РДТТ конструкции технологии материалы - VIII

Паровоза! Шучу! Модель ракеты...

 

"Модель ракеты" - это всё-таки ракета, в то время как "модель паровоза" это всё-таки модель. (IMHO)

Суть идеи вот в чем: заменить большую часть металлических деталей на углепластик, графит, композит... Что кассается меня лично, мне интересно проверить: теплоизоляционные свойства, жаростойкость, износостойкость наших материалов.

 

Твоё решение (желание?)обогатить мировое любительское экспериментальное ракетостроение внедрением композитных материалов заслуживает внимания. Вот только... Пожалуйста поясни подробнее, почему ты выделил углепластики из группы композитов??? Они что - недостаточно композитны?

С ним сейчас работают практически во всех серьезных ВУЗах в России и Украине.

 

Да и я слышал, что наибольших успехов добились студенты Московской консерватории. А что, это серьёзный ВУЗ...

А если серьёзно, то (зная проблёму изнутри) я бы тебе предложил подумать о КИТе планера ракеты, скажем калибра 53 мм и высотой в 1.3-1.5 м выполненном из углеродных композиционных материалов, в просторечье - углепластиков. Такой комплект должен включать 2 трубных сегмента фюзелажа, обтекатель, 3 или 4 стабилизатора... Толщина стенок 0.8 - 1.0 мм. Стоимость - не выше 25-30 USd... Думаю, что это было бы привлекательно для многих. Хотя (ИМХО), PVC как конструкционный материал в таком калибре более надёжен, а его цена и доступность позволяет не думать о последствиях пуска. Не забывай, что мы строим по возможности многоразовые ракеты, обязательно оборудованные системами спасения как себя, так и окружающих...
Желаю творческих успехов. И вопрос: твой nickname JoNHson имеет что-то общее с сыном Джона? Если да, то лучше будет смотреться - JoHNson.

Ещё одно замечание. Все эти выводы наверное годятся только для бумажной гильзы, которая сохраняет свои механические свойства вплоть до обугливания бумаги. Для пластиковой гильзы результаты могут быть другие.

 

Сергей! Внимательно прочитал и посмотрел видео испытаний гильзовых моторов. Мне очень понравился последний с шашкой торцового горения. Если ты помнишь я делал исследования микромоторов с сахарным топливом. Должен признать, что сорбитол для этого класса моторов работает лучше сахарозы. И как я понимаю основная проблема с моторами из папковых гильз - прогар в зоне сопла... Тогда, почему бы тебе не попробовать силиконовый герметик? Наверное такой можно купить в Киеве? У него прекрасная адгезия ко всему, в том числе к глянцевому электротехническому картону.
А гильза сделана из подобного же картона. Я использовал (см. ниже фото)силикон для термоизоляции мотора из ПВЦ на 400 гр горючего. Термоизоляция состояла из цилиндра, сделанного из электрокартона (пропитанного)покрытого с двух сторон силиконовым герметиком. За 3 с работы мотора герметик чуть обуглился, но ПВЦ корпус выдержал и не "поплыл". И это с сахарным, а не с сорбитоловым топливом. Его можно замешать и с цементом или другим негорючим мелкодисперсным материалом для повышения абляционных свойств.

Кстати, если уж речь у нас постоянно заходит о проблеме теплоизоляции (?), то напомню, что в промышленных моторах 50-60 гг использовалась ... пробка. Да-да, лайнеры делались из ламин прессованных из мелкоизмельчённой пробки. Здесь такие ламины (листы) толщиной 1-3 мм продаются в писчебумажных магазинах... Посмотрите у себя. А также листы латекса для поделок. Это резиноподобный материал также великолепно подходит для термоизоляции шашек в моторах. Ещё один материал - керамический войлок. Продаётся в виде листов толщиной от 3 мм. Можно отслаивать до нужной толщины. Ну и более доступный асбокартон, который можно формовать в мокром виде, выстилая дно и стенки простого дискового сопла.

Что касается пластиковых (винипласт) гильз, то это по-моему, тупиковое направление, особенно для массового использования. Почти всегда прогорает. Я тоже с них начинал. И не помогали никакие дополнительные изпляторы. Ведь такой патрон предусматривает его использование в камере ствола, стенки которой служат как саппорт, так и теплоотвод. А мотор, и правда получался красивым, но, увы, ненадёжным. См. фото.

