Стенд по проекту "1000Н"

Использовавшаяся считалка здесь. Код 100% перекиси (у других концентраций вроде ошибочные данные) - 466, код воды (для разбавления) - 976. Наши условия таковы: 85 г перекиси, 15 г воды, exit condition 1 atm, в камере 25 атм, вид задачи - frozen performance characteristic.

Результат:

1. Results
2.  
3. Propellant composition
4. Code  Name                                mol    Mass (g)  Composition
5. 466   HYDROGEN PEROXIDE (100 PC)          2.4989 85.0000   2H  2O  
6. 976   WATER                               0.8326 15.0000   2H  1O  
7. Density :  1.325 g/cm^3
8. 2 different elements
9. H  O  
10. Total mass:  100.000000 g
11. Enthalpy  : -7075.48 kJ/kg
12.  
13. 9 possible gazeous species
14. 2 possible condensed species
15.  
16.                        CHAMBER      THROAT        EXIT
17. Pressure (atm)   :      25.000      13.697       1.000
18. Temperature (K)  :     905.504     793.523     426.835
19. H (kJ/kg)        :   -7075.483   -7269.957   -7862.860
20. U (kJ/kg)        :   -7420.379   -7572.200   -8025.437
21. G (kJ/kg)        :  -15779.147  -14897.259  -11965.577
22. S (kJ/(kg)(K)    :       9.612       9.612       9.612
23. M (g/mol)        :      21.829      21.829      21.829
24. (dLnV/dLnP)t     :    -1.00000    -1.00000    -1.00000
25. (dLnV/dLnT)p     :     1.00000     1.00000     1.00000
26. Cp (kJ/(kg)(K))  :     1.76462     1.70862     1.52886
27. Cv (kJ/(kg)(K))  :     1.38373     1.32773     1.14797
28. Cp/Cv            :     1.27526     1.28687     1.33179
29. Gamma            :     1.27526     1.28687     1.33179
30. Vson (m/s)       :   663.19870   623.65758   455.33233
31.  
32. Ae/At            :                 1.00000     3.66160
33. A/dotm (m/s/atm) :                35.38181   129.55411
34. C* (m/s)         :               884.54527   884.54527
35. Cf               :                 0.70506     1.41869
36. Ivac (m/s)       :              1108.28812  1384.44640
37. Isp (m/s)        :               623.65758  1254.89229
38. Isp/g (s)        :                63.59537   127.96340
39.  
40. Molar fractions
41.  
42. H2O                   7.2725e-01  7.2725e-01  7.2725e-01
43. OH                    1.9223e-08  1.9223e-08  1.9223e-08
44. O2                    2.7275e-01  2.7275e-01  2.7275e-01

Температура на выходе - 426 К, скорость - 1255 м/с, плотность - можно поделить площадь среза сопла на A/dotm - получим массовый расход, кг/с, затем этот расход поделить на площадь среза сопла и ещё раз поделить на скорость вылета...

Выглядит похоже на правду - именно столько имели на 90% перекиси Armadillo Aerospace с несколько меньшим давлением в камере

(Почти) точная цитата звучит так:

"Законы природы не зависят от политической системы"

© Ф.Ф.Игошин

И вот что печально - если A/dotm это отношение площади к массовому расходу, то что-то не получается с размерностью - в смысле там действительно получается отношение единиц скорости (в частности - м/с) к единицам давления (типа Паскаль), а у них указана "АТМОСФЕРА", а вот какой множитель использовать - это не указано. Я использовал 101325 - получил массовый расход 0,415 кг/сек... Если считать что просто 100 кПа = 1 атм - еще хуже (меньше)...

Это как бы КАК ???? Везде Авмич указывает массовый расход около 0,5 кг/сек...
Ошибочка то ~25% поскольку вроде бы более "правдоподобное" число из программы (померить расход-то трудно, а давление - более реально)...

И потом - Авмич - ты ничего не напутал??? Может там умножать надо, а не делить???

В общем я по-своему (не так как Авмич расписал) прикинул - получается что плотность на выходе будет (вернее может) лежать в следующих пределах : =0,623 кг/м³ до =0,75 кг/м³

Температура на выходе из сопла у меня получалась 358 К, давление на срезе - чуть-чуть меньше атмосферного ~ 0.97

Вроде бы нужно делить - по соображениям размерности хотя бы.

Геометрические размеры камеры известны. Другое дело, что реально получится с тягой, расходом и УИ. Запас надо брать, конечно, по верхнему значению, ну да они не сильно отличаются. Отличия от (примерного) значения в 0,5 кг/с, однако, возможны.

