenómeno de detonación único impulsado por un frente de ionización que se propaga a velocidades supersónicas, sostenido por intensos haces de ondas milimétricas. El cohete de microondas, que utiliza MSD para generar empuje a partir del aire atmosférico en un ciclo de motor de detonación por pulso (PDE), es una alternativa prometedora de bajo costo a los sistemas de propulsión química convencionales para el transporte espacial. Sin embargo, la insuficiente entrada de aire durante ciclos repetitivos de PDE ha limitado el rendimiento de empuje alcanzable. Para abordar este problema, se desarrolló un modelo equipado con un sistema de válvula de lengüeta de seis etapas (36 válvulas en total) para asegurar una entrada de aire suficiente, que medía 500 mm de longitud, 28 mm de radio y 539 g de peso. Se llevaron a cabo experimentos de demostración de lanzamiento utilizando un girotrón de 170 GHz y 550 kW desarrollado en los Institutos Nacionales de Ciencia y Tecnología Cuántica (QST). Se generó con éxito empuje continuo al irradiar hasta 50 pulsos por experimento a cada frecuencia entre 75 y 150 Hz, en incrementos de 25 Hz, con ciclos de trabajo correspondientes que variaban de 0.09 a 0.18. Se obtuvo un empuje máximo de 9.56 N y un coeficiente de acoplamiento de momento de 116 N/MW. Estos valores representan un aumento de cuatro veces en comparación con experimentos de lanzamiento anteriores sin válvulas de lengüeta, demostrando así la efectividad de la configuración de válvula de lengüeta en la mejora del rendimiento de empuje.
Descripción
La detonación soportada por ondas milimétricas (MSD) es un fenómeno de detonación único impulsado por un frente de ionización que se propaga a velocidades supersónicas, sostenido por intensos haces de ondas milimétricas. El cohete de microondas, que utiliza MSD para generar empuje a partir del aire atmosférico en un ciclo de motor de detonación por pulso (PDE), es una alternativa prometedora de bajo costo a los sistemas de propulsión química convencionales para el transporte espacial. Sin embargo, la insuficiente entrada de aire durante ciclos repetitivos de PDE ha limitado el rendimiento de empuje alcanzable. Para abordar este problema, se desarrolló un modelo equipado con un sistema de válvula de lengüeta de seis etapas (36 válvulas en total) para asegurar una entrada de aire suficiente, que medía 500 mm de longitud, 28 mm de radio y 539 g de peso. Se llevaron a cabo experimentos de demostración de lanzamiento utilizando un girotrón de 170 GHz y 550 kW desarrollado en los Institutos Nacionales de Ciencia y Tecnología Cuántica (QST). Se generó con éxito empuje continuo al irradiar hasta 50 pulsos por experimento a cada frecuencia entre 75 y 150 Hz, en incrementos de 25 Hz, con ciclos de trabajo correspondientes que variaban de 0.09 a 0.18. Se obtuvo un empuje máximo de 9.56 N y un coeficiente de acoplamiento de momento de 116 N/MW. Estos valores representan un aumento de cuatro veces en comparación con experimentos de lanzamiento anteriores sin válvulas de lengüeta, demostrando así la efectividad de la configuración de válvula de lengüeta en la mejora del rendimiento de empuje.