MOTORES COHETE (2ª Edición)

Los motores cohete ocupan un lugar destacado en la industria aeroespacial. Son esenciales en el acceso al espacio, en proyectos de telecomunicaciones, geolocalización, meteorología y, en un futuro no muy lejano, en el turismo espacial.

En el texto se recogen los conocimientos básicos sobre el funcionamiento de los motores cohete y sus subsistemas, así como, el análisis y los planteamientos más avanzados propios de la formación que debe recibir un ingeniero experto en propulsión. El objeto de estudio se centra en el conocimiento avanzado de los procesos fluidodinámicos que sufren los propulsantes en el interior del motor y cómo interactúan con este.

Los contenidos de este volumen se reparten en 15 capítulos y 3 apéndices en los que se plasman las ideas principales, se mantiene un nivel adecuado de actualidad tecnológica, se fomenta el interés por los problemas planteados con rigurosidad científica y se facilitar el estudio autónomo. La vocación del libro es que también sea un elemento útil de trabajo, por eso contiene 117 ejemplos y ejercicios resueltos.

Los primeros capítulos se dedican a conceptos generales de aplicación a los motores cohete y los últimos, más especializados, al estudio de sistemas concretos. En este sentido, los cinco primeros capítulos se dedican a la descripción general de los sistemas, a la obtención de las expresiones necesarias para calcular el empuje del motor, al estudio de la capacidad de los motores cohete de acometer misiones aéreas y espaciales y al estudio genérico de los motores cohete termoquímicos y, en particular, del movimiento en la tobera, que es un elemento esencial. A continuación, se dedican tres capítulos a los motores cohete de propulsante sólido, cuatro capítulos a los motores cohete de propulsante líquido y un único capítulo a los motores híbridos, pues guardan similitud con los dos anteriores. En los capítulos dedicados a los tres tipos de motores termoquímicos, se presta atención a la descripción detallada de subsistemas, a presentar las herramientas que permiten el análisis de sus actuaciones y a establecer las directrices que permiten abordar problemas de diseño. Por último, se dedican dos capítulos a los propulsores eléctricos, cuyo auge y potencial es muy alto y están llamados a liderar la propulsión en misiones de bajo empuje en el espacio.

En la segunda edición de este libro se ha optado por modificar el título del libro para adecuarlo mejor al contenido. La edición anterior de este libro se publicó con el título Introducción a los motores cohete y en esta segunda edición se ha llevado a cabo una revisión en profundidad del texto y de los ejercicios resueltos. Así en el Capítulo 8 se ha incluido un nuevo apartado de diseño preliminar de motores cohete de propulsante sólido en el que reinterpreta y sintetiza la información disponible en las fuentes clásicas. En el Capítulo 11 se ha actualizado la clasificación de motores de propulsante líquido, incluyendo los sistemas eléctricos de presurización, propuestos recientemente para diseñar lanzadores de pequeño tamaño. Por último, se ha incrementado el número de ejercicios resueltos.

LOS AUTORES: Juan Manuel Tizón Pulido y Enrique Cabrera Revuelta son profesores del Departamento de Mecánica de Fluidos y Propulsión Aeroespacial de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Aeronáutica y del Espacio de la Universidad Politécnica de Madrid. Su actividad docente se desarrolla en torno a las asignaturas sobre Aerorreactores, Motores Cohete y Turbomáquinas que forman parte de los planes de estudio de titulaciones del Grado en Ingeniería Aeroespacial y del Máster Universitario en Ingeniería Aeronáutica.

ÍNDICE DEL LIBRO:

Nomenclatura

1. Propulsión mediante motores cohete
1.1. Introducción
1.2. Principios de la propulsión
1.3. Clasificación
1.4. Funcionamiento de los motores cohete

2. Empuje y estudio propulsivo
2.1. Estudio propulsivo
2.2. Impulso específico
2.3. Actuaciones y ensayo
Problemas

3. Misiones y análisis de utilización
3.1. Introducción
3.2. Movimiento del vehículo
3.3. Ecuación del cohete
3.3.1. Impulso total
3.4. Catálogo de misiones
3.5. Análisis de utilización
Problemas

4. Modelo ideal de motor cohete
4.1. Introducción
4.2. Modelo simple de motor
4.3. Parámetro de velocidad característica
4.4. Coeficiente de empuje e impulso específico
4.5. Actuaciones idealizadas de un motor cohete
4.6. Efectos reales
Problemas

5. Actuaciones y trazado de toberas
5.1. Actuaciones de toberas
5.2. Toberas para motores cohete
5.3. Aerodinámica de toberas
5.4. Trazado del contorno aerodinámico
5.5. Funcionamiento de toberas sobreexpandidas
Problemas

6. Motores cohete de propulsante sólido
6.1. Introducción
6.2. Aplicaciones
6.3. Actuaciones
6.4. Componentes
6.5. Consideraciones de diseño
Problemas

7. Propulsantes sólidos
7.1. Introducción
7.2. Sustancias y funciones
7.3. Clasificación
7.4. Familias de propulsantes
7.5. Selección y formulación de propulsantes
7.6. Combustión de propulsantes sólidos
7.7. Velocidad de recesión
7.8. Combustión erosiva
7.9. Determinación de la velocidad de recesión

8. Actuaciones de motores cohete de propulsante sólido
8.1. Introducción
8.2. Determinación de la presión de cámara
8.3. Evolución temporal de la presión de cámara
8.4. Superficies de combustión
8.5. Evolución de la superficie de combustión
8.6. Combustión lateral
8.7. Dimensionado preliminar
Problemas

9. Motores cohete de propulsante líquido
9.1. Introducción
9.2. Tipos y aplicaciones
9.3. Clasificación
9.4. Propulsantes líquidos
9.5. Características propulsivas
9.6. Sistemas de alimentación
9.7. Análisis de misión
Problemas

10. Cámaras de empuje
10.1. Introducción
10.2. Cámaras de combustión
10.3. Sistema de inyección
10.4. Sistema de refrigeración
Problemas

11. Sistema de alimentación por turbomáquinas
11.1. Ciclos de potencia
11.2. Elementos del motor
11.3. Análisis de ciclos
11.4. Modelos de análisis de ciclo
Problemas

12. Sistema de alimentación por presurización
12.1. Tipos y descripción del funcionamiento
12.2. Combustión de la hidracina
12.3. Modelo termodinámico del sistema de alimentación
Problemas

13. Motores cohete híbridos
13.1. Introducción
13.2. Propulsantes
13.3. Funcionamiento básico
13.4. Modelo de motor
13.6. Análisis de actuaciones
Problemas

14. Propulsión eléctrica
14.1. Introducción
14.2. Clasificación y descripción
14.3. Análisis de utilización
14.3.1. Energía específica Z

15. Motores cohete electroestáticos
15.1. Introducción
15.2. Tipos de motores
15.3. Selección de propulsante
15.4. Sistema de aceleración electrostática
15.5. Aspectos de funcionamiento y diseño

Apéndice A. Aerotermoquímica
A.1. Conservación de la energía
A.2. Entalpía estándar de formación
A.3. Segundo principio de la termodinámica
A.4. Criterio de equilibrio
A.5. Mezclas de gases

Apéndice B. Fluidos en movimiento
B.1. Ecuaciones en forma integral
B.2. Movimiento unidimensional de fluidos ideales

Apéndice C. Frentes de combustión
C.1. Llamas laminares
C.2. Frentes premezclados

Apéndice D. Respuestas a los problemas

Bibliografía