Pregunta:
¿Por qué no son de uso común los motores lineales aerospike?
Travis Bear
2013-12-03 06:43:22 UTC
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Los motores aerospike lineales son una vieja idea que parece tan prometedora. ¿Por qué no son ampliamente utilizados hoy en día por empresas como Boeing, SpaceX, etc.?

También agregaría que hay una cantidad limitada de impulso que uno puede "extraer" del combustible químico, por lo que el soporte de múltiples topologías de motor no vale la pena. La situación similar existe con los motores Wankel y Stirling para uso automotriz; estos están en etapa de investigación durante años, pero difícilmente justifican el esfuerzo de cambiar.
Oakad: Yo agregaría que la topología del motor puede mejorar el impulso específico atmosférico, que es expresamente lo que se supone que deben hacer los aeropikes. Los motores con alta Isp atmosférica son una especie de Santo Grial para el desarrollo de vehículos de lanzamiento de alta fracción de carga útil, como las naves SSTO.
Sé que esta es una publicación antigua, pero verifique esto: http://www.arcaspace.com/en/haas2c.htm
Everyday Astronaut hace una inmersión profunda en este mismo tema aquí: https://www.youtube.com/watch?v=D4SaofKCYwo
Ocho respuestas:
#1
+15
TildalWave
2013-12-03 11:28:11 UTC
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Dinero. La mayoría de los diseños de motores que estamos usando ahora son una evolución de la era de la carrera espacial de una forma u otra, desde los tiempos en que la financiación de la investigación en el diseño de motores / boquillas de cohetes no era un problema. El pico lineal cambia fundamentalmente el diseño del cohete, para una estructura de soporte de motor, y como tal requeriría una revolución en la ingeniería si alguien lo espera barato. La evolución constante simplemente no es lo suficientemente buena, los cambios necesarios son demasiado grandes.

Entonces, o la investigación de motores de cohetes, el desarrollo de & obtendría una gran inyección de dinero de alguna parte, o logramos algún avance de ingeniería que no requieren mucho, como quizás simuladores de ingeniería más confiables ( un buen ejemplo, pero no lo suficiente). Aparte de eso, los ciclos de diseño, construcción y prueba son simplemente demasiado costosos. El lado de la ingeniería es un desafío, pero ningún ingeniero le dirá que es imposible.

#2
+12
SF.
2017-12-04 16:10:02 UTC
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Los aeropikes son notoriamente difíciles de enfriar de manera eficiente.

Con una boquilla de campana, tiene una pequeña parte del escape de rápida expansión (+ enfriamiento) tocando la boquilla ancha y enfriada activamente, lo que significa poca transferencia de calor por conducción , gradiente de temperatura más bajo, mucha área para tuberías de refrigerante en el exterior (o dentro) de la campana y área exterior que irradia mucho calor (o lo pasa al aire mientras está en la atmósfera) además de que el refrigerante lo extrae.

En aerospike, la presión (y temperatura) del gas permanece muy alta a lo largo de la superficie de la espiga, y la punta afilada deja muy poco espacio para los sistemas de enfriamiento. Tiene una gran cantidad de gas muy denso y muy caliente en contacto con el pico estrecho que debe pasar todo el refrigerante y disipar el calor de alguna manera, para no derretirse.

Eso significa Las pruebas breves de motores aerospike, que demuestran todos los beneficios, son perfectamente viables, pero las plataformas experimentales se apagan antes de que puedan sobrecalentarse y sufrir daños críticos. Simplemente no podían funcionar continuamente durante el tiempo que un cohete típico necesita para llevar la carga útil a la órbita. Se está trabajando en el enfriamiento eficiente y a prueba de fallas de los motores, pero no es tan fácil como en el caso de las boquillas de campana, un desafío importante que complica la adopción generalizada de este tipo de motor.

Esto parece bastante interesante, y lo creo plenamente. Pero, ¿tiene algunas fuentes o referencias para leer más?
@Polygnome: lo siento, solo de boca en boca y comprensión general. Esto es especialmente cierto para los aerosoles circulares donde la punta casi se estrecha hasta un punto; a menudo lo verá brillando casi al rojo vivo en los videos de prueba. Los aerospikes lineales deberían ser menos vulnerables a ese problema, pero definitivamente no son inmunes a él.
Por supuesto, TildalWave tiene razón, todo esto se reduce a dinero para investigar y probar la solución, pero la parte más difícil y costosa de investigar es la refrigeración. La ciencia y la ingeniería de la parte de llama / combustión están bastante maduras; el enfriamiento todavía está atrasado en el nivel de preparación tecnológica.
#3
+8
JanKanis
2019-10-21 15:07:17 UTC
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The Everyday Astronaut acaba de publicar un video de una hora de duración que investiga esta pregunta.

