¿Qué tipo de motor es el más sofisticado y el más difícil de fabricar? ¿Motor de avión, motor de caza o motor de cohete espacial?

Answer 1

El motor a reacción ofrece muchos desafíos para su construcción, como perforar pasajes para enfriar el aire a través de un pie de aleación de acero extra resistente en una de las palas de la turbina de escape. Suena difícil, piensa, evitando que se desvíe, etc. El próximo desafío, hay tres pasajes paralelos en esta cuchilla de motores, ok, eso se vuelve más desafiante. Solo entonces escuchas el golpeador, los agujeros son de 0,2 mm o 0,008 ″ de diámetro. Un cabello humano mide alrededor de 0.002 ″

Luego vienen las latas de los quemadores. Imagínese tratando de mantener una cerilla encendida en un tornado. Y ese aire de enfriamiento, que envías esos generosos canales en la pala de escape, ¿recuerdas eso? Bueno, lo desangras después de la octava etapa del compresor. Es 1.300F, o 700C.

Pero esto palidece en comparación con los motores de cohetes de combustible líquido. Otros han hablado de los turbopumps, en cambio, veamos la placa mezcladora. Ahora eres un ex jefe mío, se llamaba Wendell. Es a principios de los 60, te graduaste de CalTech el año pasado y lograste conseguir un trabajo en JPL. Terminas asignado al equipo que trabaja en la placa mezcladora para los motores en la primera etapa del Saturn 5.

Entonces tienes esta placa convexa, aproximadamente del tamaño de una gran tapa de registro. Tiene una gran cantidad de agujeros perforados, junto con algunas crestas elevadas. Una especie de gran colador plano. Su trabajo es tomar dos líquidos bastante dispares, uno un hidrocarburo a temperatura ambiente, el otro es un líquido criogénico, que está a punto de forzarse en miles de galones de cada cantidad a través de la tapa de la boca de inspección, donde se supone que los agujeros deben dispersarlo. una mezcla uniforme, en una distancia muy corta, seguida de encenderla en llamas.

Sus estudios de dinámica de fluidos muestran que no puede acercarse al cálculo de su comportamiento, de hecho, está cada vez más convencido de que es un sistema caótico y desafía sus intentos de cuantificarlo. El líder de su grupo eventualmente solo levanta las manos, lo llama arte y cambia para cortar, probar, analizar, ajustar. Por supuesto que estás en California, el banco de pruebas está en Huntsville y FedEx aún no existe. Peor aún, realmente no puedes observar lo que está sucediendo. Cualquier cosa, como una sonda de temperatura o presión, hace dos cosas: perturba lo que desea medir, luego se derrite. Tienen que determinar qué está sucediendo observando llamas a 20 o más pies del área en cuestión, y examinando la superficie de la placa después de una prueba en busca de picaduras, derretimiento, etc.

No se olvide de la fecha límite muy pública establecida por nuestro líder mártir, y de que habrá tres humanos montados encima. Y, por cierto, probar esto es ruidoso, ya que se puede escuchar en ciudades a decenas de millas de distancia. Por último, los prueba en conjuntos de cinco, para ver qué tan mal interfieren entre sí, por lo que está haciendo múltiples conjuntos de su tapa de registro, con dibujos dibujados a mano y principalmente utilizando mecanizado manual. No tenía CAD en ese entonces, y era NC, no CNC, así que si tenía tiempo en una de las máquinas, significaba que alguien estaba sentado en un teletipo y golpeaba con la mano una cinta de papel, eso era solo una larga lista de coordenadas , en lugar del código G que se usa hoy en día.

Obviamente lo pusieron a trabajar. Probablemente tendríamos que reconstruir la intuición que los llevó a un patrón que funcionó. Había cosas allí que realmente no podían escribirse.

Después de que terminó el programa, se mudó de una costa a otra, terminando en Boston, trabajando como programador y gerente en sistemas de control y medición industrial. Lo conocí en 1977.

Ah, sí, una última cosa, las cosas no escalan bien, los números de Reynolds y todo eso, además de las otras etapas están usando una mezcla de combustible diferente, por lo que la placa del mezclador tuvo que evolucionar para cada tamaño de motor utilizado en la nave espacial. (Y tenía que trabajar en los casos extremos, una vez que se ejecutaba, había presión para trabajar en la cámara de combustión, pero cuando está comenzando la tontería, puede ser un muy buen vacío allí). Algunos de ellos tenían estranguladores, otros son ligeros una vez y van hasta que el tanque se seque, otros se detuvieron y se reiniciaron.

Esos cohetes no son solo máquinas increíbles, sino que son un testimonio de la persistencia terca y malévola humana. Las personas sensatas y razonables lo hubieran declarado un problema sin una solución y hubieran dado un puntapié.