Foto 2. Нанесение силиконового герметика на топливную шашку для PVC мотора

Foto 3. Части мотора из ПВЦ 50 с сформованной из керамики сопловой частью.

a_centaurus>Пожалуйста поясни подробнее, почему ты выделил углепластики из группы композитов??? Они что - недостаточно композитны?

Углепластики работоспособны при температурах до порядка 300 С..., композиты - до (и свыше) 3000 С. Хотя ты прав, в принципе, деление достаточно условно...

a_centaurus> Да и я слышал, что наибольших успехов добились студенты Московской консерватории. А что, это серьёзный ВУЗ...

Ага! Москвичи всегда выделялись на общем фоне !


a_centaurus> Желаю творческих успехов. И вопрос: твой nickname JoNHson имеет что-то общее с сыном Джона? Если да, то лучше будет смотреться - JoHNson.

Спасибо за пожелания. По поводу ника - фишка именно в переставленных буквах... нику моему уже лет 15.... И я к нему привык...

Понятно. Спасибо, что не обижаешься на подначки. Я сам очень давно работаю с композитами во всех формах и в разных приложениях, но всегда внимательно слушаю "узких" специалистов. На самом деле в любительском ракетостроении достаточно сложно применять те же углепластики из-за их высокой стоимости, ограниченности номенклатуры ( в доступном коммерческом виде), сложности в механической обработке (например элементарное торцевание трубы на токарном станке может закончиться трещиной)из-за анизотропной хрупкости. Низкая температурная стойкость вынуждает увеличивать толщину термоизоляции ... etc, etc

Может сделаешь представление в виде ликбеза по тем материалам, которые хорошо знаешь и можешь рекомендовать к использованию? Из советских времён я помню, что в Харькове была сильная инфраструктура по всем видам композитов, вт.ч. и металлических. А на фото подобие КИТа планера ракеты из углепластиковых элементов о котором говорилось выше.

a_centaurus> Должен признать, что сорбитол для этого класса моторов работает лучше сахарозы.

А в чём ты видишь преимущество? В меньшей скорости горения, и соответственно в меньшем давлении в двигателе при данной конфигурации шашки?

a_centaurus> И как я понимаю основная проблема с моторами из папковых гильз - прогар в зоне сопла...

Не обязательно в области сопла, часто и выше шашки самый сильный прогар. А вообще вся гильза сильно выгорает.

a_centaurus> Тогда, почему бы тебе не попробовать силиконовый герметик? Наверное такой можно купить в Киеве?

Да, герметиков сейчас полно, одних силиконовых больше десятка видов. Но нанести тонкий равномерный по толщине слой герметика на внутреннюю поверхность гильзы - это не так просто. Особенно, если учесть, что предполагается, что это будут делать школьники в кружке.

a_centaurus> Что касается пластиковых (винипласт) гильз, то это по-моему, тупиковое направление

Я ещё не пробовал пластиковые гильзы, но вот у Метеро хорошо получается:




А ещё я мечтаю сделать двигатель в ПЭТФ-пробирке-преформе для пластиковых бутылок. Наверное это будет следующее после гильз направление. Интересно посмотреть через прозрачную стенку, как работает двигатель ;^))

Foto 2. I stabilizatory takzhe iz UP

А в чём ты видишь преимущество? В меньшей скорости горения, и соответственно в меньшем давлении в двигателе при данной конфигурации шашки?

 

Именно в этом. Сорбитол гораздо оперативнее (в смысле проще управляется), поэтому с ним проще работать детям и новичкам. Сахар в этом смысле можно признать компонентом хотя и более энергетическим, но требующим большей точности и более совершенного дизайна. Следовательно большего опыта, больших затрат.

Но нанести тонкий равномерный по толщине слой герметика на внутреннюю поверхность гильзы - это не так просто. Особенно, если учесть, что предполагается, что это будут делать школьники в кружке.

 

Я бы делал так: выклеивал на болванке стакан из нескольких слоёв бумаги с силиконом, затем выдвигал стакан на 5 мм вперёд и подворачивал края внутрь. Получился контейнер-вкладыш с отверстием, примерно равным критике или меньше (всё равно прогорит). Приготовленная по стандартной технологии шашка затем вставляется в изолирующий контейнер, устанавливается в корпус-гильзу и заливается эпокси или иным герметизирующим составом. Горючего будет грамма на 2 меньше, но с этим можно избежать прогара. А изготовление контейнера будет хорошим упражнением для начинающих.

