Unterexpandierte Düse auf Meereshöhe – ist das ein Problem?

Ich entwerfe einen Feststoffraketenmotor mit einem festen Druck in der Brennkammer P C C = 70   B A R . Bei der Wahl der richtigen Düse muss ich auf das richtige Expansionsverhältnis achten, um den durchschnittlichen Schubbeiwert zu maximieren C F über die Brenndauer T B :

C F ¯ = 1 T B ∫ 0 T B C F ( T ) D T .
Das Design basiert auf isentropischen Beziehungen, und wenn das Expansionsverhältnis der Düse zu klein ist – sagen wir 5 – folgt daraus, dass die Düse bereits auf Meereshöhe unterexpandiert wird.

Gibt es irgendwelche Nachteile beim Entwerfen einer Düse, die niemals angepasst wird? Warum sollte die Düse auf eine bestimmte Höhe angepasst werden, wenn die Aufstiegstrajektorie genau senkrecht ist?

Die Verwendung einer zu schwach aufgeweiteten Düse bedeutet einen Effizienzverlust, die Verwendung einer zu stark aufgeweiteten Düse bedeutet ein übermäßiges zusätzliches Gewicht der Düse. Es sollte ein für alle Umgebungsdrücke gültiger Kompromiss zwischen Gewicht und Wirkungsgrad gefunden werden.

Antworten (1)

Für einen vertikalen Aufstieg vom Meeresspiegel ist die übliche Situation, dass die Düse beim Abheben überdehnt, am Ende des Brennens zu wenig expandiert ist und irgendwo in der Mitte die richtige Expansion und optimale Leistung erreicht. Es ist nur zu einem bestimmten Zeitpunkt "optimal", aber über den größten Teil des Fluges ist es ziemlich gut.

Auf Meereshöhe zu wenig ausgebaut zu beginnen, ist ein schlechter Ort, um zu sein; Die Leistung ist von Anfang an suboptimal und wird nur schlechter, wenn Sie aufsteigen.

Der einzige Grund, warum Sie mit einer zu geringen Ausdehnung beginnen sollten, ist, wenn Sie keine leichte Düse bereitstellen können (weil Sie Steinmesser und Bärenfelle verwenden ) und das Gewicht einer größeren Düse nicht akzeptabel ist.

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