РДТТ конструкции технологии материалы - XII

На ПВХ дырка только одна?
Скорее всего здесь было отслоение бронировки и эрозионное горение в щели возле стенки.

Выточили мне сопла под картонные двигатели внутренним диаметром 25 мм. Текстолит, алюминий и сталь, вес 10, 20 и 58 г.

Буду испытывать, какая получится прибавка в удельном импульсе по сравнению с простой шайбой.

какая получится прибавка в удельном импульсе по сравнению с простой шайбой.

 

Наверное большого влияния на Is не будет. Не те скорости у карамельного топлива. В Саттоне есть таблица на этот счёт. Что улучится, так это истечение газов: станет меньше флуктуаций из-за конвергентного конуса. Он сглаживает неравномерности горения, ослабляя процесс возникновения стоячих волн в камере. А ты из стеклотекстолита не попробуешь? Он все-таки меньше будет разгораться в сравнении с обычным.

a_centaurus> Наверное большого влияния на Is не будет.

Смотря что считать большим. На SFM2 по сравнению с SFM1 получилась прибавка на 17%. Хотя там давление было больше.

А зачем ты на своих двигателях делаешь хорошее сопло, если оно не даёт прибавки?

a_centaurus> А ты из стеклотекстолита не попробуешь? Он все-таки меньше будет разгораться в сравнении с обычным.

Стеклофенольного я не нашёл, а насчёт стеклополиэфирного засомневался.

На малых моторах у меня почти нет дивергентной части. Или очень короткая (1:4). Я уже делал такие испытания: длинная-короткая на двух моторах. И не обнаружил значительных добавок к Is, а вот мёртвая масса мотора заметно увеличивается. Вот что всегда делаю, так это конвергентную часть. Ну и давление всегда не ниже 1000 пси. Иначе зачем делать металлические моторы?
Прикладываю коллаж из моих моторов 50 - 200 г. На всех сопла короткие. Давление 1000-1200 пси. Is у всех около 135 с.

a_centaurus> На малых моторах у меня почти нет дивергентной части.

Какие типичные величины степени расширения?

a_centaurus> Я уже делал такие испытания: длинная-короткая на двух моторах. И не обнаружил значительных добавок к Is

Вот это интересно, напиши подробнее, какие точно были параметры сопел? Сравнение было только на двух соплах или ряд был больше?

Я использовал, как и написал (также выкладывал и чертежи) соотношение 1:4. При этом дивергентная часть получается короткой, а весь дизайн сопловой части компактным и лёгким. Из графика M number vs. А/At (Sutton) видно, что при скорости истекающего потока в М 1.0 в критическом сечении, уже при отношении 4 -5 (наоборот) скорость на выходном сечении достигает М 2.0-2.5 и далее растёт экспонентно. Далее говориться (я опускаю здесь вывод числа М, который прямо пропорционален критической скорости потока в критическом сечении, которая в свою очередь прямо проп. корню из Т), что до высот 10.000 м отношение А/At целесообразно брать между 3-35, (в зависимости от используемого топлива, P chamber и конфигурации ракеты), от 10.000 м до 100.000 м 40-100 и от 100.000 до 400. Учитывая, что в карамельном моторе давление редко поднимают выше 1000-1200 пси (а большинство использует 250-800 пси в связи с малой прочностью неметаллических корпусов), то и скорости истечения струи дозвуковые (кстати речь идёт о скорости звука в данной смеси газов а не в воздухе, как зачастую думают). А, следовательно, нет смысла слепо повторять "красивые" классические сопла Лаваля с большой степенью расширения.
Сам так начинал и делал сопла с отношением 1:30-1:40. Потом, почитав литературу и поэкспериментировав с дизайном ( нашёл вариант комбинированного сопла со вставками в крит. область и дивергентными насадками) построил два мотора на 50 и 80 гр и провёл несколько десятков статических тестов, изменяя диаметр критики (слегка в ± 10%) и отношение А/Аt. Последнее изменялось от максимума к минимуму (30-4). Естестственно наибольшие изменения Is были замечены при изменении площади критической части (с увеличением давления рост Is, с уменьшением - падение). Изменения отношения сечений заметных изменений Is не вызывали. Поэтому, получив средние величины Is ок. 130 с (что является вполне удовлетворительной характеристикой мотора на таком топливе) и определив тем самым значения площади критического сечения, я оставил минимальным соотношение А/At и закрыл (для себя) тему. Правда, при дизайне моторов, начиная с 400 гр и выше (до 3 кг) использовал уже дивергентные части с большими соотношениями 1:6 - 1:10. То же и для гибридных моторов 1:6 - 1:10.
Но, ещё раз повторяю, (IMHO) конвергентная часть сопла должна быть даже в простом моторе.