Answer 2

Esa es una respuesta corta para una pregunta difícil si crees que los aviones de combate tienen las especificaciones escritas más restringidas. El cohete líquido no es tan complejo como el motor a reacción, su fiabilidad podría lograrse con metales resistentes al calor: tungsteno, iridio, niobio. Dentro de la cámara de combustión, la mezcla se encenderá y expulsará una boquilla de campana mientras no tenga partes móviles. Si el cohete está hecho solo con válvula y depósitos, evitará el problema del bombeo turbo.

Ahora … Ve a obtener esos metales en el suelo como rocas: también es una tarea muy compleja, solo porque un pequeño cliente lo quiere. Nunca tuvimos dificultades para golpearnos más fuerte. Un buen diseño de motor puede tomar al menos 3 años, 120 horas de túnel de viento, 90 personas para hacer el papeleo solo. La certificación consumirá mucho más, donde se deben realizar muchas pruebas para verificar una lista agotadora de demandas. Tal como cortar un pájaro que impacta a 260 m / s. Molino de viento cuando se acaba el combustible. Ir a trabajar sin parar durante una semana por debajo de -40 C.

El motor de turboventilador para un avión de pasajeros es como el motor a reacción del caza sin la última sección del quemador posterior. El primer compresor es más grande y se llama “ventilador”. Solo unas pocas empresas se aventuran a crear eso. En general, un motor a reacción tiene que vivir más de 25 años por producto. Si un avión cuesta diez millones de dólares, es probable que tenga motores que costarán un millón cada uno. (20%)

Los cohetes están menos regulados y hechos a mano, excepto el Soyuz, que es tan bueno y confiable.

Answer 3

Bueno, la cosa es; uno no necesariamente implica al otro. Entonces básicamente estás haciendo dos preguntas diferentes.

Motores de cohetes, por ejemplo; son, con mucho, el menos sofisticado de los tres; un simple motor de cohete propulsor sólido ni siquiera tiene partes móviles. Todo lo que necesita es un poco de combustible y oxidante, una cerilla para encenderlo y una boquilla.

Los motores de propulsión líquida son comparativamente más sofisticados que los sólidos. Sin embargo, básicamente, todo lo que está agregando es una bomba para presurizar el combustible y una cámara para quemarlo.

Sin embargo, diseñar un buen motor cohete propulsor líquido de alto rendimiento es estúpidamente difícil. No lo llaman “ciencia de cohetes” por mierdas y risas.

Hay una serie de razones para eso, por supuesto. La dinámica de fluidos es un tema notoriamente difícil de dominar y se destaca bastante en un motor de cohete. Luego está la ciencia de los materiales, simplemente porque el medio ambiente y las tolerancias en cuestión requieren sustancias divinas que son muy ligeras (y preferiblemente baratas).

Sin embargo, la parte más difícil de diseñar en un motor de cohete es la turbobomba.

Esta cosa.

Las turbopiezas presurizan y bombean los propulsores a la cámara de combustión.

Ahora una turbobomba en sí misma no es tan difícil de diseñar. Sin embargo, los turbopumps para uso de cohetes requieren cifras de eficiencia casi perfectas. Una buena turbobomba para el uso de cohetes es tan difícil de diseñar que algunas personas se han acostumbrado a llamar a los motores de cohetes “turbopumps con un cohete conectado”.

Esta es una hipérbola adecuada, porque hasta el 50% de los costos de desarrollo de un motor de cohete pueden ir a la turbobomba.

Cuando se trata de lo más complicado ; Creo que es el motor de pistón, que es lo que supongo que quieres decir cuando dijiste “motor de avión”.

Un motor a reacción es esencialmente un motor de cohete que no lleva consigo su oxidante. Es un concepto relativamente simple, aunque diseñar uno eficiente puede ser tan difícil como el motor del cohete. Sin embargo, lo importante para esta pregunta es que no requieren muchas partes móviles.

Los motores de pistón (convencionales), por otro lado, tienen una gran cantidad de partes móviles que deben funcionar en sincronía entre sí. Puede hacer un motor de turbina simple usando un compresor regular de un automóvil, que tiene solo una (o dos, dependiendo de cómo cuente) parte móvil. Sin embargo, incluso el motor de pistón más simple (uno de combustión) requiere al menos 6 piezas móviles. No estoy exactamente seguro del número, dejé de intentar contar después de un tiempo.

Tenga en cuenta que este diagrama no incluye el sistema de lubricación.

Answer 4

Depende de lo que llames sofisticado. Si quiere decir que es difícil de hacer, la respuesta es un motor de turboventilador, porque tiene muchas piezas giratorias y sistemas fundamentales.

Si quiere decir que es difícil de operar, la respuesta es el motor de cohete. Es porque necesitas mucha presión y calor para quemarlo, y es mucho más peligroso. Por supuesto, es más difícil llevar los materiales y las aleaciones a este tipo de motor, pero su sistema seguro se basa en válvulas de presión que son difíciles de fallar.