РДТТ конструкции технологии материалы - IX

Сентаурус советовал тонкие стенки конуса - меньше 1 мм.

 

Ничего и никому я не советовал. Толщина стенки считается по формуле (.....) в зависимости от материала и диаметра камеры... Да, в случае 1" мотора МЕх_100 (спроектированного, построенного и испытанного мною) толщина стенки, пересчитанная на 2000 пси и сделанная из сертифицированного материала имеет 0.6 мм. В случае МЕх_3000 (85 мм) стальная стенка имеет толщину 1 мм... Оба мотора расчитаны на среднее рабочее давление -1000 пси. Но, например, стальная стенка мотора на композитном топливе (80 кг) ракеты-зонда Орион (Аргентина) на 800 пси имеет толщину 0.8 мм и труба сварная... Так что, во-первых, прислушайся к совету Serge (и моему) и начни с 50 - 80 гр мотора... Затем будет 200-400 гр... Ну а став экспертом на этом уровне, можно и за 1 кг взяться... Глядишь лет через 10 доберешься и до 3 кг (если к тому времени не раздумаешь)... Накка шёл к такому мотору ок. 30 лет. А сахар - это очень быстрое топливо, требующее хорошей подготовки как проектировщика, так и всей оснастки...

Насчет термостойкости Сергей прав: 100 градусов - это продолжительная эксплуатация. Для нас это, конечно, крайность.

Другая крайность - вулканизат силиконового герметика типа Виксинт держит 3500 K, при этом совершенно не меняется, даже поверхностная фрактура материала сохраняется.
Правда, время воздействия - всего несколько сотых секунды.

К вопросу о резонансе системы двигатель - стенд - датчик.

Помогает прижим двигателя к упору с усилием 1/10...1/100 от ожидаемой тяги. 1/10 - это для тяги порядка сотню килограмм-солы, а 1/100 - для двигателей с тягой порядка несколько тонн-силы.

Прижим - обязательно пружиной (резиновым шнуром), но никак не грузом в случае вертикального стенда.

К сожалению, прижимать двигатель к упору можно, если это предусмотрено на фазе конструирования стенда.

Вижу творческий ентусиазм- радует. Таким подходом и надо- не только для конкретного двигателя, а для получения know-how как сделать подробности, в них черт спрятан

Nоn-conformist> Метеро говорил об испытаниях болтов на срез. Сколько ориентировочно выдерживает ширпотребовский болт М6?
Я измерял 27 кг/мм2 .Примем 25 из за возм. ошибки. Внутренний диаметр болта 6мм около 6х8=4.8 мм. Площадь около 3.14х4.8²/4=18мм2. ( сосчитаеш точнее калькулятором , нет под рукой). Каждьiй мм2 держит 25 кг,
ерго 25х15=452 кг должен вьiдержать такой 6мм болт.
Если болтов 6, то 6х452.....

Nоn-conformist> Сергей говорил, что степень расширения обычно выбирают от пяти до восьми. А как насчет высоты конуса (или длины образующей)? Или этот параметр тоже включен в понятие "степень расширения сопла"? Критика - 12 мм, если степень расширения брать около пяти, то диаметр среза получается 35 мм. А как насчет высоты этого усеченного конуса? SRM тоже на этот счет молчит.

По тангенсу угла считается. Известен диаметр кр. сечения, известен входной ( вьiходной) диаметр, угол тоже. Нужна половина угла, для входа принимаем 30*, для вьiхода -12* ( угльi- не догма, я часто делаю вх.=45*, вьiх.=14-15*).
(D-d)/2=a, катет треугольника. a/b=tga, отсюда b=а/tga, что есть вьiсота конуса. Расчет одинаков для обеих -вх. и вьiх.- частей.
Мне всегда бьiло досадно расчитьiвать калкулятором, поетому написал в exel, попробуй разобраться, если не успееш, я переведу . http://www.metero.nm.ru/soft/nozzle-angles.xls
Насчет расчета резб тоже написал в exel, хоть и приблизительний расчет- но когда-то Туполев говорил, что все расчетьi можно свести к простому тройному правилу :), а формульi из справочника машиностроителя, 10 томов, с 1956 года
http://www.metero.nm.ru/soft/rezbi.xls

А степень расширения сопла SRM вьiдает оптимальную, дает и вьiходной диаметр при заданном расширении- в стран. performance. Я обьiчно начинаю ее уменшать пока не замечу спад в мощности.