a_centaurus> Я использовал, как и написал (также выкладывал и чертежи) соотношение 1:4.

А у меня 1:3.5.
Поэтому я и удивился, когда ты написал, что у тебя "почти нет дивергентной части". Решил, что у тебя ещё меньше.

a_centaurus> провёл несколько десятков статических тестов, изменяя диаметр критики (слегка в ± 10%) и отношение А/Аt. Последнее изменялось от максимума к минимуму (30-4)

Очень ценное исследование. Ты не мог бы привести численные данные?

Serge77> какая получится прибавка в удельном импульсе по сравнению с простой шайбой.
a_centaurus> Наверное большого влияния на Is не будет.

А ты сравнивал простую шайбу с соплом со степенью расширения 4 ?

Забыл указать важный параметр. В связи с сильным желанием облегчить металлические моторы, я где мог изменял "классические" параметры. Например дивергентный угол у меня на моторах (1-80 гр) малой тяги достигал и 80º. Отсюда и "дивергентная часть почти отсутствует". То есть это уже рудиментарный отросток, а не часть сопла. На видео с близкого расстояния, кстати хорошо видно, что этого вполне достаточно, чтобы формировать plume (забыл, как по-русски) вполне симметричной и правильной формы. Какие-то графики с результатами этих испытаний я уже представлял. Ведь этот вопрос неоднократно поднимался. Я бы тебе посоветовал на одной из каждой пары сопел срезать дивергентную часть и провести свои исследования. Кстати, я не понял, как ты собираешься крепить сопловые блоки в картонном корпусе? Или отверстия потом насверлишь? Я пытался сделать такой одноразовый движок в картоне с металлическим соплом и не нашёл конструктивного решения для надёжной заделки крышки и сопла. Вот только бандаж сверху трубки и через него она прижимается винтами более менее разгружая нагрузку.

a_centaurus, очень хотелось бы посмотреть на твои данные о сравнении сопел с разной степенью расширения. Можешь выложить на форуме?

Как видишь, во втором случае это и есть "шайба с конвергентной частью".
А вот на этом фото - "сон разума". Тяжело и неразумно. А вот так - другое дело.

Вот два графика испытаний мотора МЕх_50 с разными значениями отношения А/At. Есть, конечно и ещё, но надо их обрабатывать до jpg из файлов Оrigin6.
Диаметр критики был 4.5 мм. Вообще мотор позволяет доводить массу шашку до 55-58 г, а диаметр критики до 4.0 мм Тогда давление увеличивается и Is подрастает до 130 с. С этим мотор был использован более десяти раз в полётах ракеты Regul_3/4 без каких бы-то ни было изменений. Сопло правда чуточку разгорелось до 4.2 мм.

a_centaurus> Вот два графика испытаний мотора

Спасибо. Какой угол раскрытия сопла? Какое здесь давление? При каком давлении получается УИ 130?

Есть ли данные по сравнению сопла с дивергентной частью и без неё?

