Diseño y simulación de quemado en motores de combustible sólido

Abstract

En este trabajo se presenta el desarrollado de una metodología de cálculo para la obtención de la evolución de la presión en función de la posición y del tiempo en una cámara de combustión de un motor de cohete de combustible sólido, el cual puede o no ser de empuje dual. En una primera instancia se describe como puede ser modelada la geometría interna del grano considerando los puntos geométricos de la misma y cómo evoluciona la misma en función del espesor de quemado. Para ello se utilizan segmentos, la normal a estos y funciones de suavizado para representar su evolución. Luego dicho algoritmo es empleado para calcular el área de quemado y el volumen libre de cámara en función del tiempo. Con ello se resuelven numéricamente la ecuación 0-D, que modela la presión en función del tiempo con la hipótesis de presión de cámara constante. Tanto la ecuación del modelo 0-D como la evolución temporal de los diferentes espesores de quemado a lo largo del grano son resueltas usando el algoritmo de integración de ecuaciones diferenciales ordinarias (ODE) de Runge-Kutta. El segundo método de resolución es modelar el quemado interno del grano con adición de masa, modelo 1-D, para ello se resuelven en forma simultáneamente las ecuaciones de continuidad, cantidad de movimiento, energía, y ecuación de estado. Este método representa una evolución cuasi estática del quemado. Al igual que en el caso anterior se considera el algoritmo de evolución geométrica para calcular el perímetro de quemado y el área de pasaje. Por último ambos métodos, usando la ley de combustión de Vielle, son comparados con resultado experimentales de diferentes motores de combustible sólido utilizados en diferentes aplicaciones aeronáuticas.