La función de la varilla metálica circular es crear una geometría interna específica. Durante el proceso de compactación del polvo de biomasa, esta varilla actúa como un núcleo de molde negativo posicionado en el centro exacto del ensamblaje. Su presencia asegura que el grano de combustible sólido terminado contenga un canal hueco preciso, técnicamente denominado puerto.
La clave principal La varilla no es simplemente un espaciador; define la aerodinámica interna del sistema de propulsión. Al crear un "puerto" central, establece la vía esencial para el flujo del oxidante, que es el requisito previo para generar una llama de difusión y lograr una combustión estable en cohetes híbridos.
El papel de la geometría en la propulsión
Definición del "Puerto"
El resultado principal del uso de la varilla metálica es la formación del puerto. Este es el vacío longitudinal que recorre toda la longitud del grano de combustible sólido.
Facilitación del flujo de oxidante
En un sistema de cohete híbrido, el combustible es sólido, pero el oxidante es fluido (líquido o gaseoso). El canal creado por la varilla sirve como camino crítico para que este oxidante viaje a través del motor.
Aumento del área de superficie
Al crear una cavidad interna en lugar de un bloque sólido, la varilla aumenta significativamente el área de superficie disponible para la combustión. Esta geometría permite que el oxidante interactúe con el combustible de adentro hacia afuera.
Establecimiento de la estabilidad de la combustión
Habilitación de la llama de difusión
La interacción entre la superficie del combustible sólido (la pared del puerto) y el oxidante en flujo crea una zona de combustión específica. Esto se conoce como llama de difusión, que se forma dentro de la capa límite del flujo.
Regulación de la dinámica de combustión
La precisión de la varilla metálica asegura que el puerto sea uniforme. Un canal uniforme es fundamental para mantener una presión interna constante y tasas de combustión predecibles durante la operación.
Garantía de la fiabilidad del sistema
Sin el vacío creado por la varilla, el oxidante no tendría un camino para mezclarse con el combustible. Por lo tanto, la varilla es la herramienta habilitadora para la operación fundamental del ciclo de propulsión híbrida.
Comprensión de los compromisos
Sensibilidad dimensional
El diámetro de la varilla metálica dicta el diámetro inicial del puerto (relación puerto-tobera). Si la varilla tiene un tamaño incorrecto, el flujo inicial de oxidante puede ser demasiado alto o demasiado bajo, lo que podría impedir la ignición o causar la extinción de la llama.
Precisión de fabricación
La varilla debe colocarse con absoluta concentricidad. Cualquier desviación o inclinación durante la compactación dará como resultado un puerto descentrado, lo que provocará una combustión desigual y posibles cargas laterales peligrosas en la estructura del cohete.
Tomando la decisión correcta para su objetivo
Para maximizar la efectividad del proceso de fabricación de granos de combustible, considere lo siguiente con respecto al inserto de la varilla:
- Si su enfoque principal es la eficiencia de la combustión: Priorice el acabado superficial de la varilla metálica para asegurar que la pared interior del puerto de combustible sea lisa, reduciendo la turbulencia del flujo que podría interrumpir la llama de difusión.
- Si su enfoque principal es la integridad estructural: Asegúrese de que la varilla esté perfectamente alineada durante la compactación para evitar un espesor de pared desigual, que puede provocar una falla estructural prematura del grano durante la combustión.
La varilla metálica es la herramienta definitoria que transforma un bloque de biomasa comprimida en un grano de combustible de cohete funcional capaz de mantener el empuje.
Tabla resumen:
| Componente | Función principal | Impacto en el rendimiento |
|---|---|---|
| Varilla circular | Crea puerto interno (canal hueco) | Define la ruta del flujo de oxidante y el área de superficie inicial |
| Puerto de combustible | Facilita la llama de difusión | Permite la combustión estable y la dinámica de combustión regulada |
| Concentricidad | Asegura un espesor de pared uniforme | Previene fallas estructurales y cargas laterales desiguales |
| Acabado superficial | Minimiza la turbulencia del flujo | Mejora la eficiencia de la combustión y la estabilidad del flujo |
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Referencias
- Saleh B. Alsaidi, Mohamed Y.E. Selim. Combustion of Date Stone and Jojoba Solid Waste in a Hybrid Rocket-like Combustion Chamber. DOI: 10.3390/aerospace11030181
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