Так там её почти и нет. Только конусное углубление от сверла. То есть можно считать, там где было написано 1:4 там стоит сопло без дивергентной части. Вверху на фото они горят рядом и это хорошо видно. Давление (расчётное) около 1000 пси. КНСу 65/35 (10% КНО3 без размола). Is = 130 с получается с давлением ок 1200-1300 пси. Камера из болванки дураля (aerospace quality) с толщиной стенок 2.5 мм. Сделал свежий снимок где видны два сопла. Как видно дивергентная часть короткого сопла очень короткая с углом раскрытия 60º (см. чертёж)

a_centaurus> Так там её почти и нет. Только конусное углубление от сверла. То есть можно считать, там где было написано 1:4 там стоит сопло без дивергентной части.

Это уже несерьёзно. Зачем тогда писать 1:4 ?

a_centaurus> Как видно дивергентная часть короткого сопла очень короткая с углом раскрытия 60º (см. чертёж)

На чертеже угол раскрытия 60º обозначен на конвергентной части, а не на дивергентной. Ты не перепутал?

Судя по чертежу, степень расширения действительно 1:4. Но дивергентный угол равен 77º, значит скорее всего здесь происходит отрыв потока и дивергентная часть не работает. Или даже работает на ухудшение тяги.

В общем, данные интересные, но хорошего сравнения не получается.

a_centaurus> провёл несколько десятков статических тестов, изменяя диаметр критики (слегка в ± 10%) и отношение А/Аt. Последнее изменялось от максимума к минимуму (30-4)

В этой серии есть данные по двигателям, у которых угол дивергентной части одинаков, но отличаются степени расширения?

Да нет, там именно 1:4. Подели площадь критики (4 мм) на площадь среза - 8 мм. Угол там 60º. То есть 60 и 60. Как говорится, чем богаты. Для меня этих данных было достаточно. Мотор без дивергентной части на 30 гр легче и на 50 мм короче. И импульс в норме. Лучшее - враг хорошего. Поэтому я не занимаюсь исследованиями тривиальных карамельных моторов. Это сделали Накка и ДАРК и иже с ними. А вот для доводки конструкции этих данных достаточно. И спорить тут бессмысленно. Если тебе нравится делать подобные исследования, то делай. А я делаю ракеты, моторы и ракетные системы их испытываю и запускаю. И получаю от этого удовольствие.
Вообще-то я выкладываю мои материалы вовсе не для того, чтобы их кто-то ревизовал и меня упрекал, что я чего-то не так сделал с его точки зрения. Так что пользуйся, если тебе это даст какую-то полезную информацию, а меня не вовлекай в споры. Некогда, amigo. Жизнь так коротка.

a_centaurus> Вообще-то я выкладываю мои материалы вовсе не для того, чтобы их кто-то ревизовал и меня упрекал, что я чего-то не так сделал с его точки зрения.

Я тебя не упрекаю. Я пытался выяснить, на чём основано твоё утверждение:

Serge77> какая получится прибавка в удельном импульсе по сравнению с простой шайбой.
a_centaurus> Наверное большого влияния на Is не будет.

Ты написал:

a_centaurus> провёл несколько десятков статических тестов, изменяя диаметр критики (слегка в ± 10%) и отношение А/Аt. Последнее изменялось от максимума к минимуму (30-4)

А на самом деле оказалось, что ты сравнивал всего два сопла. Больше вопросов нет.

