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Un propulsor o propulsor es una sustancia química utilizada en la producción de energía o gas presurizado que posteriormente se utiliza para crear el movimiento de un fluido o para generar la propulsión de un vehículo , proyectil u otro objeto. Los propulsores comunes son materiales energéticos y consisten en un combustible como gasolina , combustible para aviones , combustible para cohetes y un oxidante . Los propulsores se queman o se descomponen de otro modo para producir el gas propulsor.. Otros propulsores son simplemente líquidos que se pueden vaporizar fácilmente.

En cohetes y aviones, los propulsores se utilizan para producir un gas que puede dirigirse a través de una boquilla, produciendo así empuje. En los cohetes, el propulsor de cohetes produce un escape y el material agotado generalmente se expulsa bajo presión a través de una boquilla . La presión puede ser de un gas comprimido o de un gas producido por una reacción química. El material de escape puede ser un gas , líquido , plasma o, antes de la reacción química, un sólido , líquido o gel . En los aviones, el propulsor suele ser un combustible y se quema con el aire.

En balística de armas de fuego, los propulsores llenan el interior de un cartucho de munición o la recámara de una pistola o cañón, lo que lleva a la expulsión de una bala o proyectil ( pólvora , pólvora sin humo y propulsores de armas grandes). El material explosivo se puede colocar en un tubo sellado y actuar como una carga explosiva baja deflagrante en minería y demolición, para producir un efecto de levantamiento de baja velocidad (voladura de presión de gas).

Los propulsores de gas frío pueden usarse para llenar una bolsa o membrana expansible, como una bolsa de aire automotriz (propulsores generadores de gas) o en sistemas dispensadores presurizados, como aerosoles, para forzar un material a través de una boquilla. Ejemplos de propulsores de latas incluyen óxido nitroso que se disuelve en crema batida enlatada y el dimetiléter o alcano de bajo punto de ebullición utilizado en laca para el cabello . El propulsor de cohetes puede ser expulsado a través de una boquilla de expansión como gas frío, es decir, sin mezcla energética ni combustión, para proporcionar pequeños cambios en la velocidad de la nave espacial mediante el uso de propulsores de gas frío .

Aerosoles [ editar ]

Más información: Aerosol en aerosol § Propelentes en aerosol

En las latas de aerosol , el propulsor es simplemente un gas presurizado en equilibrio con su líquido (a su presión de vapor saturada ). A medida que se escapa algo de gas para expulsar la carga útil, se evapora más líquido, manteniendo una presión uniforme.

Se utiliza para propulsar objetos sólidos [ editar ]

Técnicamente, la palabra propulsor es el nombre general de los productos químicos utilizados para generar empuje. En el caso de los vehículos, el término propulsor se refiere únicamente a los productos químicos que se almacenan dentro del vehículo antes de su uso y excluye el gas atmosférico u otro material que pueda acumularse durante el funcionamiento.

Para lograr una densidad útil para el almacenamiento, la mayoría de los propulsores son sólidos o líquidos.

Balística y pirotecnia [ editar ]

En balística y pirotecnia , un propulsor es un nombre genérico para los productos químicos utilizados para propulsar proyectiles de pistolas y otras armas de fuego.

Los propulsores sólidos generalmente están hechos de materiales poco explosivos , pero pueden incluir ingredientes químicos altamente explosivos que se diluyen y se queman de manera controlada ( deflagración ) en lugar de detonación . La combustión controlada de la composición propulsora generalmente produce empuje por presión de gas y puede acelerar un proyectil , cohete u otro vehículo. En este sentido, los propulsores comunes o conocidos incluyen, para armas de fuego , artillería y cohetes de propulsante sólido :

  • Propelentes de armas, como:
    • Pólvora (polvo negro)
    • Polvos a base de nitrocelulosa
    • Cordita
    • Balistita
    • Polvos sin humo

Propelentes de cohetes [ editar ]

Artículo principal: propulsor de cohete

Propelente sólido [ editar ]

Más información: combustibles sólidos y el cohete de combustible sólido
  • Propelentes compuestos hechos de un oxidante sólido como perclorato de amonio o nitrato de amonio , un caucho sintético como HTPB , PBAN o poliuretano (o polímeros energéticos como nitrato de poliglicidilo o nitrato de polivinilo para energía extra), combustibles de alto explosivo opcionales (nuevamente, para obtener energía adicional) como RDX o nitroglicerina , y generalmente un combustible metálico en polvo como el aluminio .
  • Algunos propulsores de aficionados usan nitrato de potasio , combinado con azúcar , epoxi u otros combustibles y compuestos aglutinantes.
  • El perclorato de potasio se ha utilizado como oxidante, combinado con asfalto , epoxi y otros aglutinantes.