А в чём вопрос? Для чего нужно знать точнее, чем имеющиеся данные? Понятно, что Пропип тоже не даёт истину в последней инстанции, да и потери он никак не учитывает; на практике (и особенно в любительском исполнении) отклонения вполне заметны.

Да, и 500 от 415 отличаются всё же не на 25%, а в лучшем (худшем?) случае на 20,5% . Это, конечно, тоже не 0,5% .

Если расход, кг/с, поделить на площадь среза сопла, м², и ещё поделить на скорость вылета, м/с, то получится плотность, кг/м^3. Именно это и спрашивалось?

Или это календарь виноват?

Дим, а ты не мог бы выложить результаты расчётов той программой?

Предлагается разложить силовую часть стенда на детали правильной массы. Отдельные профили набираются на строительных рынках. Из соображений простоты, думаю, имеет смысл рассмотреть вариант "вертикальный столб, закрепляемый крестовиной или треногой" в качестве основного элемента. К этому ещё добавить толстую стальную плиту, чтобы защитить от двигателя (который штатно взрывается) те детали, которые должны быть рядом - в первую очередь бак с перекисью под давлением.

Итак, стенд. Несколько фотографий используемых стендов:

Это стенд Кармака:


Это стенд XCor:
http://www.xcor.com/.../400lb/3_07_02_400lb_engine_static_0265.jpg [not image]

Это стенд в MTA, Мохаве:


Стенд по типу Xcor плох тем, что двигатель расположен горизонтально. У нас двигатель достаточно маленький, организовать вертикальное расположение несложно - а процесс при этом идёт более безопасно.

Стенд Кармака хорош, но эти техасцы прожигают движки прямо на парковке у зданий. При взрыве движка баки, видимо, пострадают - возможен пожар; при работе с перекисью разбрызгивание перекиси - тоже ничего хорошего.

Стенд в MTA находится в пустыне и достаточно прочен, чтобы выдерживать неприятности при работе - но уж очень капитален.

Что лучше сделать? Можно сделать стенд, стоящий на земле - двигатель висит над землёй на высоте метра полтора, бьёт в землю. Бак защищён от двигателя бронировкой (у нас бак хороший, его бы хотелось защитить от возможных неприятностей). При этом стенд хорошо обозревается со стороны. Необходимо обеспечить, чтобы стенд не переворачивался - бак планируется наверху стенда, падение бака нежелательно. Вариант "бак снизу" хуже - удлиняется трубопровод высокого давления (а это - лишний объём для перекиси). При взрыве разлёт осколков может быть значительным.

Можно сделать стенд, при котором двигатель находится ниже уровня земли (сантиметров на 30) и струя бьёт в яму. Надо выкапывать яму; при ширине примерно 80 см, глубине 180 см и длине 2 м это выглядит осуществимым. Вроде бы резко повышается безопасность - одна из критических характеристик; при взрыве осколки идут в яму или вверх.

Можно, вероятно, придумать и другие схемы...

Итак, нам нужен стенд, который "максимально просто" решает наши задачи.

Рассчитываем на тягу до 200 кг. Взрыв двигателя - штатное событие. За безопасностью надо будет следить, и ей уделять особое внимание. Если стенд вертикальный, над землёй - даже в 30 метрах находиться без прикрытия крайне опасно; понадобится, видимо, защитное сооружение. Само собой, посторонних рядом быть не должно.

Наблюдение работы стенда, видимо, лучше всего осуществлять издалека - биноклями, и с помощью близкорасположенных камер. Последнее особенно актуально в случае, когда что-то неработает, и надо подойти к заряженному стенду и его разрядить. Тогда анализ ситуации с помощью камер может быть очень полезен. Камеры могут следить за датчиками давления, за сливом перекиси и, конечно, за работой двигателя. Располагать камеры можно на вкопанных столбиках, на деревьях и т.п.

Хорошо при случае использовать складки местности - скажем, чтобы группа была укрыта за каким-нибудь бугром. Для этого понадобится предварительный поиск места. Если рассчитывать на "плоское, как стол" место, то защищаться можно мешками с песком - но для группы в десяток человек (а на первые прожиги может прибыть и больше) понадобится немало таких мешков. Выкапывание всякого рода окопов и ям может помочь.

Стенд Кармака, видимо, устроен так, что если взрыв - то и не жалко стенд . Нам, однако, не хотелось бы, чтобы пострадал бак высокого давления. откуда в камеру подаётся перекись; надо пытаться защитить хотя бы бак. Поэтому будем придумывать бронировку.