Nоn-conformist> Сентаурус советовал тонкие стенки конуса - меньше 1 мм. Не могу с этим пока согласиться. Считаю, что должна быть обеспечена хоть какая-то механическая прочность для случая жесткого приземления. Деталь очень трудоемкая, будет обидно.
Бортик по большому диаметру здорово увеличит устойчивост удару.
Nоn-conformist> Для тех, кто не любит объяснять токарям "для чего ЭТО". Версия: сопло с конусом - деталь мощного пескоструйного агрегата.
Хитро!

varban> Прижим - обязательно пружиной (резиновым шнуром), но никак не грузом в случае вертикального стенда.

А почему не грузом? Чем это плохо?

Nоn-conformist >
необходима проточка посадочных мест под сопло
и заглушку на трубе. Это можно сделать только
на большом токарном станке.

 

Можно и на обычном, размера 1К62
для поддержки обрабатываемого конца
трубы используют люнет - токарь знает что это.

Только трубу зажимать через разрезную оправку.

Если труб у тебя много ожидается, то можно
сделать 1 закаленныю протяжку-калибр и запресовкой-
выпресовкой выправлять и калибровать,
выглаживать концы трубы на нужную глубину.

Nоn-conformist >
Термостат говорил о необходимости рассчитывать
заглушку как предохранительный клапан, разрушающийся
элемент. Как это сделать практически?
Я думаю, что для меня это нереально.

 

Нет "необходимости", это просто в алгоритме я описал
как идеал для меня, и добавил что сделать это очень
трудно, расчитать вообще не реально - IMHO

Но можно получить испытанием для конкретных винтов
купленх в количестве с запасом на будующее - но это
трудоемко.

Nоn-conformist >
Какую принимать толщину стенок заглушки и входного конуса
сопла, если в трубе будет около 200 кгс / см кв?

 

Если стенка твоего мотора 2 мм, то плоское днище заглушки 4
мм будет нормально, на сопле я б сделал на сужении толшину
3 мм, вокруг критики с наружи цилиндрический участок со
стенкой 8 мм и на расширении стенка 2 мм и на конце кольцевое
утолщение.

Nоn-conformist >
Термостат постил фото с рукой, держащей трубу, по размерам очень
похожую на мою. Как почитать описание и посмотреть чертежи
этого мотора?

 

Я ж написал что это фотка с сайта Накки, у него на
сайте смотри. Там есть раскатка теплоизоляции в
корпусе и прочее.

Nоn-conformist >
Термостат говорил о конструкции заглушки с прицелом
на стыковку корпуса ракеты - какие возможны варианты,
где можно почитать?

 

Для лучщего обеспечения соосности желательно установить
заглушку поглубже, чтоб остался учаток на конце трубы
20 мм примерно. И при расточке трубы сделать одновременное
подрезание ее торца - он будет строго перпендикулярен в
этом случае.

Можно на нем нарезать мелкую внутреннюю резьбу
- это для ввинчивания стыковочного узла.

Либо на заглушке сделаь бобышку с резьбовым отверстием
для ввинчивания стягивающего болта или крюка.

Nоn-conformist >
Критика - 12 мм, если степень расширения брать около пяти,
то диаметр среза получается 35 мм. А как насчет высоты
этого усеченного конуса? SRM тоже на этот счет молчит.

 

Хороший вопрос для человека проектирующего мотор
на 2 кГ карамели 8-)

тангенс, арктангенс ... калькулятор в Windows.

Nоn-conformist, какие размеры у твоей трубы?
уточни окончательно, я попробую сделать эскизы
мотора в меру своей испорчености.

Может еще кто чего подкинет.

Болты лучше использовать с цилиндрической частью стержня, чтоб весь диаметр на срез работал и ровнее стенки нагружал.

metero> Да и не вижу смьiсла в скрупулезном расчете.

 

я тоже.

termostat> Хороший вопрос для человека проектирующего мотор
termostat> на 2 кГ карамели 8-)
Так вроде разговор шел всего лишь о гидроиспытании двигателя. Или уже запуски предполагаются??
К изложенному Мetero еще хочу добавить такой нюанс: при затяжке болта на стыке деталей возникают силы трения препятствующие их относительному сдвигу. Поэтому усилие на сдвиг возрастет по сравнению с тем, если просто срезать болт или срезать болт предварительно затянутый. Если срез идет как справа, то думаю на срез можно и еще усилия добавить.

