Modelado, optimización termoestructural y ensayos funcionales de un motor monopropelente de 1.5N para uso espacial

Abstract

El diseño de un motor de hidracina de bajo empuje para aplicaciones espaciales, se analiza en su comportamiento térmico, incluyéndose la op-timización termoestructural de la interface entre la cámara de combustión y la válvula de control de flu-jo; los resultados obtenidos son corroborados sobre prototipos de ingeniería sometidos a una evaluación experimental (firing-test). La primera parte barca el estudio del comporta-miento térmico del motor empleando una modeliza-ción discreta basada en la analogía flujo de calor – intensidad de corriente. Si bien tal modelización no alcanza la precisión que puede obtenerse aplicando elementos finitos, los resultados obtenidos brindan un excelente punto de partida para conocer la distri-bución de temperaturas en diferentes elementos del motor. Aplicando técnicas avanzadas de simulación numérica puede predecirse el comportamiento es-tructural de elementos geométricamente complejos y fuertemente comprometidos por solicitaciones mecá-nicas. En la segunda parte, se presentan los resulta-dos obtenidos mediante técnicas de Optimización Topológica aplicadas al diseño de la interface entre la cámara de combustión y la válvula de control de flujo. Esta interface resulta de importancia: de su capacidad de disipación depende la duración de los sellos blandos de la válvula de control y consecuen-temente la vida útil del motor. En la tercera parte, se presentan los ensayos fun-cionales de caracterización de la performance del prototipo, evaluando: nivel de empuje del motor, tiempo de respuesta, temperaturas del lecho catalíti-co, de salida de gases, del asiento de válvula de con-trol de flujo, etc. Paralelamente se describen las fa-cilidades especiales desarrolladas por la peligrosidad del combustible (hidracina), y los requerimientos de instrumentación de ensayo. Finalmente, se presentan conclusiones y se reali-zan consideraciones sobre futuros desarrollos.