Sistemas de Propulsión - Universidad de Sevilla

Sistemas de Propulsión
Tema 7: Descripción General de los Motores Cohete
Francisco Gavilán Jiménez
Escuela Superior de Ingenieros
Universidad de Sevilla
Curso 2007-2008
Introducción
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Los motores cohete son sistemas de propulsión
autónomos. No dependen del medio exterior
El propulsante va almacenado abordo.
Tipos:
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MC químicos:
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MC eléctricos
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Propulsante líquido
Propulsante sólido
Propulsante híbrido
Termoeléctricos
Electrostáticos
Electromagnéticos
MC nucleares
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Motores Cohete Químicos
MC de propulsante líquido
Propulsante
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Monopropulsantes
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Energía obtenida de la descomposición de una única
sustancia
El más conocido es la hidracina (N2H4)
Aplicación principal a motores pequeños de control de
actitud
Bipropulsantes
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Energía obtenida de la reacción química entre dos
sustancias: oxidante + combustible
Combinaciones típicas:
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O2 – H2
O2- RP1
O2 – Monometil Hidracina
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MC de propulsante líquido
Sistema de alimentación
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MC de propulsante líquido
Sistema de alimentación
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MC de propulsante líquido
Sistema de alimentación
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MC de propulsante líquido
Sistema de alimentación
Motor P&W RL10
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MC de propulsante líquido
Sistema de alimentación
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MC de propulsante líquido
Cámara de Combustión
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Función: generar gas a alta temperatura y
presión para que pueda ser acelerado en la
tobera
Componentes:
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Matriz de inyectores
Sistema de ignición
Cámara de reacción
En la combustión se libera una cantidad
enorme de energía (~ 30000 MW/m3)
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Problemas de refrigeración para no dañar la
estructura
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MC de propulsante líquido
Cámara de Combustión
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MC de propulsante líquido
Cámara de Combustión
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MC de propulsante líquido
Tobera de salida
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Produce la expansión y aceleración de los gases
hasta velocidades supersónicas
Geometría convergente divergente
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MC de propulsante sólido
Descripción general
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El propulsante lo constituye una única mezcla entre oxidante y
combustible en almacenada en estado sólido.
No son reutilizables. Una vez iniciada la ignición, no se pueden
detener.
Diseños simples y de bajo coste
Tipos:
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Homogéneos: oxidante y combustible contenidos en una misma molécula
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Heterogéneos: oxidante embebido en una matriz de combustible.
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Nitroglicerina – Nitrocelulosa
Oxidantes: perclorato amónico, perclorato potásico, nitrato amónico, nitrato
potásico, …
Combustible: poliuretano
Aplicaciones:
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Misiles
Etapas iniciales de lanzadores (Space Shuttle)
Cohetería Amateur: Azúcar + Nitrato potásico (Candy)
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MC de propulsante sólido
Descripción general
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MC de propulsante sólido
Descripción general
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MC híbridos
Descripción general
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Motores Cohete Eléctricos
MC eléctricos
Generalidades
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Utilizan energía eléctrica para calentar y/o acelerar el
propulsante
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Se trata de la forma más eficiente de añadir energía
al propulsante en el espacio
Proporcionan empujes muy pequeños: ~1 N
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Mayor autonomía: no necesitan eyectar grandes cantidades
de propulsante para conseguir empuje
En los MC químicos: empujes ~107 N
Aplicaciones fundamentales a la propulsión espacial
Tipos:
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Termoeléctricos
Electrostáticos
Electromagnéticos
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MC termoeléctricos
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Usan energía eléctrica para calentar el
propulsante, el cual es acelerado en una
tobera.
Propulsante almacenado en estado gaseoso
en un depósito presurizado:
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Nitrógeno, hidrógeno, hidracina, amoniaco, …
Según el calentamiento, varios tipos:
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Resistojet
Motor de arco eléctrico
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MC termoeléctricos
Resistojet
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Utilizan una resistencia eléctrica para calentar el propulsante
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MC termoeléctricos
Motor de arco eléctrico
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Calentamiento mediante arco eléctrico
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MC electrostáticos
Motor de Iones
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El propulsante es primeramente ionizado y después
acelerado mediante campos eléctricos
Arquitectura:
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Proceso de ionización:
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Generador de iones
Acelerador
Neutralizador
Bombardeo con electrones
Contacto con filtro de Wolframio caliente
Propulsantes: cesio, mercurio, argón y xenón. Tienen
bajas energías de ionización
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MC electrostáticos
Motor de Iones
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MC electromagnéticos
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Propulsante: fluido conductor eléctricamente
La aceleración del propulsante se genera mediante la fuerza
de Lorentz, creada a partir de campos electromagnéticos
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Motores Cohete Nucleares
MC Termonucleares
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El propulsante (típicamente hidrógeno) es calentado por un
reactor nuclear de fisión y eyectado por una tobera
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Referencias
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Damián Rivas. Sistemas de Propulsión, Febrero de
2008.
Wikipedia, http://en.wikipedia.org
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