А ещё я мечтаю сделать двигатель в ПЭТФ-пробирке-преформе для пластиковых бутылок. Наверное это будет следующее после гильз направление. Интересно посмотреть через прозрачную стенку, как работает двигатель ;^))

 

Я видел весь процесс через стенку мотора из PVC. Он и надёжнее. И из полипропилена также когда-то делал двигатель, но он хуже PVC держит температуру. Na foto: motor iz PPP.

a_centaurus> Сахар в этом смысле можно признать компонентом хотя и более энергетическим, но требующим большей точности и более совершенного дизайна.

Что-то у меня к одной фразе сразу куча вопросов возникла ;^))
Почему ты считаешь сахар более энергетическим компонентом? Насколько?
Почему сахар требует большей точности и более совершенного дизайна?

Я никогда с сахаром двигателей не делал, может потому и вопросов так много. Но из того, что я читал, следует, что удельный импульс сахарного топлива лишь на 2-3 единицы выше, чем у сорбитового.

А я никогда не делал с Сорбитолом(может отсюда и "легенда")... Да, по теории Is сахарного горючего несколько выше, чем у сорбитола. Скорость горения также. А вот молекулярный вес продуктов горения меньше... Стало быть пиковые стрессовые нагрузки на корпус возрастают быстрее, что обязывает конструктора "тщательнее" продумывать дизайн мотора. Ну вот, пожалуй, и вся разница. Также, более высокая температура плавления сахара усложняет процесс приготовления горючего. Хотя я неудобств не испытываю. Да и чистое плавление без выпаривания ускоряет процесс. У меня, например, изготовление 200-400 гр шашки занимает ок.30 мин. с медленным прогревом тигля на воздушной бане, не говоря о более мелких. А ты, если я правильно понял, тратишь несколько суток, на производство партии шашек. Сахарное топливо (без выпаривания), также более вязкое и прилипает даже к медному тиглю, поэтому я добавляю ок. 10% немолотого KNO3 к размолотому до 100 мкм. Это даёт возможность спокойного разлива.

a_centaurus> Да и чистое плавление без выпаривания ускоряет процесс. У меня, например, изготовление 200-400 гр шашки занимает ок.30 мин. с медленным прогревом тигля на воздушной бане, не говоря о более мелких. А ты, если я правильно понял, тратишь несколько суток, на производство партии шашек.

Несколько суток? Немного быстрее - плавление 100-500 г занимает 10 минут ;^))

Процесс описан здесь:



Самое главное - после плавления никуда не нужно торопиться, сорбит не разлагается, топливо можно держать на плитке горячим сколько угодно, спокойно раскладывая в десяток-другой заготовленных форм.

Ну да, конечно, процесс приготовления топлива на сорбитоле так, как он у тебя описан ничем не отличается от приготовления сахарного горючего. Только температура пониже (гораздо ниже). Сахарное топливо при контроле температуры (потока тепла, лучше сказать) также достаточно долго сохраняет текучесть. Просто она исходно меньше.
А вот где начинается различие и на мой взгляд не в пользу сорбитола,(я о нём сначала забыл) так это в большем значении Кн: 400-500 для давлений 1000-1200 пси. И здесь то как раз требуется большая поверхность горения, а значит обьём, что приводит к увеличению габаритов мотора (при плотности сорбитола меньшей, чем у сахара)и мёртвого веса. А необходимость уменьшать диаметр критики приводит к повышенной опасности взрыва при старте из-за какого-нибудь кабля. перекрывшего выход газов. Но, повторяю, что и то и другое топливо являются идеальными для любителей до определённого размера моторов и ракет. А это уже каждый сам себе определит.

a_centaurus> А вот где начинается различие и на мой взгляд не в пользу сорбитола,(я о нём сначала забыл) так это в большем значении Кн: 400-500 для давлений 1000-1200 пси.

Ни разу не видел, чтобы делали на такой KN и давление. Обычно Kn в пределах 200-270, может 300. Не любит народ большие давления - и опасно, и выигрыш невелик, если вообще есть.

Не любит народ большие давления - и опасно, и выигрыш невелик, если вообще есть.

 

Сергей!
Я взял эти значения с твоей же страницы. Разумеется народ может делать всё что угодно, но практический Is мотора зависит для конкретного горючего (сорбитола)от давления в камере, которое определяется Кн. Например моя прога SRM просто не считает performance, если давление в камере не соответствует условиям закона горения. Сам Накка (посмотрите его тезис и другие материалы) делал свои моторы на сорбитоле на давления 10-11 Мпа. Поэтому: или ракетный мотор, основным параметром которого как раз и является Is, или "дымовушка" (вариант -"шутиха"). Поскольку это научный факт, то и спорить бесмыссленно. Поэтому я всегда говорил, что построить реальный мотор с Is =135 с на сахарах - это большой успех.

