El motor del aerospike del es un tipo de motor espacial Del que mantenga su eficacia aerodinámica a través de una amplia gama de las altitudes con el uso de un inyector del aerospike. Por esta razón el inyector se refiere a veces como un inyector altitud-compensador . Un vehículo con un motor del aerospike utiliza 25-30% menos combustible en las bajas altitudes, donde la mayoría de las misiones tienen la necesidad más grande del empuje . Los motores de Aerospike se han estudiado por un número de años y son los motores de la línea de fondo para muchos diseños de la Solo-etapa-a-órbita (SSTO) y eran también un competidor fuerte para el motor principal de la lanzadera de espacio. Sin embargo, no hay motor en la producción comercial. Los mejores aerospikes en grande siguen siendo solamente en fases de pruebas.
La terminología en la literatura que rodea este tema es algo confusa - el aerospike del término fue utilizado original para el inyector de enchufe truncado de a (muy áspero cónico ahusamiento) con una cierta inyección del gas para formar un “punto del aire” para ayudar a compensar la ausencia de la cola del enchufe. Sin embargo, con frecuencia, un inyector de enchufe integral ahora se describe como siendo un aerospike.
Variaciones
Varias versiones del diseño existen, distinguido por su forma. En el aerospike toroidal el punto es en forma de cuenco con el extractor que sale en un anillo alrededor del borde externo. En teoría esto requiere un punto infinitamente largo para la mejor eficacia, pero soplando una pequeña cantidad de gas hacia fuera el centro de un punto truncado más corto, algo similar puede ser alcanzado. En el aerospike linear (el considera el cuadro en la parte superior ) el punto consiste en una placa acuncada afilada, con el extractor saliendo de cualquier lado en el " thick" extremo. Este diseño tiene la ventaja de ser amontonable, permitiendo que varios motores sean colocados en una fila para hacer un motor más grande mientras que aumenta funcionamiento de dirección con el uso del control de válvula reguladora individual del motor.
Principios
Un motor espacial normal utiliza una campana grande del motor para dirigir el jet del extractor del motor a la circulación de aire circundante y para maximizar su &ndash de la aceleración; y así el empuje. Sin embargo, el diseño apropiado de la campana varía con condiciones externas: uno que se diseña para funcionar en las muchas altitudes donde está necesidades la presión de aire más bajas de ser mucho más grande de una diseñada para las bajas altitudes. Las pérdidas de usar el diseño incorrecto pueden ser significativas. Por ejemplo el motor de la lanzadera de espacio puede generar una velocidad del extractor de apenas sobre 4.400 el m/s en espacio, pero solamente 3.500 m/s en el nivel del mar. Si una campana grande (diseñada para la operación de la mucha altitud) fue utilizada cerca de nivel del mar, el peso adicional de la campana no pudo superar el empuje adicional ganado. La adaptación de la campana al ambiente medio en el cual el motor funcionará es una tarea importante en cualquier diseño del cohete.El aerospike intenta evitar este problema. En vez de encender el extractor fuera de un pequeño agujero en el medio de una campana, se enciende a lo largo del borde exterior de una saliente acuncada, el " spike". El punto forma un lado de una campana virtual, con el otro lado que es formado por el &ndash exterior del aire; así el aero--punto del .
La idea detrás del diseño del aerospike es ésa en la baja altitud que la presión ambiente comprime la estela contra el inyector. La recirculación en la zona baja de la cuña puede entonces levantar la presión allí a ambiente cercano. Puesto que la presión encima del motor es ambiente, ésta significa que la base no da ninguÌn empuje total (solamente lo también significa que esta parte del inyector no pierde empujado formando un vacío parcial, así la parte baja del inyector se puede no hacer caso en la baja altitud).
Mientras que la nave espacial sube a altitudes más altas, la presión de aire que lleva a cabo el extractor contra el punto disminuye, permitiendo que el extractor se amplíe más lejos como ella deja el motor. Esto produce un efecto como el de una campana que crezca más grande como baja la presión de aire, proporcionando la remuneración de la altitud. Además, aunque las gotas de presión baja, la zona de recirculación guarden la presión sobre la base hasta una fracción de 1 barra, una presión que no es balanceada por el vacío cercano encima del motor; esta diferencia en la presión da el suplemento empujado en la altitud, contribuyendo al efecto compensador de la altitud.
