00 Leccion 06a CG Actuaciones de Toberas

7/24/2019 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



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



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



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.



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



Tobera

cónica

J. M. Tizón



Simulación

Numérica

TOBERA CONTORNEADA

(adaptada)

J. M. Tizón



Aerodinámica

de

toberas43

J. M. Tizón



Aerodinámica

de

toberas

J. M. Tizón



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



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’’



CONTORNO

DE

LA

TOBERA

IDEAL

J. M. Tizón

1.74 E C

1.80 E C

Coeficiente de empuje en vacío !



CONTORNOS

IDEALES

(TIC,

CTIC)

J. M. Tizón



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



Aproximación

parabólica

J. M. Tizón

Trazado de la tobera de Rao (TOP)Rao, G. V. R., “Approximation of Optimum Thrust Nozzle Contour”,

ARS Journal,

june

1960



Longitud

relativa

J. M. Tizón

Coeficiente de empuje

iguales (excepto la ideal)



CE de

la

tobera

de

RAO

J. M. Tizón



Control

vectorial

de

empuje

J. M. Tizón

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