Análisis y optimización del propulsor de combustible sólido del SLS mediante CFD y Matlab

Abstract

[ES] El objetivo de este trabajo es optimizar el impulso especÍfico (Isp) de los propulsores de combustible sólido del sistema SLS (Space Launch System) para mejorar la eficiencia de estos y, por tanto, las prestaciones del lanzador en su conjunto. Para ello, se pretende hacer un estudio de la evolución de las condiciones ambientales y de la cámara de combustión del motor discretizadas a lo largo del tiempo de funcionamiento del mismo hasta el momento de la separación de la etapa cuando se acaba el combustible. Posteriormente, se usarán las relaciones isentrópicas para el cálculo de las dimensiones de la garganta y la salida de la tobera que se requieren para mantenerla adaptada en ese punto de su ascenso hasta las capas altas de la atmósfera empleando para este fin la plataforma de cálculo numérico Matlab Por último, se elegirán instantes relevantes de la trayectoria y se validarán los resultados obtenidos en el estudio mediante el uso de simulaciones estáticas de CFD (Computational Fluid Dynamics) usando para ello el software denominado StarCCM+ desarrollado por Siemens.

[EN] The objective of this academic essay is to optimize the specific impulse (Isp) of the solid rocket boosters of the NASA’s SLS (Space Launch System) to maximize their efficiency and, consequently, the overall performance of the launcher. In order to do this, a study will be done to analyze the conditions of the environ ment and in the combustion chamber of the engine discretized along its operating time until the moment of stage separation when fuel is depleted. Subsequently, isen tropic relationships will be used to calculate the dimensions of the nozzle’s throat and exit that are required to keep it adapted at each point of its ascent trajec tory untill it reaches the upper layers of the atmosphere using for this purpose the numeric computing platform Matlab. Finally, relevant instants of the trajectory will be chosen, and the results obtai ned in the study will be validated by means of static CFD (Computational Fluid Dynamics) simulations, using the software called StarCCM+ developed by Siemens.