Desde una vista de pájaro, todos los motores de cohetes experimentan transformaciones termodinámicas similares, con algunas diferencias menores. Para hablar de eso, podemos mirar el motor de cohete generalizado, que es la boquilla De Laval. Es una boquilla asimétrica convergente-divergente que se parece un poco a esto:
Entonces, lo que estamos viendo aquí es la cámara de combustión a la izquierda, la campana de la boquilla a la derecha. Y si observa el gráfico anterior, puede ver que cuando el combustible y el oxidante arden en la cámara, la temperatura y la presión son muy altas, pero la velocidad de los productos de combustión es baja. La sección convergente hace que los productos de combustión se aceleren. Teniendo en cuenta que el caudal másico a través del motor es constante. Entonces, a medida que la boquilla pellizca hacia la garganta, el gas debe acelerar para mantener el mismo caudal másico.
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Aquí es donde sucede el termo. En una operación ideal, la energía interna de los productos de combustión de un cohete será constante para cualquier muestra de gas a lo largo de su paso por el motor. La aceleración requiere energía, y la energía en el sistema se almacena en presión y temperatura. Entonces, estos dos valores disminuyen inversamente proporcionales a la aceleración del gas.
Para lograr el efecto deseado, los gases deben alcanzar y mantener mach 1 (velocidad del sonido) en la garganta de la boquilla.
En este punto, los gases se aceleran rápidamente al principio, pero luego disminuyen con la distancia. Para contrarrestar, la presión y la temperatura disminuyen en un sentido inversamente proporcional. Esta expansión de gas (disminución de la presión en un espacio volumétrico mayor genera una fuerza normal (“fuerza normal” en física se refiere a una fuerza igual y opuesta) al flujo de masa contra la campana de acuerdo con la tercera ley de Newton, y eso es el impulso del cohete en términos de termodinámica para un motor cohete generalizado.
Para motores de cohetes sólidos como los que se encuentran en los cohetes modelo, hay una pequeña diferencia. Primero, la cámara es mucho más larga y más estrecha. En segundo lugar, el grano de combustible se pega a las paredes de la cámara de combustión e incluye un oxidante en su composición química. Tercero, a medida que el cohete quema combustible, el área de la cámara de combustión se expande, cuyo efecto es que el empuje instantáneo se reduce a medida que se quema el motor. De lo contrario, es más o menos lo mismo.