Algunos de los puntos principales son:

  • Aerospikes son especialmente ventajosos para vehículos de una sola etapa para orbitar, y las compañías espaciales actuales no los están construyendo. Realmente no hay una ventaja en los SSTO en comparación con los cohetes de múltiples etapas.
  • La ventaja de eficiencia de los aeropicos no es realmente tan grande, si es que existe. Los aerosoles tienen un impulso específico más alto en comparación con las boquillas de campana, es decir, convierten el calor y la presión en velocidad de escape, pero las muchas cámaras de combustión pequeñas que requieren los aerosoles reducen la eficiencia de la reacción (convirtiendo la energía química en calor y presión) en comparación con una sola cámara de combustión grande. Esto fue mencionado por Elon Musk como parte de la razón por la que no persiguieron los aerosoles.
  • Los aerosoles pueden tener algunas ventajas físicas sobre las boquillas de campana, pero tienen muchos inconvenientes de ingeniería. Una gran cantidad de cámaras de combustión pequeñas requieren un orden de magnitud más de enfriamiento que una sola grande. Si bien no es insuperable, ¿por qué invertiría en él cuando la ventaja sobre las boquillas de campana es pequeña o inexistente?
  • La investigación de aerosoles financiada por la NASA se canceló por razones que no tenían mucho que ver con los aerosoles en sí, pero eso se reduce a opciones políticas y problemas técnicos con otras partes de los proyectos de los que formaban parte. Un motor de aerospike habría sido una actualización del Saturn V, otro para el Venture Star. Por qué estos proyectos se cancelaron es una cuestión diferente, pero al final la elección fue decisión del gobierno de los Estados Unidos. Uno de los ingenieros del motor de aerospike Venture Star dice que espera que el motor hubiera funcionado bien y hubiera podido alcanzar sus objetivos de diseño si el proyecto se hubiera completado.
  • Elon Musk de SpaceX dice que lo investigaron y su conclusión fue que invertir en aeropikes no valía la pena, debido a las razones anteriores. Pero les encantaría que se les demuestre que están equivocados.

Me gusta esta respuesta. Solo una pregunta: ¿cuál es la fuente de la afirmación "Los aeropikes tienen un impulso específico más alto en comparación con las boquillas de campana"? Me encantaría saber más sobre esto.
@EverydayAstronaut tu video, para uno. No especifiqué a qué altitud, lo que supongo que estás insinuando: tienen un impulso específico promedio más alto sobre la trayectoria de un cohete a través de la atmósfera. Así que supongo que con esta respuesta robé tu puntuación de reputación> :).
#4
+3
Hash
2013-12-03 11:09:17 UTC
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La respuesta es simple

  • falta de confiabilidad comprobada

  • falta de experiencia de vuelo comprobada

  • falta de validación de rendimiento ..

    • más superficie expuesta a gas caliente. Entonces debe enfriarse, lo cual es difícil ..
#5
+3
Rick Harry
2017-09-07 23:25:46 UTC
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Después de haber trabajado en Rocketdyne durante muchos años, tenía entendido que, aunque querían ponerlo en el transbordador espacial, la política de una sola fuente hizo que la NASA escribiera una propuesta que requería las toberas habituales de los cohetes.
En ese momento había no hubo financiación para finalizar el desarrollo a gran escala y las pruebas de vuelo.

#6
+2
user21899
2017-12-04 02:03:26 UTC
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Firefly Aerospace utilizará un motor aerospike (anular) con su cohete Alpha. Tienen un lanzamiento planificado en 2018.

"Los planes para el desarrollo del motor fueron alterados significativamente por la nueva administración, y el vehículo Alpha revisado cuenta con un motor alimentado por bomba y elimina la configuración aerospike".
#7
+2
Jase
2018-05-31 08:02:52 UTC
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Arcaspace ha estado construyendo un motor de prueba de peróxido de hidrógeno que esperan encender más adelante en 2018, con el objetivo declarado de volar un RP1 / H2O2 eSSTO. https://newatlas.com/arc-aerospike-linear-engine-complete/51431/

¡Bienvenido a Stack Exchange! Responder preguntas aquí es un poco diferente que en otros sitios. ¿Puede agregar más y explicar los puntos clave en el enlace que son relevantes? En SE, las respuestas deben poder mantenerse por sí solas después de que se rompan los enlaces, por lo que las respuestas de solo enlace no se consideran útiles. Además, "Deberíamos ver esto en uso este año". suena intrigante; ¿Por qué piensas eso? ¿Puede agregar alguna información específica aquí por qué cree que sucederá tan pronto? ¡Gracias!
Admiro el entusiasmo de Arcaspace, pero es Dunning-Kruger en acción. Sería como SpaceX si Musk no tuviera el dinero para contratar personas que sepan lo que están haciendo. el primer diseño fue víctima de la falacia del péndulo; el último confunde la longitud característica con la longitud física.
#8
+1
uhoh
2018-08-16 19:50:12 UTC
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Esta respuesta es complementaria a las otras excelentes respuestas aquí.

Este video de Curious Droid también confirma que es solo una cuestión de tiempo y dinero. Las primeras palabras "La historia está llena de decisiones ..." Debido a los detalles de la historia del desarrollo, las boquillas en forma de campana lo hicieron primero y la gente se quedó con él.

Esto puede recordar ligeramente la falta de uso actual de energía nuclear basada en torio, aunque eso también está relacionado con la necesidad de desarrollar armas nucleares.

Agradable. De acuerdo. ¡Gran enlace!


Esta pregunta y respuesta fue traducida automáticamente del idioma inglés.El contenido original está disponible en stackexchange, a quien agradecemos la licencia cc by-sa 3.0 bajo la que se distribuye.
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