Los propulsores que explotan en funcionamiento tienen poco uso práctico en la actualidad, aunque se han realizado experimentos con motores de detonación por pulsos . Además, los compuestos a base de bishomocubane recién sintetizados se están considerando en la etapa de investigación como propulsores sólidos y líquidos del futuro. [1] [2]

Grano [ editar ]

Los propulsores sólidos se utilizan en formas llamadas granos . Un grano es cualquier partícula individual de propulsor independientemente de su tamaño o forma. La forma y el tamaño de un grano de propulsor determina el tiempo de combustión, la cantidad de gas y la velocidad producida por la combustión del propulsor y, como consecuencia, el perfil de empuje frente a tiempo.

Hay tres tipos de quemaduras que se pueden lograr con diferentes granos.

Quemadura progresiva
Por lo general, un grano con múltiples perforaciones o un corte de estrella en el centro que proporciona mucha superficie.
Quemadura degresiva
Por lo general, un grano sólido en forma de cilindro o esfera.
Quemadura neutra
Por lo general, una sola perforación; a medida que la superficie exterior disminuye, la superficie interior aumenta al mismo ritmo.

Composición [ editar ]

Hay cuatro tipos diferentes de composiciones de propulsantes sólidos:

Propelente de base única
Un propulsor de base única tiene nitrocelulosa como su principal ingrediente explosivo. Se utilizan estabilizadores y otros aditivos para controlar la estabilidad química y mejorar las propiedades del propulsor.
Propelente de doble base
Los propulsores de doble base consisten en nitrocelulosa con nitroglicerina u otros explosivos de nitrato orgánico líquido agregado. También se utilizan estabilizadores y otros aditivos. La nitroglicerina reduce el humo y aumenta la producción de energía. Los propulsores de doble base se utilizan en armas pequeñas, cañones, morteros y cohetes.
Propelente de base triple
Los propulsores de base triple consisten en nitrocelulosa, nitroguanidina, nitroglicerina u otros explosivos de nitrato orgánico líquido. Los propulsores de base triple se utilizan en los cañones.
Compuesto
Los compuestos que contienen no utilizan nitrocelulosa, nitroglicerina, nitroguanidina o cualquier otro nitrato orgánico como constituyente principal. Los compuestos generalmente consisten en un combustible como el aluminio metálico, un aglutinante combustible como el caucho sintético o HTPB y un oxidante como el perclorato de amonio. Los propulsores compuestos se utilizan en grandes motores de cohetes. En algunas aplicaciones, como el misil estadounidense SLBM Trident II, se agrega nitroglicerina al compuesto de perclorato de amonio y aluminio como plastificante energético.

Propelente líquido [ editar ]

Más información: combustible líquido y cohete de propulsión líquida

En los cohetes, se utilizan tres combinaciones principales de bipropulsantes líquidos: oxígeno e hidrógeno criogénicos, oxígeno e hidrocarburo criogénicos y propelentes almacenables. [3]

Sistema de combinación de oxígeno criogénico - hidrógeno
Se utiliza en etapas superiores y, a veces, en etapas de refuerzo de sistemas de lanzamiento espacial. Esta es una combinación no tóxica Esto da un impulso específico alto y es ideal para misiones de alta velocidad.
Sistema propelente criogénico de oxígeno-hidrocarburo
Se utiliza para muchas etapas de refuerzo de vehículos de lanzamiento espacial , así como para un número menor de segundas etapas . Esta combinación de combustible / oxidante tiene una alta densidad y, por lo tanto, permite un diseño de refuerzo más compacto.
Combinaciones de propulsantes almacenables
Se utiliza en casi todos los motores de cohetes bipropulsantes de bajo empuje, auxiliares o de control de reacción , así como en algunos motores de cohetes grandes para la primera y segunda etapas de misiles balísticos. Son de arranque instantáneo y adecuados para el almacenamiento a largo plazo.

