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PROPULSIÓN JICAAT

El sistema de propulsión del cohete JICAAT corresponde a un motor de combustible sólido experimental, desarrollado como parte del programa nacional de investigación aeroespacial impulsado por Villa Automation S.A.C.

Este sistema constituye el núcleo energético del vehículo lanzador, siendo responsable de transformar la energía térmica generada en la cámara de combustión en empuje mediante la expansión controlada de gases compresibles a través de una tobera convergente–divergente.

El diseño y análisis del motor se fundamentan en el modelado del flujo de gases mediante las ecuaciones de Navier–Stokes compresibles promediadas por Favre, permitiendo estudiar fenómenos reales como turbulencia, variaciones de densidad, ondas de choque y pérdidas viscosas.

Objetivos del Sistema de Propulsión

🔥 Rendimiento

  • Optimizar el empuje efectivo del motor
  • Maximizar el impulso específico
  • Mejorar la eficiencia de la tobera

🧮 Modelado CFD

  • Simulación del flujo compresible
  • Evaluación de presión y Mach
  • Análisis de ondas de choque

🧪 Validación

  • Pruebas experimentales de encendido
  • Medición de presión y temperatura
  • Comparación CFD–experimental

⚙️ Configuración

  • Propulsión sólida experimental
  • Empuje nominal: ~400 N
  • Tobera convergente–divergente

📐 Fundamento Teórico

El flujo interno del motor se modela mediante formulaciones RANS–Favre, adecuadas para flujos turbulentos de densidad variable, permitiendo estimar empuje real integrando esfuerzos de presión y cortante en la salida de la tobera.

Integración estructural del cohete JICAAT IV Configuración experimental del JICAAT IV

Flujo de Gases en la Tobera

Durante la combustión del propelente sólido, los gases generados alcanzan altas presiones y temperaturas en la cámara de combustión. La tobera permite la aceleración del flujo desde régimen subsónico hasta supersónico, generando el empuje requerido para el ascenso del vehículo.

El comportamiento del flujo está gobernado por la dinámica de fluidos compresibles, donde la densidad varía significativamente con la presión y la temperatura. En este régimen, el número de Mach controla la aparición de ondas de choque y expansiones internas.

El análisis numérico permite evaluar la influencia de la geometría de la tobera en la distribución de presión, velocidad y número de Mach, así como identificar posibles separaciones del flujo que reducen la eficiencia del motor.

Integración estructural del cohete JICAAT IV Configuración experimental del JICAAT IV

Validación Experimental

El programa JICAAT integra pruebas reales de encendido y funcionamiento del motor de propulsión, permitiendo obtener datos experimentales de presión, temperatura y empuje.

Estos datos se utilizan para validar los modelos teóricos y numéricos, garantizando la confiabilidad del diseño y reduciendo la incertidumbre asociada al comportamiento real del motor.

La validación experimental confirma que el empuje nominal del motor JICAAT se encuentra alrededor de 400 N, cumpliendo los requisitos de estabilidad y seguridad operativa.

Integración estructural del cohete JICAAT IV Configuración experimental del JICAAT IV