Los propulsores sólidos eléctricos se están explorando como una opción más segura para la pirotecnia, la minería y la propulsión en el espacio porque solo se encienden con una corriente eléctrica. Pero como todas estas aplicaciones requieren mucho calor, es importante entender cómo cambian las altas temperaturasla química de los propulsores.Los investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, la Universidad de Ciencia y Tecnología de Missouri y la NASA utilizaron un modelo de computadora que simula las propiedades termoquímicas de los materiales de alta temperatura para predecir la termoquímica de un nuevo sólido eléctrico de alto rendimiento.propulsor.
"En los propulsores de plasma pulsado por ablación, hay un plasma de alta temperatura al lado de la superficie del propelente sólido eléctrico. El calor hace que pequeñas cantidades del propelente se eliminen o se ablaten de la superficie y se vaporicen. Este material ablacionadoluego se acelera a altas velocidades para propulsar el cohete. Sin embargo, la alta temperatura también cambia la composición química del material. Hasta ahora no teníamos esa información de composición química ", dijo Joshua Rovey, profesor asociado del Departamento de Ingeniería Aeroespacial.en The Grainger College of Engineering en la U de I.
¿De qué calor estamos hablando? A modo de ejemplo, 12,000 grados Kelvin es la temperatura de la superficie de una estrella. El modelo simuló temperaturas de 500 a 40,000 grados Kelvin.
A estas altas temperaturas, la química del propulsor sólido cambia. El material de teflón convencional está formado por dos carbonos y cuatro flúor unidos entre sí. A medida que se ablaciona, sale tan caliente que las moléculas se disocian.los carbonos y los flúor se desprenden uno del otro.
"Hace tanto calor que los electrones salen de esos átomos", dijo Rovey. "Ahora tienes electrones cargados negativamente y iones cargados positivamente que permanecen como un fluido. El gas caliente es expulsado del propulsor a altas velocidades que generan empujey propulsar naves espaciales. Este trabajo es un modelo numérico para predecir la termodinámica y el equilibrio de este propulsor cuando se vaporiza y se encuentra a estas altas temperaturas ".
La investigación comenzó con un modelo numérico previamente desarrollado para el material y los datos de teflón para proporcionar un punto de referencia. Después de confirmar que simularon el teflón correctamente, los investigadores utilizaron el mismo modelo, pero utilizando condiciones de entrada del propelente eléctrico de alto rendimiento parapredecir su conductividad e ionización a las mismas temperaturas que el teflón.
Una conclusión principal del estudio es que el propulsor eléctrico de alto rendimiento tiene una mayor entalpía, la energía almacenada en el gas, a estas temperaturas extremas.
"Podemos tener más de lo que se llama pérdidas de flujo congelado asociadas con este material que con el Teflón", dijo Rovey. "El propulsor eléctrico de alto rendimiento almacena más energía internamente en el gas. Para la propulsión, queremos que esa energía se vayahacia la aceleración del gas. No queremos poner mucha energía en estos modos internos. Sí, produce gas realmente caliente, pero queremos gas a alta velocidad.
"Esa es una de las desventajas de usarlo: almacenar más energía en estos modos internos reduce la eficiencia. Lo que mostró esta investigación es que la razón se debe fundamentalmente a la termoquímica del material: la composición de los átomos y las moléculas enpropulsor eléctrico de alto rendimiento y cómo responden al calor intenso y las altas temperaturas "
Rovey dijo que la información de este trabajo se puede aplicar a otras aplicaciones de propulsores sólidos, como pirotecnia o ablación con láser.
"Ya sea que se trate de un impulsor de plasma pulsado alimentado por ablación, un láser que ablata una superficie u otra técnica de deposición de energía, simplemente estamos estudiando cómo se comporta este material a diferentes temperaturas, cómo cambia su composición química".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Facultad de Ingeniería de la Universidad de Illinois . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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