Refrigeración regeneradora (cohete)

La refrigeración regeneradora, usada en el contexto del diseño del motor del cohete, se refiere a una configuración en la cual unos o todo el propelente se pasan a través de tubos, canales o por otra parte en una chaqueta alrededor de la cámara de combustión o inyector para refrescar el motor porque el combustible en particular y a veces el oxidante son refrigerantes buenos. El propelente acalorado se alimenta entonces en un generador de gas especial o se inyecta directamente en la cámara de combustión principal para la combustión allí.

Historia

1857 - Siemens introdujo el concepto de refrigeración Regenerador. El 10 de mayo de 1898, James Dewar usó la refrigeración regeneradora para hacerse el primer para licuar estáticamente el hidrógeno.

El concepto de la refrigeración regeneradora también fue mencionado en 1903 en un artículo de Konstantin Tsiolkovsky. Robert Goddard construyó el motor primero regeneradoramente refrescado en 1923, pero rechazó el esquema como demasiado complejo. Un motor regeneradoramente refrescado fue construido por el investigador italiano, Gaetano Arturo Crocco en 1930. Los primeros motores soviéticos para emplear la técnica eran Fridrikh Tsander O 2 probados en el marzo de 1933 y el ORM-50, banco probado en el noviembre de 1933 por Valentin Glushko. El primer motor alemán de este tipo también fue probado en el marzo de 1933 por Klaus Riedel en VfR. El científico austríaco Eugen Sänger era particularmente famoso de experimentos con la refrigeración del motor que comienza en 1933; sin embargo, la mayor parte de sus motores experimentales se refrescaron por la agua o refrescados por un recorrido suplementario de propelente.

El motor del cohete v-2, el más potente de su tiempo en 25 toneladas (245 kN) del empuje, fue regeneradoramente refrescado, en un diseño por Walter Thiel, por líneas de combustible enrolladas alrededor del exterior de la cámara de combustión. Esto era un diseño ineficaz que requirió que la incineración de alcohol diluido en la presión de la cámara baja evitara derretir el motor. El motor Redstone americano usó el mismo diseño.

Una innovación clave en la refrigeración regeneradora era el motor U-1250 soviético diseñado por Aleksei Mihailovich Isaev en 1945. Su cámara de combustión fue rayada por una hoja de cobre delgada apoyada por la pared de acero ondulada de la cámara. El combustible fluyó a través de las arrugas y absorbió el calor muy eficazmente. Esto permitió combustibles más enérgicos y presiones de la cámara más altas, y es el plan básico usado en todos los motores rusos desde entonces. Los motores americanos modernos solucionan este problema rayando la cámara de combustión con tubos de la aleación de níquel o cobre soldados en fuerte (aunque los motores recientes como en Boeing Delta IV hayan comenzado a usar la técnica rusa que es más barata para construir). El estilo americano de rayar el motor con tubos de cobre se llama la "construcción de espagueti", y el concepto se acredita a Edward A. Neu en Reaction Motors Inc. en 1947.

Flujo de calor y temperatura

El flujo de calor a través de la pared de la cámara en efecto es muy alto, 1-20 MWS/M es bastante común.

La cantidad de calor que puede fluir en el refrigerante es controlada por muchos factores incluso la diferencia de temperaturas entre la cámara y el refrigerante, el coeficiente de transferencia de calor, la conductividad térmica de la pared de la cámara, la velocidad en los canales del refrigerante y la velocidad del flujo de gas en la cámara o el inyector.

Dos forma de capas límites; un en el gas caliente en la cámara y otro en el refrigerante dentro de los canales.

Muy típicamente la mayor parte de la gota de temperaturas ocurre en la capa límite de gas ya que los gases son conductores relativamente pobres. Esta capa límite puede ser destruida sin embargo por la combustión instabilities, y el fracaso de la pared puede seguir muy pronto después.

La capa límite dentro de los canales del refrigerante también se puede interrumpir si el refrigerante está en presión subcrítica y aguas hirviendo de la película; el gas entonces forma una capa de aislamiento y las subidas de temperatura de la pared muy rápidamente y pronto falla. Sin embargo, si el refrigerante toma parte en la ebullición de nucleate, pero no forma una película, esto ayuda a interrumpir la capa límite del refrigerante y las burbujas de gas formaron rápidamente el colapso; esto puede triplicar el flujo de calor máximo. Sin embargo, muchos motores modernos con turbopumps usan refrigerantes supercríticos, y estas técnicas se pueden rara vez usar.

La refrigeración regeneradora rara vez se usa en aislamiento, refrigeración de la película, refrigeración de la cortina, refrigeración de la transpiración, refrigeración de la radiación muy con frecuencia se emplean también.

Consideraciones mecánicas

Con la refrigeración regeneradora, la presión en los canales refrescantes está considerablemente encima de la presión de la cámara de ahí el transatlántico interior está bajo la compresión, mientras la pared externa del motor está bajo tensiones del aro significativas.

El metal del transatlántico interior es enormemente debilitado por la alta temperatura, y también se somete a la extensión termal significativa en la superficie interior mientras la pared lateral fría del transatlántico reprime la extensión. Esto establece tensiones termales significativas que pueden hacer que la superficie interior raje o enloquezca después de tiroteos múltiples en particular en la garganta.

Además el transatlántico interior delgado requiere que el apoyo mecánico resista la carga compresiva debido a la presión del propelente, este apoyo es por lo general proporcionado por las paredes laterales de los canales refrescantes y el plato de apoyo.

El transatlántico interior por lo general se construye de la relativamente alta temperatura, materiales de conductividad térmica altos; tradicionalmente el cobre o el níquel aleaciones basadas se han usado.

Tres técnicas de construcción diferentes se han usado para la refrigeración regeneradora; una hoja metálica ondulada se suelde en fuerte algún día entre el transatlántico interior y externo; cientos de tubos a veces se suelden en fuerte en la forma correcta, o el transatlántico interior a veces se muele con canales refrescantes y un transatlántico externo se usa alrededor de esto.

Véase también



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