Un motor de cohete de pólvora negra propulsa un cohete modelo utilizando pólvora negra . Los propulsores de cohetes de pólvora negra están compuestos de carbón, azufre y nitrato de potasio . Se pueden realizar ajustes en la cantidad de cada componente para cambiar la velocidad a la que se quema la pólvora negra.
Los motores de cohetes de pólvora negra fueron creados en una forma primitiva por los chinos a principios del siglo XIII y, con el paso de los años, se han perfeccionado y se han creado varios usos. Se han utilizado para armas y dispositivos de vigilancia, así como para fines recreativos.
Los motores para cohetes de pólvora negra se fabrican únicamente en tamaños pequeños, para reducir el riesgo de explosión y pérdida de eficiencia. Los cohetes de pólvora negra se producen en las clases 1/8 A a F. Los motores para cohetes modelo de mayor tamaño utilizan como combustible compuesto perclorato de amonio u otros combustibles compuestos que contienen nitrato de amonio .
La pólvora negra es el propulsor más antiguo. Su uso en cohetes precedió a su uso en armas de fuego. [1] Los tres componentes principales de la pólvora negra son carbón, azufre y salitre (o nitrato de potasio). Se sabe que, hacia 1045, los chinos ya producían pólvora negra, porque se encontraron muchas referencias al tema en El Wu-ching Tsung-Yao (Compendio completo de clásicos militares). [2] A principios del siglo XIII, los chinos convirtieron los objetos propulsados por pólvora negra, que antes solo se usaban para el entretenimiento, en armas de guerra. El primer uso registrado de cohetes como armas militares fue en 1232. [1] Las "flechas de fuego" chinas se disparaban desde una especie de lanzador de catapulta. La pólvora negra estaba empaquetada en un tubo cerrado que tenía un agujero en un extremo para que escaparan los gases calientes y un palo largo como sistema elemental de estabilidad y guía.
Sin embargo, la pólvora negra tenía un impulso específico muy bajo. Durante los siguientes siglos se realizaron mejoras en el diseño de cohetes. En 1591, un belga, Jean Beavie, describió y esbozó la importante idea de los cohetes de varias etapas.
En 1600, los cohetes se utilizaban en diversas partes de Europa contra la caballería. En 1688, se habían construido y disparado con éxito en Alemania cohetes que pesaban más de 120 libras. Estos cohetes alemanes, que llevaban ojivas de 16 libras, utilizaban casquillos de pólvora de madera reforzados con lino.
Los cohetes de pólvora negra alcanzaron un nuevo nivel de rendimiento con la introducción de cascos de hierro y combustión a alta presión, desarrollados en la India por los ingenieros de Tipu Sultan . Con un alcance de un kilómetro, sus granadas propulsadas por cohetes e incendiarios tomaron por sorpresa a los invasores británicos durante las guerras anglo-Mysore . [3] Impresionado por estas armas, un abogado de Londres, Sir William Congreve , quedó fascinado por el desafío de mejorar los cohetes. [4] Experimentó con propulsores y diseño de carcasas. Su enfoque sistemático del problema dio como resultado un alcance mejorado, guía (estabilización) y capacidades incendiarias. Las fuerzas armadas británicas utilizaron los nuevos cohetes de Congreve con gran ventaja durante las guerras napoleónicas y de 1812.
