Ingeniería

Investigación para tecnología avanzada en cohetes

(NC&T) La investigación la llevan a cabo ingenieros de la Universidad Purdue, y se espera que sirva para ayudar a la NASA a desarrollar lanzadores más rápidos y menos costosos para futuras misiones a Marte y a la Luna.

La NASA financia el estudio, centrado en cohetes de combustible líquido.

La inestabilidad de la combustión es un fenómeno complejo que ha dificultado el desarrollo de cohetes desde el comienzo de la era espacial. Es necesario aprender más sobre la inestabilidad antes de que futuros motores puedan ser desarrollados y utilizados en vuelos espaciales. El predecir la inestabilidad en la combustión es uno de los aspectos más difíciles en el desarrollo de un motor de cohete.

El nuevo estudio demuestra que es viable diseñar un experimento específico para estudiar las inestabilidades que ocurren espontáneamente, del mismo modo que ocurren en los motores reales.

Tecnología avanzada en cohetes
James Sisco. (Foto: Purdue News Service/David Umberger)
No han existido muchos experimentos (quizá incluso ninguno) que hayan permitido alcanzar verdaderamente la inestabilidad sin forzarla mediante la introducción de influencias artificiales no presentes normalmente en el funcionamiento de un motor de cohete. El principal propósito del trabajo es obtener datos de combustión e inestabilidad para que otros investigadores puedan desarrollar mejores modelos informáticos con los cuales diseñar motores más eficaces. Estos datos de referencia que están siendo obtenidos mejorarán el análisis de los diseños de motores de cohetes de todo tipo.

Sin simulaciones efectivas, los ingenieros deben apoyarse en el método de prueba y error, que es muy costoso, consume mucho tiempo y resulta potencialmente peligroso.

Si en la primera fase se realiza mucho más trabajo de experimentación virtual con modelos informáticos, se logra reducir el riesgo de dañar equipamientos físicos muy costosos, reduciendo la cantidad necesaria de pruebas con prototipos, y aprovechándose mejor los ensayos reales que se realicen.

El calor de la combustión fluctúa de modo natural dentro de la cámara de combustión. Al mismo tiempo, la cámara genera ondas sonoras resonantes que causan "presión acústica", la cual también fluctúa. Cuando las fluctuaciones de calor y las de presión acústica coinciden, el resultado combinado puede ser devastador, causando accidentes y daños a los motores.

Las interacciones entre la combustión y la acústica de las cámaras son muy complejas. En el proyecto, se está tratando de medir y entender las características dinámicas del fenómeno.

Los datos son recolectados usando sensores de presión y calor dentro de la cámara, y los investigadores también toman videos de alta velocidad del proceso de combustión para analizar la inestabilidad.

En trabajos futuros, se usarán sensores ópticos para medir con mayor precisión las interacciones dinámicas entre las fluctuaciones de la combustión y las fluctuaciones en la presión acústica.


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