G-g> ... хочу добавить такой нюанс: при затяжке болта на стыке деталей возникают силы трения препятствующие их относительному сдвигу.

Конечно. Болт на срез не работает.

G-g> Поэтому усилие на сдвиг возрастет по сравнению с тем, если просто срезать болт или срезать болт предварительно затянутый. Если срез идет как справа, то думаю на срез можно и еще усилия добавить.

Только на правой катринке болт, а на левой - штифт с резьбой и шестигранной головкой

Только вот в случае тонкостенных оболочек не очень-то затянешь

> Так что, во-первых, прислушайся к совету Serge (и моему) и начни с 50 - 80 гр мотора... Затем будет 200-400 гр... Ну а став экспертом на этом уровне, можно и за 1 кг взяться...
Спасибо за советы, все, конечно, правильно. Но у меня не получится идти к двум кг топлива тридцать лет - мне 35 уже, сколько осталось? Десять, пятнадцать? Два дня? Я хочу расставить точки, ясно изложив, чего я хочу.
Ты, Сентаурус, рассказал про птицу на скале, про сгусток энергии - в принципе, мне нечего добавить, сказано хорошо. Я лишь хочу указать на то, что для меня все эти дела - всего лишь средство оградить в общем-то нормальную психику (смею надеяться, что нормальную) от того дурдома, в котором я вынужден находиться бОльшую часть времени суток. Вот, собственно, и все!
Я не гонюсь за результатами, рекордами, воспроизводимостью. Я получаю удовлетворение уже от того, что стремлюсь как можно полнее реализовать знания, полученные на форуме и Накковском сайте - в меру своих интеллектуальных возможностей, слесарных навыков, творческого потенциала, времени и имеющихся в моем распоряжении материалов и оборудования. Если получается - конечно, приятно, это как бонус. Если в разные стороны - я с фейерверков начинал, и до сих пор не уверен, что меня больше радует - когда в одну сторону, или когда в разные.
Я ясно понимаю всю серьезность задуманного проекта, и потому никогда - НИКОГДА - не возьмусь делать под ЭТО ракету. Я считаю это аморальным - по той простой причине, что не имею полигона для таких стрельб! Я не имею возможности гарантировать безопасность моих несчастных соотечественников, у которых и без моих ракеток хватает проблем. Я считаю аморальным ради дозы адреналина (а в конечном итоге все сводится к этому - мы все наркоманы здесь собрались) подвергать опасности жизни совершенно посторонних, и, в общем-то, зачастую хороших людей.
Прочностные огневые испытания планируемого двигателя в отрезке 250-мм трубы, горизонтально вкопанной в склон широкого оврага, я считаю вполне безопасным мероприятием - при любых здравых раскладах.
Вот под это дело и корпус присмотрел, и планирую двигаться дальше. Тем более, что по деньгам это мне практически ничего не стОит.
По поводу сахара - Сергей, я парил карамель два раза в жизни - два захода по пятьдесят грамм. Один раз получилось, один - нет. Под этот двигатель шашки получаются грамм по четыреста - пять штук. Потренируюсь еще на маленьких шашках, а там, глядишь, и четырехсотграммовую отлить получится. Не получится - на сорбит перейду, какие проблемы? Время работы удваивается, давление падает в два раза, результат - тотальный импульс всего на двести Н сек меньше (на фоне двух тысяч это как-то не впечатляет). Даже сопла нового точить не надо. А можно критику "универсальную", среднюю просверлить - типа и под сахар, и под сорбит - троекратный запас по давлению это позволяет. Заводить движок планирую раз в полгода примерно, если, конечно, не одноразовый получится, так что напряга с варкой топлива не ожидается. Логика, может быть, и вывихнутая, но - моя. Какая уж есть.
Прошу меня извинить за повторяющиеся, некорректные - временами до неприличия - вопросы, я сейчас далеко не в лучшей форме: много проблем и мало времени.
Размеры трубы:
Do = 69,7 mm
Di = 63,9 mm
L = 560 mm
Нержавейка, мягкая.
Еще раз прошу прощения за некоторую экспансивность изложения моих мыслей - надеюсь, что все тут свои.
Отдельное спасибо Термостату, Джи-Джи и Метеро за конкретные ответы на конкретные вопросы!

Nоn-conformist> Но у меня не получится идти к двум кг топлива тридцать лет - мне 35 уже, сколько осталось?