Serge77> А ещё я мечтаю сделать двигатель в ПЭТФ-пробирке-преформе для пластиковых бутылок. Наверное это будет следующее после гильз направление. Интересно посмотреть через прозрачную стенку, как работает двигатель ;^))

ПЭТФ бутылки начинают размягчаться и "плыть" под собственным весом даже просто в кипятке. Так что придется делать такую теплозоляцию, что сама "пробирка" окажется не нужна, да и не видно будет ничего все равно И крепление к ней сопла - имхо тоже отдельная песня.

a_centaurus, скажи пожалуйста, для чего ота пустата?
Для облегчения двигателя или есть, какие не будь технологические особенности?

d.t.> ПЭТФ бутылки начинают размягчаться и "плыть" под собственным весом даже просто в кипятке.

Да я в курсе, что пластмасса не железная ;^))
Но бумага начинает обугливаться уже выше 200С, однако это не мешает делать из неё двигатели, в которых топливо горит при 1500С.

Всё дело в том, что за малое время работы стенка просто не успевает прогреться на большую глубину.

yfafyz> перед раздувом ПЭТ нужно прогреть ок 5-10 мин в камере, что то около 80град.

Вот видишь, чтобы пробирка равномерно нагрелась, нужно 5-10 минут. Конечно, там её не жарят при 1500С, но на любой нагрев нужно время.

yfafyz> Если интересно могу позвонить и узнать подробно, вдруг пригодится.

Режим раздутия мне вроде не нужен. Я бы с удовольствием узнал, в чём ПЭТ растворяется из доступных жидкостей. В справочнике пишут такое, что я не буду пробовать.

Чем его можно клеить?

А ещё очень интересно, где можно взять эти пробирки не более сотни подешёвке.

a_centaurus, скажи пожалуйста, для чего ота пустата?

 

Если ты посмотришь более внимательно на сборочный чертёж, то поймёшь, что "ота пустата" (полость) получается натуральным образом из-за цилиндрического контура сопряжения двух деталей: сопла и его прижимной крышки-саппорта. Обрати внимание, что дивергентный (расширяющийся) конус сопла на срезе имеет буртик, служащий как для усиления детали, так и для центровки сопла относительно крышки ("вал-отверстие")... Поэтому цилиндрический внутренний канал крышки имеет диаметр равный диаметру буртика (с "+" допуском на термическое расширение, разумеется)... Ну а далее цилиндр пересекается с конвергентным конусом на высоте, равной диаметру
буртика и получается полость. Ну и облегчается в итоге конструкция. Обрати внимание также на прилив материала над критической частью сопла. Он служит для диссипации (поглощения) избыточного тепла от наиболее нагретой части сопла (Т = 1000º аппрох.)и за счёт этого избежать его эррозии. Поэтому, возможно было бы лучше иметь контакт по цилиндрической поверхности между соплом и крышкой в этом месте для лучшего теплоотвода, но, с другой стороны, небольшой зазор не мешает радиационному теплоотводу, а зато предохраняет от возможного припекания в наиболее нагретой точке, которая всегда найдётся. Кстати, удалось ли тебе найти материалы для производства мотора. И ввиду дискуссии по поводу сорбитола и сахарозы не забудь, что этот мотор был сконструирован исключительно для использования с сахарным топливом. Для сорбитола надо будет пересчитать диаметр критики на давление, соответствующее желаемым Is,It Favg, t thrust...

Не кинет ли кто ссылочку по правильному упариванию / плавлению сахарной карамели? Хватился - не могу найти.
С набивкой, судя по всему, надо завязывать ввиду бесперспективности данного направления. Слабо бьешь - плотность шашки низкая и заглушка с соплом нормально не держатся, сильно - корпус лопается по извлечении из пресс-формы из-за упругого последействия спрессованного состава. Тупик.
Принимаются соболезнования.

Nоn-conformist> С набивкой, судя по всему, надо завязывать ввиду бесперспективности данного направления.

Не подумай, что я агитирую за прессование, мне оно не нравится, но я точно знаю, что маленькие двигатели этим методом точно делают, всё получается. Конечно, это не шедевры, эффективность невысокая, но летают.

Подскажите пожалуйста: можно ли заменить материал - ватман на обычную офисную бумагу при сохранении всех размеров (толщины стенки, длины и диаметра) при изготовлении гильзы двигателя для карамели на 20 грамм.