00 Leccion 06a CG Actuaciones de Toberas
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MOTORES COHETEGrado en Ingeniería Aeroespacial (Curso 4º)
Juan Manuel Tizón Pulido [email protected]
Departamento de Mecánica de Fluidos y Propulsión Aeroespacial
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Lección 6a: Diseño y actuaciones
de
toberas
J. M. Tizón
• Tipos de toberas. Comparativa
• Tobera cónica. Coeficiente de empuje
•
Tobera
de
contorno
ideal Definiciones
Trazado del contorno ideal
Toberas basadas en contorno ideal (TIC,CTIC)
• Toberas contorneadas (optimizadas)
Máximo empuje
(TOC):
Tobera
de
Rao
Trazado de la tobera de Rao (TOC,TOP)
• Control vectorial de empuje (TVC)
• Toberas avanzadas
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Tipos
de
Toberas
J. M. Tizón
TOC Thrust Optimized Contoured nozzle
TIC Truncated Ideal Contoured nozzle
CTIC Compressed TIC
TOP Thrust Optimized Parabolic
MOC Method
of
Characteristics
TIC: Viking, RD‐120 y LE‐7
TOP:
JS2,
SSME
y
Vulcain
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Tipos
de
Toberas
convencionales
J. M. Tizón
Tobera cónica
• Fácil de fabricar.
•
Semi‐
ángulo
de
15° a
20º.• Pérdidas por divergencia de 1.7% para 15°.
• Raramente usada en motores modernos (usual en
motores pequeños)
Tobera contorneada (Ideal, Rao, etc.)
• Reducción
de
las
pérdidas
por
divergencia.
• Toberas más cortas.
• Se puede trazar usando el método de las
características (MOC).
Autoadaptables
• Efecto de
compensación
de
altura.
• Mayor coeficiente de empuje medio.
• En consideración toberas con espiga central.
• Más cortas.
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Tobera
Cónica
J. M. Tizón
g R
g
ag R
A
con L
1 cos
2
s efectiva
cónica
s ideal
V
V
1 1 cos 1 g ag
con
R R L
tg
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Tobera
cónica
J. M. Tizón
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Simulación
Numérica
TOBERA CONTORNEADA
(adaptada)
J. M. Tizón
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Aerodinámica
de
toberas43
J. M. Tizón
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Aerodinámica
de
toberas43
J. M. Tizón
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Aerodinámica
de
toberas
J. M. Tizón
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Definiciones
J. M. Tizón
s g R R g
ag RC
e
c
L
,15º/ f c L L L
2
2
g g
s s
s g
A R
A R
A A
n G
E
S
N
B
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1d s
arcsen M
TRAZADO
DE
LA
TOBERA
IDEAL
J. M. Tizón
E
Objetivo: Obtener un conducto de sección variable que proporcione un perfil
uniforme de vectores velocidad paralelos al eje de la tobera. Una posible solución
es un conducto infinitamente largo.¿Cuál será la solución de mínima longitud de tobera?
g R
s
g
ag R
A
B D
C
E’
D’
D’’
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CONTORNO
DE
LA
TOBERA
IDEAL
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1.74 E C
1.80 E C
Coeficiente de empuje en vacío !
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CONTORNOS
IDEALES
(TIC,
CTIC)
J. M. Tizón
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TOBERA
DE
RAO
J. M. Tizón
Planteamiento:Obtener el contorno que proporciona máximo coeficiente de empuje para radio de
acuerdo de
la
garganta,
relación
de
áreas
y longitud
total
dados.
Tobera de Rao.
Rao, G. V. R., “Exhaust Nozzle Contour for Optimum
Thrust”, Jet
Propulsion,
june
1958.
Rao, G. V. R., “Approximation of Optimum Thrust
Nozzle Contour”, ARS Journal, june 1960
Rao, G. V. R., “Recent Developments in Rocket
Nozzle Configurations”, ARS Journal, nov. 1961
Rao, G. V. R. y Dang, A. L., “Thrust Optimization of
Nozzle Contour including Finite Rate Chemical
Kinetics”, AIAA
Paper 92
‐3729,
28th
Join Propulsion
Conference and Exhibit, Nashville TN, 1992
Rao, G. V. R., et al. “Nozzle Optimization for space‐
Based Vehicles”, AIAA Paper 99‐31323, 35th Joint
Propulsion Conference and Exhibit, CA 1999
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Aproximación
parabólica
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Trazado de la tobera de Rao (TOP)Rao, G. V. R., “Approximation of Optimum Thrust Nozzle Contour”,
ARS Journal,
june
1960
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Longitud
relativa
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Coeficiente de empuje
iguales (excepto la ideal)
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CE de
la
tobera
de
RAO
J. M. Tizón
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Control
vectorial
de
empuje
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Control
vectorial
de
empuje
J. M. Tizón
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Control
vectorial
de
empuje
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Control
vectorial
de
empuje
J. M. Tizón