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Autor Tema: SISTEMA DE PROPULSIÓN PARA COHETES "PFC"  (Leído 3868 veces)

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SISTEMA DE PROPULSIÓN PARA COHETES "PFC"
« en: Diciembre 27 2007 18:42 pm »
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Las siglas PFC significan "Pseudo Fin On Cyl". Es decir, falso cilindro con aletas (Aletas sobre un cilindro) y hace mención a la característica forma del núcleo en un grano propulsor.

El nombre se contrapone al verdadero Finocyl, que tiene una estructura variable a lo largo del eje, creciendo la superficie de las aletas a medida que nos acercamos a la tobera.

Se trata de un núcleo o corazón en forma de "estrella" formado por un cilindro axial con varias ranuras hacia la periferia.

Para entenderlo, imaginemos que el centro del grano lo recorre un núcleo cilíndrico (Cyl) que está dotado de aletas o ranuras (Fin) en número, espesor y profundidad variable según el diseño de partida.


Núcleos de granos con forma pseudofinocyl



¿Porqué esta forma? ¿No es suficiente hacer un núcleo cilíndrico? ¿Qué ventajas tiene este diseño?


Se comprende que un núcleo cilíndrico se va quemando de dentro a fuera y se agranda durante la combustión, produciendo una curva de "Kn" progresiva. Cuando estamos en el comienzo de la combustión, la superficie del núcleo interno es pequeña y hay poco combustible ardiendo. A medida que avanza la combustión crece el radio y la superficie del cilindro interno en combustión, por lo que el "Kn", la presión y el empuje va creciendo con la variación geométrica.

Cuando necesitamos más empuje para la estabilidad del cohete, es decir, en el despegue, tenemos poca superficie en combustión y cuando ya no es necesaria tanta potencia, la superficie y la presión generada va creciendo, con riesgo de explosión.

El típico sistema de un solo grano largo con núcleo cilíndrico, aunque sencillo, es poco apropiado y presenta los inconvenientes descritos.


El sistema PSEUDOFINOCYL permite desde el principio una superficie superior a la que daría el simple cilindro interno o núcleo.

A medida que avanza la combustión, las "aletas" del cilindro van desdibujándose y acortándose. Estas ranuras llegan a desaparecer cuando la combustión agota el propulsor al llegar al tubo que forma el reactor.

Cada ranura tiene tres planos de superficie y su crecimiento durante la combustión está limitado por la ranura que crece a su lado.

Como sucede en todo reactor de propulsión sólida, la combustión progresa por capas desde las áreas desinhibidas que reciben, por definición, la acción del fuego iniciador. Esta combustión se ajusta a la forma de "estrella" en sus primeros momentos pero tiende a la forma cilíndrica a medida que progresa.

Siendo la superficie de este núcleo con forma de "estrella" claramente superior a la de un núcleo cilíndrico simple, obtenemos desde el principio un empuje superior que permanece hasta la extinción del grano.

Debido a irregularidades en la composición del propulsor (granulometría variable, burbujas, microfisuras, etc) y a la propia violencia de la combustión, toda simulación geométrica debe considerarse como un modelo matemático ideal y no como una previsión exacta.

Se diseñará el reactor con un margen de seguridad en cuanto a al régimen de presiones alcanzado, que a su vez se simulará con el software SRM. Una vez conocidos los valores máximos de "Kn" los aplicaremos a la simulación PSEUDOFINOCYL.

La forma de realizar este tipo de núcleo puede ser con un molde previo con aletas incorporadas o un serrado posterior de las aletas en el grano base de núcleo cilíndrico ya moldeado.

No es difícil introducir una sierra de arco por el núcleo y hacer cortes radiales desde el interior hacia la periferia, siguiendo el modelo previamente simulado por software.



Este sistema lo usa el cohete espacial "Ariane 5" en sus sistemas de propulsión sólida HPTB/Aluminio y perclorato amónico.

Las curvas de empuje que produce el sistema una vez optimizado, son muy aceptables y pueden simularse con el programa:


 :point: http://www.cohetes.org/excel/pfc-burn.xlsm


El sistema PFC permite una alta densidad de carga con un mejor aprovechamiento del volumen del reactor. También permite proteger eficazmente el tubo de las altas temperaturas y las elevadas presiones generadas.


P.D. Por tratarse de un tema bastante técnico se ruega escribir en este hilo con rigurosa relación al contenido del tutorial.



Salva
« última modificación: Enero 02 2008 00:40 am por Salva »

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