[AR] Re: engine life (was Re: Nozzles for Amateur Solids)

  • From: rebel without a job <rebelwithoutajob@xxxxxxxxxxx>
  • To: "arocket@xxxxxxxxxxxxx" <arocket@xxxxxxxxxxxxx>
  • Date: Tue, 13 Mar 2018 02:56:58 +0000



On Mar 11, 2018, at 10:14 PM, Henry Spencer <hspencer@xxxxxxxxxxxxx> wrote:

Which is actually good news in some ways:  cooling with liquids is a whole 
lot easier and more effective than cooling with gases.  If there's a torrent 
of propellant going into the chamber, using it for cooling is an awfully 
obvious thing to do.  (In fact, aircraft capable of sustained supersonic 
speed often use their fuel for cooling too, but this works even better for 
rockets, cooling a compact chamber with a high fluid flow.)

Actually all modern jets use fuel for cooling. Internal cooling is done by oil, 
and the oil is cooled by an air cooler and then a fuel-cooled oil cooler. Of 
course that’s just air cooling by proxy - the fuel is cold because it sits out 
on the wing surrounded by cool air. When the temperature is higher, the cooling 
systems tap off more fuel flow and open a few air vanes.

This is the great benefit of the air engine - it can separately meter the flow 
of fuel, reaction mass, and cooling flow. 

Chamber cooling is substantially harder when Isp gets so high that there's no 
longer enough propellant flow to accept all the heat, but that happens well 
above the chemical-rocket range.  (Fusion-rocket designs tend to be extreme 
cases of this.  In the "Firefly" concept for a fusion starprobe, which has 
the fusion plasma pretty much out in the open with the vehicle intercepting 
as little as possible of the emissions, 3/4 of the dry mass of the vehicle is 
the cooling system.)

As you alluded to earlier, much of the solution here is to keep the heat away 
from the walls. The simplest way is to take a page from the marine diesel 
industry, have enormous combustion chambers, keep the hottest part of the flame 
far from the walls, and most importantly let the cube-square law work in our 
favor by having less surface area to cool.

Of course, while this is a big win from the cooling perspective, having large 
combustion chambers introduces losses in other ways.

Other related posts: