miniatura|Míssil CC-56. Un motor de coet és un tipus de motor de reacció que genera impuls mitjançant l'expulsió de gasos que provenen de la cambra de combustió. Aquests motors empren combustible i oxidant emmagatzemats al mateix vehicle, no requereixen oxigen atmosfèric, i per això es poden utilitzar per a propulsar coets i satèl·lits a l'espai.
Els motors de coet incorporen tant el combustible, que sol ser querosè o hidrogen líquid, com el comburent o oxidant (per exemple líquid). El motor de coet és el motor més potent conegut i la seva relació pes/potència en fan el motor ideal per utilitzar-lo en naus espacials.
Tipus Hi ha diverses classificacions de coets. La immensa majoria són coets químics que obtenen la propulsió mitjançant reaccions químiques exotèrmiques del propel·lent. Aquests al seu torn es divideixen en:
Motors de propergol sòlid. Es refereix als motors que empren substàncies sòlides, generalment una barreja que s'encén. Motors de propergol líquid. Empra un o més propergols líquids que es mantenen en tancs abans de l'encesa. Segons la tècnica emprada per dur-los a la cambra de combustió existeixen diversos cicles: pressuritzat els tanc, mitjançant un generador de gas, cicle expansor i combustió esglaonada. Hi ha una classe de propergols que cremen quan entren en contacte, els propergols hipergòlics, que eliminen la necessitat d'un sistema d'encesa. Una altra variant són els coets monopropelents que utilitzen un sol propulsor, descompost mitjançant un catalitzador. Els compostos més emprats per monopropelents són la hidrazina i el peròxid d'hidrogen. Motors de propergol híbrid. Tenen un propulsor sòlid a la cambra de combustió i un segon propel·lent líquid o gas s'afegeix per realitzar la combustió.
Els coets tèrmics són coets on el propel·lent és inert, però s'escalfa mitjançant una font d'energia, generalment no química, tal com solar, nuclear o radiant. Hi ha un motor que fa servir un mètode molt similar, el motor iònic, que empra una font d'energia externa per accelerar ions. Encara que és un motor de reacció, no és pròpiament un coet ja que no empra una tovera.
Principi de funcionament miniatura|esquerra|La pressió dins de la cambra de combustió impulsa als gasos cap a la tovera.
Els motors coet produeixen l'embranzida per l'expulsió a alta velocitat d'un fluid. Aquest fluid és, gairebé sempre,coet d'aigua un gas generat per la combustió dins d'una cambra de combustió a alta pressió (10-200 bar) de propergols sòlids o líquids, que consta de dos components: combustible i oxidant.
La fuita de fluid es fa passar a través d'una tovera de propulsió supersònica que utilitza la energia calorífica del gas per accelerar la fuita a una velocitat molt alta, i la força de reacció a aquesta empeny el motor en l'adreça oposada.
En els motors coet les altes temperatures i pressions afavoreixen el bon rendiment, perquè permet muntar toveres més llargues en el motor, la qual cosa proporciona majors velocitats de fuita, així com un millor rendiment termodinàmic.
Introducció dels propergols en la cambra de combustió El propulsor del coet és una massa que s'emmagatzema, en general en alguna forma de dipòsit de carburant, abans de ser expulsat pel motor coet en forma d'un doll de fluid per produir embranzida.
Els coets amb propulsors químics són els més comunament utilitzats, tenen reaccions químiques exotèrmiques que produeixen gas calent que s'utilitza per impulsar-los. Alternativament, una massa químicament inerta es pot escalfar mitjançant una font d'alta energia a través d'un bescanviador de calor, i llavors no s'empra cambra de combustió.
miniatura|300px|Un motor coet sòlid.
Els coets de propel·lents sòlids es preparen com una barreja de combustible i comburent anomenat 'gra' i la carcassa d'emmagatzematge de propel·lent es converteix efectivament en la cambra de combustió. En els coets de combustible líquid normalment una bomba impulsa, per separat, el combustible i el comburent a la cambra de combustió, on es barregen i cremen. Els motors coet híbrids utilitzen una combinació de propulsors sòlids i líquids o gasosos. Els coets tant líquids com a híbrids utilitzen injectors per introduir el propulsor en la càmera. Aquests són sovint una sèrie de simples dolls - forats pels quals el propel·lent s'escapa sota pressió, però de vegades poden ser filtres de pulverització més complexes. Quan dos o més propulsors injecten els dolls dels propulsors solen xocar deliberadament ja que això trenca el flux en gotes més petites que es cremen més fàcilment.
Cambra de combustió En els coets químics, la cambra de combustió és generalment solament un cilindre i molt poques vegades s'utilitzen estabilitzadors de flama. Les dimensions del cilindre són tals que els propergols són capaços de reaccionar completament; diferents propergols requereixen diferents grandàries de cambra de combustió perquè això ocorri. Això condueix a un nombre anomenat L*:
on: - Vc és el volum de la càmera - At és l'àrea de la gola de la tovera.
L*:normalment se situa en l'interval de 0,64 a 1,5 m.
La combinació de temperatures i pressions que normalment s'aconsegueixen en una cambra de combustió sol ser extrema en tots els sentits. A diferència dels motors de reacció que consumeixen aire, no està present el nitrogen atmosfèric que té com a efecte diluir i refredar la combustió, i la temperatura pot aconseguir valors gairebé estequiomètrics. Això, en combinació amb les altes pressions, significa que la velocitat de conducció de calor a través de les parets és molt alta.
Toveres miniatura|150px|esquerra|Distribució típica de la temperatura (T) i pressió (p) i velocitat (v) en una tovera Laval.
miniatura|L'embranzida del coet és causat per les pressions que actuen en la cambra de combustió i en la tovera. Per la tercera llei de Newton, pressions iguals i oposades actuen sobre el tub de fuita, i aquest s'accelera a altes velocitats. La tovera amb el seu con d'expansió en forma de gran campana o filtre dona al motor coet la seva forma característica.
En els coets, el gas calent produït en la cambra de combustió es permet escapar de la cambra de combustió a través d'una obertura (la "boca"), dins d'un filtre d'alta expansió relació 'de Laval'.
Quan es proporciona suficient pressió a la tovera (aproximadament 2,5 a 3 vegades per sobre de la pressió ambienti) del filtre reactàncies i es forma un doll supersònic, accelerant dramàticament el gas, convertint la major part de l'energia tèrmica en energia cinètica.
Les velocitats de fuita varien depenent de la relació d'expansió que el filtre està dissenyat per donar. No és rar que la velocitat de fuita sigui tan alta com deu vegades la velocitat del so en l'aire al nivell del mar.
Aproximadament la meitat de l'embranzida del motor del coet prové de les pressions desequilibrades dins de la cambra de combustió i la resta prové de les pressions que actuen contra l'interior del filtre (vegeu el diagrama). A mesura que el gas s'expandeix (adiabáticamente), la pressió contra les parets del filtre fa que el motor del coet s'acceleri en una adreça mentre el gas ho fa en l'altra.
Eficàcia del propel·lent Per a l'eficàcia com a propulsor d'un motor coet és important crear les pressions màximes possibles en les parets de la càmera i el filtre per a una quantitat específica d'agent propulsor, ja que aquest és l'origen de l'embranzida. Això pot aconseguir-se pels següents mètodes: escalfar el propel·lent a una temperatura tan alta com sigui possible (utilitzant un combustible d'alta energia, que conté hidrogen o carboni i, eventualment metalls com l'alumini, o fins i tot, teòricament, amb energia nuclear) utilitzar un gas de baixa densitat específica (tan ric en hidrogen com sigui possible) utilitzar propulsors que són, o es descomponen en, molècules senzilles amb pocs graus de llibertat per maximitzar la velocitat de translació.
ja que totes aquestes coses minimitzen la massa del propel·lent utilitzat, i lloc que la pressió és proporcional a la massa de propel·lent present a accelerar-se a mesura que empenyen en el motor, i atès que a partir de la tercera llei de Newton, la pressió que actua sobre el motor també actua recíprocament en el propel·lent, resulta que per a qualsevol motor donat la velocitat del propulsor que surt de la càmera no es veu afectada per la pressió de la càmera (encara que l'embranzida és proporcional). No obstant això, la velocitat es veu afectada significativament pels tres dels factors anteriors i la velocitat de fuita és una excel·lent mesura de l'eficiència del motor propulsor. Això es denomina velocitat de fuita, i després es prenen en compte factors que poden reduir, la velocitat eficaç de l'extractor és un dels paràmetres més importants d'un motor coet (encara que el pes, cost, facilitat de fabricació i uns altres solen ser també molt importants).
Per raons aerodinàmiques del flux va sònica (" chokes ") en la part més estreta del filtre, la 'gola'. ja que la velocitat del so en gasos augmenta amb l'arrel quadrada de la temperatura, l'ús de gas de fuita calenta millora considerablement el rendiment. En comparació, a temperatura ambienti, la velocitat del so en l'aire és aproximadament 340 m/s mentre que la velocitat del so en el gas calent d'un motor coet pot ser més de 1700 m/s; gran part d'aquest rendiment es deu a una temperatura més alta, però addicionalment es trien propulsors de coets per ser de baixa massa molecular, i això també dona una velocitat major en comparació de l'aire.
L'expansió en la tovera del coet després multiplica encara més la velocitat, típicament entre 1,5 i 2 vegades, donant un doll de fuita hipersònic molt col·limat. L'augment de velocitat d'una tovera del coet és determinada principalment per la seva expansió relació àrea-la relació entre l'àrea de la gola per a l'àrea en la sortida, però les propietats detallades del gas també són importants. Augmentar la relació de filtres són més massives però són capaces d'extreure més calor dels gasos de combustió, augmentant la velocitat de fuita.
L'eficiència de la tovera està afectada en l'atmosfera pels canvis de la pressió atmosfèrica amb l'altitud, però a causa de les velocitats supersòniques del gas que surt d'un motor coet, la pressió del doll pot ser o bé per sota o per sobre de l'ambienti, i l'equilibri entre els dos no s'ha aconseguit en totes les altituds.
Contrapressió i expansió òptima Per a un rendiment òptim de la pressió del gas en l'extrem del filtre solament ha de ser igual a la pressió ambiental: si la pressió dels gasos de fuita és menor que la pressió ambienti, a continuació, el vehicle serà frenat per la diferència de pressió entre la part superior del motor i la sortida, per l'altre costat, si la pressió dels gasos de fuita és més alta, llavors la pressió de fuita que podria haver estat convertida en embranzida no es converteix, i l'energia es malgasta.