El LE-7 y su modelo mejorado posterior, el LE-7A, fueron motores de cohete de combustible líquido de ciclo de combustión escalonada LH2 / LOX producidos en Japón para la serie de vehículos de lanzamiento H-II . El diseño y la producción se realizaron íntegramente en Japón, siendo el primer motor de cohete de combustible líquido importante ( de primera etapa ) con esa denominación, gracias a la colaboración de la Agencia Nacional de Desarrollo Espacial (NASDA), el Laboratorio de Ingeniería Aeroespacial (NAL), Mitsubishi Heavy Industries e Ishikawajima-Harima . Posteriormente, NASDA y NAL se integraron en JAXA . Sin embargo, gran parte del trabajo se subcontrató a Mitsubishi, con Ishikawajima-Harima proporcionando la turbomaquinaria , y el motor se conoce comúnmente como Mitsubishi LE-7(A) .
El LE-7 original era un motor desechable , de alta eficiencia y tamaño mediano, con suficiente empuje para su uso en el H-II.
Vuelo 8 del H-II, único fallo operativo del LE-7
La turbobomba de combustible presentaba un problema al utilizar el inductor de diseño original (una bomba axial con forma de hélice que se utilizaba para aumentar la presión de entrada del propulsor antes de las turbobombas principales para evitar la cavitación ), ya que el propio inductor comenzaba a cavitar y provocaba un desequilibrio que resultaba en vibraciones excesivas . Un análisis exhaustivo posterior al vuelo del fallido octavo lanzamiento del H-II, que incluyó la recuperación de los restos en las profundidades del océano, determinó que la fatiga debida a esta vibración fue la causa de la falla prematura del motor.
LE-7A
El LE-7A era un modelo mejorado del motor de cohete LE-7. Su diseño básico se mantuvo sin cambios respecto al modelo original. El 7A recibió un mayor esfuerzo de ingeniería para reducir costos, mejorar la confiabilidad y el rendimiento. La renovación se llevó a cabo para acoplarlo al vehículo de lanzamiento H-IIA , también mejorado, con el objetivo común de lograr un sistema de lanzamiento más confiable, potente, flexible y rentable.
Cambios/mejoras
Se hizo especial hincapié en reducir la cantidad de soldadura necesaria mediante el uso de más componentes mecanizados o fundidos , y en simplificar al máximo las soldaduras restantes. Esto implicó una importante modificación del trazado de las tuberías (lo que hace que la apariencia externa de los dos modelos sea considerablemente diferente). Para solucionar las complicaciones del inductor de combustible descritas anteriormente, este se rediseñó para el 7A. El inductor de oxidante también se rediseñó, principalmente debido a su bajo rendimiento a bajas presiones de entrada, y no por problemas de fiabilidad. La turbobomba de combustible también fue objeto de diversas mejoras de durabilidad. Además, el conjunto cámara de combustión/inyector sufrió una serie de pequeños cambios, como la reducción del número de elementos inyectores, para disminuir la complejidad del mecanizado (y, por lo tanto, el coste) y mejorar la fiabilidad. Si bien estos cambios en general resultaron en una disminución del impulso específico máximo a 440 segundos (4,3 km/s) (lo que básicamente hizo que el motor fuera menos eficiente en el consumo de combustible), la compensación por un menor coste y una mayor fiabilidad se consideró aceptable.
Nuevo diseño de boquilla (problema de carga lateral)
Para el nuevo modelo de motor, se diseñó una extensión de tobera que podía añadirse a la base de la nueva tobera estándar "corta" cuando se requería un rendimiento adicional. Sin embargo, al instalar la extensión de tobera, el motor 7A presentó un nuevo problema: cargas laterales sin precedentes y un calentamiento irregular en la tobera, lo suficientemente intenso como para dañar los actuadores de cardán y los tubos de refrigeración regenerativa durante el arranque. Un minucioso trabajo de dinámica de fluidos computacional (CFD) permitió replicar y rastrear adecuadamente la peligrosa carga transitoria, y se diseñó una nueva tobera "larga" de una sola pieza con refrigeración regenerativa completa (a diferencia de la tobera corta original con una extensión separada refrigerada por película) para mitigar el problema. Antes de que esta nueva tobera estuviera lista, algunos H-IIA se lanzaron utilizando únicamente la tobera corta. El 7A ya no utiliza una extensión de tobera separada en ninguna configuración. [ 1 ]
Utilizar en H-IIB
Los nuevos vehículos de lanzamiento H-IIB utilizaban dos motores LE-7A en su primera etapa. [ 2 ]
Especificaciones LE-7A
- Ciclo operativo: combustión por etapas
- Combustible: hidrógeno
- Oxidante: oxígeno líquido
- Relación de mezcla (oxidante a combustible): 5,90
- Boquilla corta:
- Empuje nominal (a nivel del mar): 843 kN (190 000 lbf)
- Empuje nominal (en vacío): 1.074 kN (241.000 lbf)
- Impulso específico (nivel del mar):
- Impulso específico (vacío): 429 segundos (4,21 km/s)
- Boquilla larga:
- Empuje nominal (a nivel del mar): 870 kN (200 000 lbf)
- Empuje nominal (en el vacío): 1.098 kN (247.000 lbf)
- Impulso específico (a nivel del mar): 338 segundos (3,31 km/s)
- Impulso específico (vacío): 440 segundos (4,3 km/s)
- Masa seca: 1.800 kg (4.000 lb)
- Longitud:
- boquilla corta: 3,2 m
- Boquilla larga: 3,7 m
- Capacidad de aceleración: 72–100%
- Relación empuje-peso: 65,9
- Relación de área de boquilla: 51,9:1
- Presión en la cámara de combustión: 12,0 MPa (1740 psi)
- Turbobomba de hidrógeno líquido: 41.900 rpm
- Turbobomba de oxígeno líquido: 18.300 rpm
Véase también
Referencias
- ↑ Yasuhide Watanabe; Norio Sakazume; Masanori Tsuboi (julio de 2003). "Diferencias en el fenómeno de separación del motor LE-7A entre las dos configuraciones de boquilla" . 39.ª Conferencia y Exposición Conjunta de Propulsión AIAA/ASME/SAE/ASEE . doi : 10.2514/6.2003-4763 . ISBN 978-1-62410-098-7. Consultado el 13 de mayo de 2023 .
- ↑ "Descripción general del vehículo de lanzamiento H-IIB" . JAXA . Consultado el 13 de mayo de 2023 .
Enlaces externos
- Página de información de la Enciclopedia Astronautica sobre el LE-7
- Página de información de la Enciclopedia Astronautica sobre el LE-7A
- Página LE-7 de la Wikipedia en japonés (en japonés)
- Página del LE-7A en la Wikipedia japonesa (en japonés)
- Desarrollo del motor de cohete H-IIA
- Descripción general del vehículo de lanzamiento H-IIA. Incluye análisis de fallas del H-IIA-F6.
- Motores de cohete de Japón
- Motores de cohete que utilizan propulsor de hidrógeno
- Motores de cohete que utilizan el ciclo de combustión por etapas
- Motores de cohete de la década de 1990