MOTORES DE COHETE

Autor: GARCÍA SCHAFER JUAN ESTEBAN.
Año: 2002.
Universidad: POLITECNICA DE MADRID.
Centro de lectura: INGENIEROS AERONÁUTICOS.
Centro de realización: ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS AERONAUTICOS.

Resumen: Se describen las inestabilidades de combustión en motores de propulsante sólido de combusión lateral analizando mediante métodos de perturbaciones la interacción entre las oscilaciones acústicas y el flujo básico casi-estacionario en cámaras esbeltas y con toberas cuya área de la garganta es mucho menor que el áre trasversal de la cámara. Se realiza un análisis lineal de la estabilidad considerando pequeñas perturbaciones, de tipo armónico, superpuestas al flujo básico en cámaras de combustión cilíndricas circulares. Se analizan separadamente las oscilaciones longitudinales, con tiempos acusticos proporcionales a la longitud de la cámara L, de las oscilaciones traversales, con tiempos acústicos proporcionales al radio de la cámara a, mucho más pequeños. Asociadas a las oscilaciones longitudinales , o de baja frecuencia se encuentran oscilaciones de vorticidad y de entropía con longitudes de onda típicamente pequeñas comparadas con el radio de la cámara y que penetran profundamente en ella. Usando técnicas de escalas múltiples, aprovechando la disparidad de escalas espacio-temporales presentes en el problema, se deducen las ecuaciones diferenciales que permiten calcular la dependencia axial y longitudinal de la amplitud de estas ondas. Las condiciones de contorno están determinadas por la admitancia acústica del propulsante sólido, que se obtiene de los análisis existentes de la capa delgada de reacción en fase gaseosa, y del análisis de la tobera que aquí se realiza teniendo en cuenta las ondas de vorticidad y de entropía. La ecuaciones se resuelven de forma cerrada proporcionando el exponente de estabilidad, el cual se usa para determinar las condiciones en las que se presenta la inestabilidad en las oscilaciones longitudinales. Las oscilaciones transversales, o de alta frecuencia, son, en primera aproximación, las correspondientes a la acústica clásica con una amplitud lentamente variable a lo largo del eje de la cámara. La ecuación de evolución de la amplitud se obtiene mediante métodos de perturbaciones regulares, cuya resolución existe conocer la admitancia acústica de la tobera para las oscilaciones transversales. La admitancia acústica de la tobera se obtiene en toda su generalidad para las oscilaciones insetrópica en el límite de bajos números de Mach de entrada en la tobera realizando el análisis asintótico mediante el método WKB. La respuesta de la tobera proporciona una contribución desestabilizante. Al menos el primero de cada uno de los modos azimutales, dependiendo de la admitancia acústica características de la respuesta del propulsante sólido.