Да ну, брось. ;^))
Ты будешь заниматься этим до тех пор, пока будешь получать удовольствие. От возраста это не зависит. Торопиться не надо ;^))

Nоn-conformist> Я не гонюсь за результатами, рекордами, воспроизводимостью. Я получаю удовлетворение уже от того, что стремлюсь как можно полнее реализовать знания, полученные на форуме и Накковском сайте

Я тоже. Опять-таки, торопиться незачем, получай удовольствие ото процесса.

Nоn-conformist> По поводу сахара - Сергей, я парил карамель два раза в жизни - два захода по пятьдесят грамм.

Я думаю, тебе будет удобнее метод, описанный здесь:



Ignis fuel and core construction page

Если ссылка не работает, зайди сюда:


потом Ignis engine construction tutorial
потом Ignis fuel and core construction page 1, 2, 3, 4

Вместо сиропа попробуй взять сорбит.
Или попробуй плавление, но вместо 35% сахара возьми сахар с сорбитом 30-5 или 28-7.

вот сделал предварительный набросок
непрофессиональной конструкции РД под
трубу Nоn-conformist.

Диаметр наружный топлива 59 мм, канал 22,
длина камеры мотора чуть меньше 478.

Длина всех шашек 468 (с учетом зазоров между ними).

Теперь надо расчитывать в SRM и определять колич
и размер шашек.

---

По конструкции:

1) Сопло полного профиля довольно муторно для
токаря, поэтому голубым пунктиром обозначил
укороченый, упрощенный вариант.

2) Уплотнение герметиком, по способу описаному
мной ранее. Но есть канавка и под 1 о-ринг,
а перед канавкой сделана узкая канавка
(типа "лабиринт") и для уменьшения
сечения металла передающего тепло.

3) Теплоизоляцию предлагаю загибать скраю
и закладывать герметик по кругу, после установки
сопла (или крышки) проискодит как бы запечатка
кольцевой щели.

4) торец крышки теплоизолируется листовой резиной
или герметиком.

5) в крышке сделано отверстие и резьба для подключения
тормозной трубки ВАЗ-2101 ведущей к манометру - это
при тестах. на торце отверстие нужно прикрыть несколькими
кусочками сетки обклееными герметиком.

При полетах сюда вкручивается элемент крепления
перехода к корпусу. Или разделяющего устройства
по чертежам a_centaurus.

В другом моем моторе резьба в крышке М12х1.5 под манометр
для гидротеста, и под первичный воспламенитель при пусках.

Если нужно только крепление переходника то можно
сделать не сквозное отверстие с резьбой М8 на 15-20 мм.

6) крышка и сопло, каждая крепятся 9-ю болтами М6.

По первой прикидке в SRM с 4-мя сахарными
шашками размером 59х22х100 - масса
топлива 1707 гр.

импульс сумарный 2335 Нс
специф. 139 сек.

тяга средняя 1931 Н
время работы 1,2 сек.

критика 14 мм
давл макс 9,46 MPa
Kn start = 300

Это шашки оптимальных соотношений, их только 4
влезает и остается 70 мм длины камеры мотора
- можно поставить шашку-трассер торцевого горения
и учесть ее вклад в давление в моторе.

---

Если трассер не нужен, то лучше обрезать трубу,
ибо если сделать 4 более удлиненых шашки получим
прогресивное горение, а если сделать 5 укороченых
шашек получим регресивное горение (это лучше 1-го
варианта).

в общем-то нормальную психику (смею надеяться, что нормальную) от того дурдома, в котором я вынужден находиться бОльшую часть времени суток. Вот, собственно, и все!

 