En 1939, los investigadores del Instituto de Tecnología de California que buscaban desarrollar un motor de cohete sólido de alto rendimiento para ayudar al despegue de aeronaves, combinaron pólvora negra con asfalto común para producir el primer motor compuesto verdadero. Este fue el nacimiento del verdadero motor compuesto y marcó el final del uso de pólvora negra en las principales aplicaciones de cohetería. [1] Este fue también el comienzo del Laboratorio de Propulsión a Chorro y el origen de su nombre. [5]
El propulsor de pólvora negra para cohetes es muy similar en composición a la pólvora tradicional. La principal diferencia es la presencia de un aglutinante, normalmente dextrina . Los motores de cohetes modelo Estes , que se utilizan habitualmente , se fabrican con propulsor de pólvora negra. [2] El propulsor de pólvora negra debe prensarse muy fuerte para que funcione bien. Los motores diseñados con pólvora negra suelen ser de combustión final, debido a la rápida velocidad de combustión de este propulsor. Una versión sencilla sin dextrina (la fórmula más utilizada) incorpora un 75 % de nitrato de potasio, un 10 % de azufre y un 15 % de carbón vegetal. [4] Se puede añadir dextrina según se desee (normalmente entre un 0 y un 5 %). Se pueden añadir más carbón vegetal (grueso) o polvos metálicos (entre un 5 y un 10 %) para obtener una interesante estela de chispas. Sin embargo, esto puede alterar ligeramente la velocidad de combustión de la mezcla. [1]
El impulso (área bajo la curva de empuje-tiempo) de un motor de cohete se utiliza para determinar su clase . Los motores de pólvora negra se dividen en clases desde 1/8A hasta F, que cubre un rango de impulso de 0 a 80 N·s ( newton-segundos ).
En los siguientes ejemplos de rendimiento de motores de cohetes se utilizan cifras de pruebas de motores de cohetes Estes. [6]
En el caso de los motores para cohetes de pólvora negra en miniatura (13 mm de diámetro), el empuje máximo está entre 5 y 12 N, el impulso total está entre 0,5 y 2,2 N·s y el tiempo de combustión está entre 0,25 y 1 segundo. En el caso de los motores para cohetes de "tamaño normal" de Estes (18 mm de diámetro), hay tres clases: A, B y C. Los motores de 18 mm de clase A tienen un empuje máximo entre 9,5 y 9,75 N, un impulso total entre 2,1 y 2,3 N·s y un tiempo de combustión entre 0,5 y 0,75 segundos. Los motores de 18 mm de clase B tienen un empuje máximo entre 12,15 y 12,75 N, un impulso total entre 4,2 y 4,35 N·s y un tiempo de combustión entre 0,85 y 1 segundo. Los motores de 18 mm de clase C tienen un empuje máximo de 14 a 14,15 N, un impulso total de entre 8,8 y 9 N·s y un tiempo de combustión de entre 1,85 y 2 segundos.
También hay 3 clases incluidas en los motores para cohetes grandes (24 mm de diámetro) de Estes: C, D y E. Los motores de 24 mm de clase C tienen un empuje máximo entre 21,6 y 21,75 N, un impulso total de entre 8,8 y 9 N·s y un tiempo de combustión entre 0,8 y 0,85 segundos. Los motores de 24 mm de clase D tienen un empuje máximo entre 29,7 y 29,8 N, un impulso total entre 16,7 y 16,85 N·s y un tiempo de combustión entre 1,6 y 1,7 segundos. Los motores de 24 mm de clase E tienen un empuje máximo entre 19,4 y 19,5 N, un impulso total entre 28,45 y 28,6 N·s y un tiempo de combustión entre 3 y 3,1 segundos. Estes también produce motores de pólvora negra de 29 mm en las clases E y F. Los motores de clase F tienen un impulso total de 50 Newton-segundos y contienen 60 gramos de propulsor de pólvora negra. Los motores de pólvora negra de mayor tamaño no son prácticos en los Estados Unidos porque las leyes sobre explosivos limitan los motores de pólvora negra de clase de consumo a 62,5 gramos de propulsor. Para cantidades mayores de propulsor, los usuarios tendrían que obtener un permiso de explosivos de la Oficina de Alcohol, Tabaco, Armas de Fuego y Explosivos. Los motores que contienen más de 62,5 gramos de propulsor suelen utilizar propulsor compuesto de perclorato de amonio porque ese propulsor está exento de regulación como explosivo. [ cita requerida ]