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La tobera en forma de campana o de contorno es probablemente la tobera de motor de cohete con forma más común . Tiene una sección de expansión de ángulo alto (de 20 a 50 grados) justo detrás de la garganta de la tobera; a esto le sigue una inversión gradual de la pendiente del contorno de la tobera, de modo que en la salida de la tobera el ángulo de divergencia es pequeño, generalmente menor que un medio ángulo de 10 grados.
Una tobera ideal dirigiría todos los gases generados en la cámara de combustión directamente hacia afuera de la tobera. Eso significaría que el impulso de los gases sería axial, impartiendo el máximo empuje al cohete. De hecho, existen algunos componentes no axiales del impulso. En términos de un vector de impulso , existe un ángulo entre el eje del motor del cohete y el flujo de gas. Como resultado, el empuje se reduce en cantidades variables.
La forma de campana o contorno está diseñada para impartir una gran expansión angular para los gases justo después de la garganta. Luego, la boquilla se curva hacia adentro para dar un flujo de gas casi recto hacia afuera de la abertura de la boquilla. El contorno utilizado es bastante complejo. La gran sección de expansión cerca de la garganta provoca ondas de choque de expansión. La inversión de la pendiente para llevar la salida a casi cero grados provoca ondas de choque de compresión . Una boquilla correctamente diseñada hará que estos dos conjuntos de ondas de choque coincidan y se cancelen entre sí. De esta manera, la campana es un compromiso entre los dos extremos de la boquilla cónica, ya que minimiza el peso y maximiza el rendimiento. [1]
La cuestión de diseño más importante es contornear la boquilla para evitar choques oblicuos y maximizar el rendimiento.
En su clásico libro de texto, [2] George P. Sutton le atribuye al Dr. GVR Rao el haber elaborado las matemáticas del diseño óptimo de la tobera de campana en 1955, mientras trabajaba en Rocketdyne . [3] [4] [5] [6]
Referencias
- ^ Williams, James C. (1970). ESTUDIO DE LA INFORMACIÓN PUBLICADA POR LA NACA Y LA NASA SOBRE LA PERTINENCIA EN EL DISEÑO DE AVIONES LIGEROS (1.ª ed.). Springfield, Virginia : DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA Y AEROESPACIAL UNIVERSIDAD ESTATAL DE CAROLINA DEL NORTE Raleigh, NC p. 708.
- ^ George P. Sutton (1992). Elementos de propulsión de cohetes: Introducción a la ingeniería de cohetes (6.ª ed.). Wiley-Interscience. pág. 636. ISBN 0-471-52938-9.
- ^ Boquillas de cohetes contorneadas GVR Rao. Noveno congreso anual de la Federación Astronáutica Internacional, 1958. Número de referencia de la Biblioteca del Congreso TL 787.I44
- ^ GVR Rao, "Desarrollo reciente en configuraciones de toberas de cohetes". Revista American Rocket Society, vol. 31, número 11, noviembre de 1961. Número de referencia de la Biblioteca del Congreso TL 780.A613
- ^ GVR Rao, "Aproximación de los contornos óptimos de la tobera de empuje". Revista American Rocket Society, vol. 30, número 6, junio de 1960. Número de referencia de la Biblioteca del Congreso TL 780.A613
- ^ GVR Rao, "Contorno de la tobera de escape para un vuelo óptimo". Jet Propulsion Vol. 28 número 6 1958. Número de referencia de la Biblioteca del Congreso TL 780.A613
