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Título
Diseño y estudio de toberas para aplicaciones en motores cohete
Autor
Director/es
Facultad/Centro
Área de conocimiento
Titulación
- Grado en Ingeniería Aeroespacial
Datos de la obra
Flórez Fernández, M. (2023). Diseño y estudio de toberas para aplicaciones en motores cohete. [Trabajo de fin de Grado, Universidad de León]
Fecha
2023-07
Abstract
[ES] Las toberas de un motor de propulsión son una parte muy importante de todos los sistemas que conforman el cohete. En última instancia son las encargadas de expandir de la mejor forma posible los gases producto de la combustión para generar el empuje que eleva el vehículo en un vuelo espacial. Su diseño es una tarea crítica, pues en función de este, la operación del motor variará afectando a la actuación del vehículo considerablemente. En el presente trabajo, se pretende estudiar algunos de los métodos de diseño para diferentes geometrías de estas toberas con el objetivo de averiguar las diferencias que hay entre ellas bajo un mismo marco teórico. Se diseñarán tres modelos diferentes, incluyendo dos toberas clásicas en forma de campana y un diseño muy innovador denominado tobera Aerospike, que pese a ser ciertamente antiguo, no se han visto aplicaciones prácticas hasta hoy que demostraran sus capacidades en vuelo. Tras realizar las primeras aproximaciones teóricas bajo el modelo cuasi-unidimensional, se complementarán los resultados con una serie de simulaciones estacionarias y transitorias de CFD que sirvan como modelos de validación, con el objetivo de verificar si los métodos de diseño son correctos o no. Por último, se realizarán una serie de ensayos prácticos utilizando un propelente casero para simular la actuación de las toberas a una escala pequeña, permitiendo así comparar todos los puntos de vista que se pueden tener en cuenta en el diseño de toberas de motores cohete. En esta parte de carácter experimental será necesario diseñar y construir un banco de ensayos, así como desarrollar todo el software y metodologías necesarias para la correcta realización de estos. [EN] The nozzle of a propulsion engine is a critical element among the different systems in a rocket vehicle. A nozzle is responsible for expanding the hot exhaust gases, providing the propulsion force required to lift and fly the vehicle. Its design is a challenging task that affects the overall performance of the engine and the vehicle. This work will focus on existing design methodologies for various nozzle geometries to compare their similarities and differences under the same theoretical framework. Three types of nozzles will be included, two with bell-shaped contours and the third one with an Aerospike contour—a highly innovative design with great potential. Unfortunately, there have been no practical applications of this design to date for evaluating its capabilities in flight tests. Once the initial theoretical approximations are made using the quasi-one-dimensional model, the results will be compared to several computational fluid dynamics (CFD) simulations to properly validate the design methods. The final part of this work will concentrate on conducting real-life tests using a homemade rocket propellant to simulate nozzle performance on a smaller scale. To conduct these experiments, the design and construction of a test stand, as well as all the required software and methodologies, will be necessary.
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Trabajo final de Grado