Refrigeración regenerativa (cohetería)
El enfriamiento regenerativo , en el contexto del diseño de un motor de cohete , es una configuración en la que parte o todo el propulsor pasa a través de tubos, canales o en una camisa alrededor de la cámara de combustión o la boquilla para enfriar el motor. Esto es eficaz porque los propulsores suelen ser criogénicos. A continuación, el propulsor calentado se introduce en un generador de gas especial o se inyecta directamente en la cámara de combustión principal.
En 1857, Carl Wilhelm Siemens introdujo el concepto de enfriamiento regenerativo. [1] El 10 de mayo de 1898, James Dewar utilizó el enfriamiento regenerativo para convertirse en el primero en licuar el hidrógeno estáticamente. [2] El concepto de enfriamiento regenerativo también fue mencionado en 1903 en un artículo de Konstantin Tsiolkovsky . [3] Robert Goddard construyó el primer motor refrigerado de forma regenerativa en 1923, pero rechazó el esquema por considerarlo demasiado complejo. [4] El investigador italiano Gaetano Arturo Crocco construyó un motor refrigerado regenerativamente en 1930. Los primeros motores soviéticos en emplear la técnica fueron Fridrikh Tsander.El OR-2 probado en marzo de 1933 y el ORM-50, probado en banco en noviembre de 1933 por Valentin Glushko . El primer motor alemán de este tipo también fue probado en marzo de 1933 por Klaus Riedel en el VfR . El científico austriaco Eugen Sänger fue particularmente famoso por sus experimentos con refrigeración de motores a partir de 1933; sin embargo, la mayoría de sus motores experimentales estaban refrigerados por agua o por un circuito adicional de propulsor.
El motor de cohete V-2 , el más potente de su época con 25 toneladas (245 kN ) de empuje, se enfrió de forma regenerativa, en un diseño de Walter Thiel., por el combustible bombeado alrededor del exterior de la cámara de combustión entre la propia cámara de combustión y una carcasa exterior que se amoldaba a la cámara y estaba separada por unos pocos milímetros. Se encontró que este diseño era insuficiente para enfriar la cámara de combustión debido al uso de acero para la cámara de combustión, y se agregó un sistema adicional de líneas de combustible al exterior con conexiones a través de ambas carcasas de la cámara de combustión para inyectar combustible directamente en la cámara en un ángulo a lo largo de la superficie interior para enfriar aún más la cámara en un sistema llamado enfriamiento de película. Este diseño ineficiente requería la quema de alcohol diluido a baja presión de la cámara para evitar que se derritiera el motor. El motor American Redstone utilizó el mismo diseño.
Una innovación clave en el enfriamiento regenerativo fue el motor soviético U-1250 diseñado por Aleksei Mihailovich Isaev en 1945. Su cámara de combustión estaba revestida con una delgada lámina de cobre sostenida por la pared de acero corrugado de la cámara. El combustible fluía a través de las corrugaciones y absorbía el calor de manera muy eficiente. Esto permitió combustibles más energéticos y presiones de cámara más altas, y es el plan básico utilizado en todos los motores rusos desde entonces. Los motores estadounidenses modernos resuelven este problema al revestir la cámara de combustión con tubos de aleación de níquel o cobre soldados (aunque los motores recientes como el RS-68han comenzado a utilizar la técnica rusa, que es más barata de construir). El estilo americano de revestir el motor con tubos de cobre se llama "construcción espagueti", y el concepto se le atribuye a Edward A. Neu de Reaction Motors Inc. en 1947.
La cantidad de calor que puede fluir hacia el refrigerante está controlada por muchos factores, incluida la diferencia de temperatura 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 de refrigerante y la velocidad del flujo de gas en la cámara o la boquilla.
Se forman dos capas límite : una en el gas caliente en la cámara y la otra en el refrigerante dentro de los canales.