En teoría el aerospike es levemente menos eficiente que una campana diseñada para cualquier altitud fija dada, con todo supera que la misma campana en casi el resto de las altitudes. La diferencia puede ser considerable, con los diseños típicos demandando sobre la eficacia del 90% en todas las altitudes.
Las desventajas de aerospikes parecen ser peso adicional para el punto, y requisitos de enfriamiento crecientes debido al área heated adicional. Además, el área refrescada más grande puede reducir funcionamiento debajo de niveles teóricos reduciendo la presión contra el inyector. También, los aerospikes trabajan relativamente mal entre el Mach 1-3, donde la circulación de aire alrededor del vehículo tiene de presión reducida, y ésta reduce el empuje.
Funcionamiento
El Rocketdyne condujo una serie muy larga de pruebas en los años 60 en varios diseños. Modelos posteriores de estos motores fueron basados en su alto - maquinaria confiable del motor J-2 y con tal que la misma clase de niveles empujados que los motores convencionales ellos fuera basada encendido; 200.000 lbf (kN de 890 ) en el J-2T-200k, y 250.1) en el J-2T-250k (el T refiere a la cámara de combustión toroidal). Treinta años más tarde su trabajo fue sacado el polvo apagado otra vez para el uso en proyecto X-33 de s de la NASA '. En este caso la maquinaria levemente aumentada del motor de J-2S fue utilizada con un punto linear, creando el XRS-2200 . Después de más desarrollo y considerable prueba, este proyecto fue cancelado cuando los depósitos de gasolina compuestos de X-33 fallaron en varias ocasiones.Tres motores XRS-2200 fueron construidos durante el programa X-33 y experimentaron la prueba en el centro espacial de Stennis de la NASA. Las pruebas monomotoras eran un éxito, pero el programa fue parado antes de que la prueba para la disposición de 2 motores podría ser terminada. El XRS-2200 produce 204.420 lbf empujados con un Isp de 339 segundos en el nivel del mar, y 266.230 lbf empujados con un Isp de 436.5 segundos en un vacío.
Aunque la cancelación del programa X-33 fuera un revés para la ingeniería del aerospike, no es el final de la historia. Un jalón fue alcanzado cuando un academic/un equipo de industria comunes de la universidad de estado de California, Long Beach (CSULB) y el Garvey Spacecraft Corporation condujo con éxito una prueba de vuelo de un motor accionado líquido-propulsor del aerospike en el desierto de Mojave en el 2003 del 20 de septiembre . Los estudiantes de CSULB habían desarrollado su cohete del prospector 2 (P-2) usar 1.000 un motor del aerospike de lbf (4.
El desarrollo en reducida escala del motor del aerospike usar una configuración híbrida del propulsor del cohete ha estado en curso por los miembros de la sociedad de la investigación de la reacción. Otro nuevo grupo aeroespacial de la investigación y desarrollo llamó el StoffelCorp que aeroespacial tenía recientemente desarrollado y los parásitos atmosféricos probaron una configuración híbrida del cohete del inyector del aerospike con el éxito 2006. Las pruebas híbridas del motor del cohete del aerospike adicional se programan para 2007.
El progreso adicional vino en marzo de 2004 cuando dos pruebas acertadas fueron realizadas en el centro de investigación del vuelo de la NASA Dryden usar los cohetes en reducida escala manufacturados por el Blacksky Corporation, basada en el Carlsbad, California . Los dos cohetes eran combustible sólido accionado y cabido con los inyectores toroidales no-truncados del aerospike. Alcanzaron un apogeo de 26.000 pies y velocidades alrededor del Mach 1.
RS-2200
El RS-2200 es el diseño para el motor más grande del aerospike derivado del XRS-2200. El RS-2200 era accionar el vehículo de la Solo-etapa-a-órbita de VentureStar . En el último diseño, siete RS-2200s que producen de 542.000 libras un empuje cada uno alzarían el VentureStar en órbita de tierra baja. El desarrollo en el RS-2200 fue parado formalmente a principios de 2001 en que el programa X-33 no recibió la financiación preliminar del lanzamiento del espacio. El Lockheed Martin eligió no continuar el programa de VentureStar sin ninguna ayuda de la financiación de la NASA.
Imágenes adicionales
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