Придумывается, скажем, конструкция из стальных труб, уголков и т.п. Возникает вопрос, как это рассчитывать на прочность? Какой толщины металл брать? Видимо, надо это сделать, хотя бы для основных нагруженных режимов.

Вариант стенда "в яме", нарисованный Лином, такой:



Это рама, которая кладётся поперёк ямы, сверху. По обе стороны ямы оказываются боковые платформы рамы - там стальные листы, на которые кладётся балласт. Посередине, над ямой, поперёк рамы идут швеллеры - к ним прикрепляется датчик тяги, к которому прикрепляется камера, оставляя место для шланга подачи перекиси.

Кроме рамы, в стенд входит модуль "бак + бронировка" (нарисован) и модуль "рама + газоотводный лоток"; такой лоток можно сделать по типу таких:

Газоотводным лотком может быть склон оврага/канавы. И нужен ли он для перекиси вообще? Температура низкая, расход маленький.

Стенд проектируется на тягу 200 кг - и в качестве запасов, и слегка "на вырост". Думается, если струя парогаза будет бить просто в землю на расстоянии метра-двух, может быть достаточно много пыли, земли и т.п. поднято в воздух, что может помешать работе. Лоток несколько рассеивает и отклоняет поток.

Эти соображения, конечно, "на глаз". Но тут лоток хоть несложно сделать, не жалко, если что. А вот сама конструкция стенда... Тут надо бы посчитать.

А на некотрых больших стендах газоотражательной пластины вообще нет.
Двигатель стоит под углом ок 45град и поток идет вдоль склона оврага.
Правда, в охлаждаемой трубе

Выставка стендов

В общем так. Если помните, в воскресенье было очередное собрание группы. Отчёта до сих пор нету, за что нам всем отдельное спасибо. Но на оном собрании была высказана, обсуждена и принята к исполнению МЫСЛЬ - пора строить стенд для испытания однотопливника. Вот как это должно выглядеть:

(интересно, получится у меня привинтить сюда картинки?)

Чё-то плохо фурычит... одна картинка из четырёх всего... Попытка номер 2.

Блин!!! Бог настолько любит троицу?!?

Мда...
В общем, так. Три картинки означают три стадии сборки стенда, причём на любой из них можно остановиться. Всё на болтах, всё из стальных равнополочных уголков (полка 25-35 мм, точнее будет видно при покупке).

Имаго номер 1. Треугольная пирамида и квадратный щит.
Высота пирамиды 1м, треугольное основание со сторонами в 1м, внизу к основанию прикреплены так сказать, медианы, которые сходятся почти в плоскости основания и скрепляются между собой. В точке схождения медиан - нижняя точка закрепления вертикальной трубы. Верхняя точка закрепления вертикальной трубы - маленький треугольник, к нему ведут три ребра пирамиды.
Квадратный щит - газоотбойный щит. Поперечные уголки на щите - это направляющие для крепления огнеупорных кирпичей. Размеры кирпичей 30 на 15 на 6,5 см, поэтому расстояние между уголками как раз 30 см. На фотографии хорошо видно, что уголки "смотрят" в одну сторону, т.е. кирпич лежит на уголке только с одной стороны, а другой просто упирается в следующий уголок. Я не уверен, что при этом кирпич не упадёт, если окажется, что проскальзывает - будем крепить каждый ряд на двух уголках.

Имаго номер 2. Те же плюс ещё один газоотбойный щит. Ширина щита 105 см (на 7 рядов кирпичей), высота примерно 60 см плюс четыре толщины уголков (зависит от истинных размеров уголка и кирпича, определяется экспериментально).

Имаго номер 3. Те же плюс третий газоотбойный щит. Ширина щита 90 см (на 6 рядов кирпичей), высота те же "60 плюс немного".

Итого получим вот что:

Опять картинка не подцепилась

Вот оно:

Фуххх... наконец-то...

Итак, вот примерно так выглядит "скелет стенда". Необходимое дополнение: вся пирамида будет (или может быть, а может и не надо) затянута в пирамидальный же мешок из авизента или парашютного шёлка, а внутрь мешка засыпается песок. Объём пирамиды - около 0,15 кубометра, при плотности пекса 5 кг/л получается 750 кг "живого веса", да плюс 40 огнеупорных кирпичей по 3,6 кг и собственно масса уголков - итого почти тонна. Думается, что такой балластной массы с запасом хватит, чтобы парировать возможное желание стенда попутешествовать по окрестностям. Песок также защитит (вернее, должен защитить) при возможном взрыве испытуемого двигателя (а, как известно, "Взрыв всегда возможен" )
Всё.

P.S. Склеено из ватмана в масштабе 1:10

Да, только песок 5 кг/л вам долго искать придется.