Un Modelo de Análisis Térmico Simplificado para Cámaras de Combustión de Motores Cohete Refrigerados por Regeneración y Su Calibración con Datos Experimentales
Autores: Fagherazzi, Matteo; Santi, Marco; Barato, Francesco; Pizzarelli, Marco
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Un Modelo de Análisis Térmico Simplificado para Cámaras de Combustión de Motores Cohete Refrigerados por Regeneración y Su Calibración con Datos Experimentales
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Motor de cohete
Análisis térmico
Cámara de empuje
Transferencia de calor
Cámara de combustión
Temperatura de la pared
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 26
Citaciones: Sin citaciones
Una parte esencial del diseño de un motor de cohete líquido es el análisis térmico de la cámara de combustión, que es un componente cuya vida operativa está limitada por la temperatura máxima permitida en la pared y el flujo de calor. Se presenta un modelo de análisis térmico simplificado en estado estacionario para cámaras de combustión de motores de cohete refrigeradas regenerativamente. El modelo se basa en correlaciones semiempíricas para la transferencia de calor convectivo del gas caliente y del refrigerante, y en un enfoque original de múltiples zonas para la conducción en la pared. La transferencia de calor del gas caliente se calibra con datos experimentales obtenidos de una tobera refrigerada por agua fabricada aditivamente que está conectada a una cámara de combustión alimentada ya sea con peróxido de hidrógeno descompuesto o con peróxido de hidrógeno descompuesto y diésel automotriz. La cámara de combustión (es decir, la cámara de combustión y la tobera) está diseñada para producir aproximadamente 450 N de empuje cuando opera con una presión de cámara de 11 bar. Para esta aplicación, el modelo calibrado predice la tasa total de transferencia de calor en la pared con gran precisión y la distribución de temperatura dentro de la estructura de la pared con una incertidumbre de unos pocos decenas de kelvins. Este nivel de precisión puede considerarse más que adecuado para el diseño, y en general para el análisis térmico de tipo ingenieril, de cámaras de combustión similares.
Descripción
Una parte esencial del diseño de un motor de cohete líquido es el análisis térmico de la cámara de combustión, que es un componente cuya vida operativa está limitada por la temperatura máxima permitida en la pared y el flujo de calor. Se presenta un modelo de análisis térmico simplificado en estado estacionario para cámaras de combustión de motores de cohete refrigeradas regenerativamente. El modelo se basa en correlaciones semiempíricas para la transferencia de calor convectivo del gas caliente y del refrigerante, y en un enfoque original de múltiples zonas para la conducción en la pared. La transferencia de calor del gas caliente se calibra con datos experimentales obtenidos de una tobera refrigerada por agua fabricada aditivamente que está conectada a una cámara de combustión alimentada ya sea con peróxido de hidrógeno descompuesto o con peróxido de hidrógeno descompuesto y diésel automotriz. La cámara de combustión (es decir, la cámara de combustión y la tobera) está diseñada para producir aproximadamente 450 N de empuje cuando opera con una presión de cámara de 11 bar. Para esta aplicación, el modelo calibrado predice la tasa total de transferencia de calor en la pared con gran precisión y la distribución de temperatura dentro de la estructura de la pared con una incertidumbre de unos pocos decenas de kelvins. Este nivel de precisión puede considerarse más que adecuado para el diseño, y en general para el análisis térmico de tipo ingenieril, de cámaras de combustión similares.