Las combinaciones de propulsantes utilizadas para cohetes de propulsante líquido incluyen:

  • Oxígeno líquido e hidrógeno líquido [4]
  • Oxígeno líquido y queroseno o RP-1 [5]
  • Oxígeno líquido y etanol
  • Oxígeno líquido y metano
  • Peróxido de hidrógeno y alcohol mencionado anteriormente o RP-1
  • Ácido nítrico fumante rojo (RFNA) y queroseno o RP-1
  • RFNA y dimetilhidrazina asimétrica (UDMH)
  • Tetróxido de dinitrógeno y UDMH, MMH y / o hidracina

Los monopropelentes comunes que se utilizan para los motores de cohetes líquidos incluyen:

  • Peróxido de hidrógeno
  • Hidracina
  • Ácido nítrico humeante rojo (RFNA)

Ver también [ editar ]

  • Combustible
  • Depósito de propulsor
  • Propulsión de naves espaciales
  • Impulso específico

Referencias [ editar ]

  1. ^ Lal, Sohan; Rajkumar, Sundaram; Tara, Amit; Reshmi, Sasidharakurup; Chowdhury, Arindrajit; Namboothiri, Irishi NN (diciembre de 2014). "Bishomocubanes nitro-sustituidos: síntesis, caracterización y aplicación como materiales energéticos". Química: una revista asiática . 9 (12): 3533–3541. doi : 10.1002 / asia.201402607 . PMID  25314237 .
  2. ^ Lal, Sohan; Mallick, encantador; Rajkumar, Sundaram; Oommen, Oommen P .; Reshmi, Sasidharakurup; Kumbhakarna, Neeraj; Chowdhury, Arindrajit; Namboothiri, Irishi (2015). "Síntesis y propiedades energéticas de bishomocubanes sustituidos con alto contenido de nitrógeno" . J. Mater. Chem. Una . 3 (44): 22118–22128. doi : 10.1039 / C5TA05380C .
  3. ^ Sutton, George; Biblarz, Oscar (2001). Elementos de propulsión de cohetes . Willey. ISBN 9781601190604. OCLC  75193234 .
  4. ↑ Hutchinson, Lee (14 de abril de 2013). "El nuevo motor de cohete F-1B actualiza el diseño de la era Apolo con 1.8 M lbs de empuje" . ARS technica . Consultado el 15 de abril de 2013 . La combinación de combustible y oxidante más eficiente que se usa comúnmente en la actualidad para los cohetes químicos líquidos es el hidrógeno (combustible) y el oxígeno (oxidante) ", continuó Coates. Los dos elementos son relativamente simples y se queman fácilmente cuando se combinan, y aún mejor, el resultado de su la reacción es agua simple.
  5. ↑ Hutchinson, Lee (14 de abril de 2013). "El nuevo motor de cohete F-1B actualiza el diseño de la era Apolo con 1.8 M lbs de empuje" . ARS technica . pag. 2 . Consultado el 15 de abril de 2013 .El petróleo refinado no es el combustible de producción de empuje más eficiente para cohetes, pero lo que le falta en la producción de empuje lo compensa en densidad. Se necesita menos volumen de RP-1 para impartir la misma fuerza de empuje a un vehículo, y menos volumen equivale a un tamaño de escenario reducido. ... Una etapa de refuerzo más pequeña significa mucha menos resistencia aerodinámica a medida que el vehículo se eleva desde cerca del nivel del mar y acelera a través de la parte más densa (más gruesa) de la atmósfera cerca de la tierra. El resultado de una etapa de refuerzo más pequeña es que permite un ascenso más eficiente a través de la parte más gruesa de la atmósfera, lo que ayuda a mejorar la masa neta elevada a la órbita.

Bibliografía [ editar ]

  • Clark, John D. (1972). ¡Encendido! Una historia informal de propulsores de cohetes líquidos . Prensa de la Universidad de Rutgers. ISBN 0-8135-0725-1.

Enlaces externos [ editar ]

  • Propulsores de cohetes
  • Elementos de propulsión de cohetes, Sutton, George.P, Biblarz, Oscar 7th Ed
  • Comprensión y predicción de la erosión del cañón de armas - Organización de ciencia y tecnología de defensa de la División de Sistemas de Armas por Ian A. Johnston