Ну а что? Хорошо и сильно сказано. Экспериментальное ракетостроение начинается с экспериментов с топливом, затем постройкой мотора, затем ракеты... А я знаю людей, которым строить ракеты БЫЛО НЕ ИНТЕРЕСНО, а интересно было СТРОИТь МОТОРЫ... Так что двигай и строй свой мотор... Если увлечёшься всерьёз, то точно про дурдом забудешь... На самом деле и для меня (да и для многих самодеятельных ракетчиков) это тоже бегство... Просто "дурдом" у каждого разный... Никакой проблемы с изготовлением шашек из сахара нет. Я правда не знаю, какой у вас сахар в продаже. Я так выбирал из трёх основных марок. Как оказалось самый лучший - самый дорогой (хотя они все изготовлены из местного сахарного тростника, естестественно). В нём стандартизовано содержание маисного крахмала - 5%...влажность также невысокая (не мерил, но по нормам меньше 30%)... Плавится при стандартной температуре ок.183º... При этом стенка тигеля нагрета до 220º... Цвет расплава - белый, слегка желтоватый (слоновая кость)... Форму обязательно нужно прогревать, пока плавишь топливо. Я использую лабораторную hot-plate с вибратором... То есть форма прогревается, а после заливки ещё и вибрируется... Такая техника позволяет избежать пустот.
По конструкции мотора. Термостат, хотя и на глазок (а ещё меня ругал за то , что я эмпирическую формулу из Саттона привёл для расчётов толщины стенки на известное давление с заданным коэффициентом безопасности -2), но в принципе правильно, сделал эскиз общей сборки мотора... Но из практики как изготовления, так и эксплоатации я бы сделал следующие изменения:
1. Корпус камеры. Для уменьшения риска деформации, лучше оставить прилив на торцах с внешним диаметром, хотя бы на 0.8 мм больше внешнего диаметра камеры. Длина прилива - 25 мм. Тогда нагрузка от слегка притянутых головок винтов распределится равномернее.
2. Сопловая часть. К сожалению не прорисована дивергентная часть, но даже того, что длина показана, хватает заключить (диаметр выходного отверстия примерно 30-35 мм), что при проточке внутренней пазухи такого диаметра будет необходим специальный инструмент (токарь будет очень "рад")... Учитывая то, что пользователь не собирается пускать с этим мотором баллистическую ракету, можно было бы уменьшить глубину выемки и изменить профиль на более прямоугольный... Будет проще и дешевле в производстве... Прежде чем делать чертёж детали нужно будет найти о-ринги и только после этого ставить размеры на кольцевую проточку.
Я бы не делал эту проточку (газовый тоннель). Пользы от неё никакой, а вероятность прорыва в этом месте резко увеличивается. Вообще нужно избегать делать в камере сгорания всякие странные полости. В них растёт локальное давление
и произрастают температурные градиенты на поверхность. Как правило, делается наооборот, с небольшим выступом внутрь камеры. Такой выступ служит как направляющая для потока газов.
Крышка. То же самое.
Теплоизоляция. Как говориться: "патронов не жалеть"... Шашки льются в отдельную форму бронировку и вставляются в толстостенный стакан (3мм) из картонной трубы подходящего диаметра или намотанной с эпоксидкой... На самом деле перегрев корпуса - больший враг, чем небольшое кратковременное избыточное давление.

Два вопроса:
Насколько сильные тепловые и механические нагрузки испытывает расширяющаяся часть сопла? Действует ли на неё давление газов?
Как кто оценит перспективу стеклолакоткани в качестве теплоизоляции. Какой лак используется там я не знаю, но материал после сгорания лака остается прочным и шлак лака крепко держится на стеклонитях. Но основное достоинство - доступность мне в любых количествах

GOGI> Как кто оценит перспективу стеклолакоткани в качестве теплоизоляции.

Очень хороший материал. И для бронировки тоже, если топливо прилипнет.

Может кто из быстрых попробует лакоткань? Я бы послал квадрата два...

Насколько сильные тепловые и механические нагрузки испытывает расширяющаяся часть сопла? Действует ли на неё давление газов?

 

Если истечение газов идёт по адиабатическому закону (без теплообмена с окружающей средой), то закритическая часть дивергентного конуса практически не нагревается...
В основном она загрязняется продуктами горения сахара и несгоревшими частицами KNO3, которые также служат как теплоизоляция. Поскольку вектор скорости потока газов направлен по касательной, то дополнительного давления они не производят... В принципе его делают из композитных материалов или дураля с футировкой графитом (в области критики) и спецпокрытиями в расширенной части...

a_centaurus> Если истечение газов идёт по адиабатическому закону (без теплообмена с окружающей средой), то закритическая часть дивергентного конуса практически не нагревается...

Очень интересная фраза. Если нет теплообмена, то не нагревается.
А ведь есть теплообмен.

a_centaurus> В основном она загрязняется продуктами горения сахара

Какими?

a_centaurus> и несгоревшими частицами KNO3

Действительно именно KNO3 ? Может быть K2CO3 ?

a_centaurus> Поскольку вектор скорости потока газов направлен по касательной, то дополнительного давления они не производят...

А откуда берётся прибавка в тяге, которую даёт этот конус?