Ты, Сергей, вопрос ставишь методологически правильно. Для точного ответа надо было бы сделать штук 5 сопел с разными углами и степенями расширения и набрать статистику. Но, давай подумаем, а надо ли? В технике почти всегда вопрос с исследованиями закрывается при определении диапазона предельно возможных значений параметров. Так и в случае дизайна РДТТ малой тяги на карамельном топливе. Из формулы мы помним, что скорость истечения зависит от давления в камере и молекулярной массы продуктов горения. Тогда при значениях давлений в камере ок. 1000 пси и ниже, скорость истечения не достигает 1.0 М. Значит нет острой зависимости от степени расширения и от дивергентного угла (1:3, 1:5 при углах от 30ºи выше). Также при оперативных высотах до 10 км нет нужды увеличивать эту степень. С другой стороны - дивергентный конус это лишний вес и длина мотора. При разработке ракеты эти два параметра и определяют как компоновку, так и потолок.
С другой стороны, если при данном давлении (1000 пси) теоретический/практический Is топлива/мотора на этом топливе не превышают значения 163/135 с (для KNSu),а мои моторы (в двух конфигурациях - длинная/короткая див. часть) уже достигли в многочисленных испытаниях величину близкую к этому значению - 128-135 с, то ДЛЯ ЧЕГО ПРОДОЛЖАТь ИСПЫТАНИЯ? Как раз здесь нужно остановиться, оптимизировать дизайн для данной группы моторов с выбранной деталью дизайна, которая при всех остальных параметрах улучшает его к.п.д. Таким образом я оставляю концепцию сопла с нормальной конвергентной частью и укороченной дивергентной и забываю о проблеме мотора. Сделал шашку, установил в мотор и иду летать.
Вот я тебе приложу ещё графики ст. тестов этого (MEx_50_2) и другoгo моторов (MEx_100 Composite) , где также использованы "короткие" сопла. На них на всех видны вполне удовлетворительные формы зависимости Тяга vs. время, а также данные performance мотора. Основной критерий здесь: Is и соответствие It количеству топлива и времени тяги, которое позволяет отнести его к тому или иному классу.
Естественно, я тебя не агитирую "делай как я". У тебя собственный стиль, вот и следуй ему. Всегда готов предоставить любые материалы и ответить на любые вопросы.

Ещё один любопытный график: МЕх_30 с 19 г топлива в конфигурации "grain free". Впечатляющие параметры "выстрела". Давление по расчётам скакнуло где-то на 1400 пси. Максимальное значение тяги - 110 N. Всего 0.3 с время. Ну и Is подскочил, естественно. 20 мм калибра ракета с этим мотором достигала 600 м. Но ускорения жуткие.

a_centaurus> мои моторы (в двух конфигурациях - длинная/короткая див. часть) уже достигли в многочисленных испытаниях величину близкую к этому значению - 128-135 с, то ДЛЯ ЧЕГО ПРОДОЛЖАТь ИСПЫТАНИЯ?

Согласен. Разве я предлагал тебе что-то менять?

Я только хотел выяснить, нет ли у тебя интересующим меня данных. Оказалось, что нет. Но есть другие, тоже интересные.

a_centaurus> Ты, Сергей, вопрос ставишь методологически правильно. Для точного ответа надо было бы сделать штук 5 сопел с разными углами и степенями расширения и набрать статистику. Но, давай подумаем, а надо ли?

Мне надо. Я хочу увидеть, насколько велика разница между простой шайбой и более-менее хорошим соплом.

a_centaurus> при значениях давлений в камере ок. 1000 пси и ниже, скорость истечения не достигает 1.0 М.

Не согласен, но спорить не буду.

Кстати о двигателях с соплом-шайбой. Или о двигателях из гильз.

Кто-нибудь испытывал их на стенде? Есть данные по достигнутому удельному импульсу?

В архиве как-то встречалась ссылка на Smoke Bombs, а рядом на том же сайте

нашел вот такой материал -

Rocket Nozzle Mix
clay & ceramic mix
( coarse powder )
Made from Grog & Fire Clay. Just pour a little into a tube, pound on it a few times with a hammer and ram, and it will form a rock hard, heat resistant plug or nozzle for your rockets that won't melt or burn.
2 ounces: $1.00
4 ounces: $2.00
8 ounces: $4.00

Насколько я понял, это керамический (а что такое clay? глина?) матерал, произведенный из Grog & Fire Clay и используемый для изготовления сопла прессованием ...

Это просто керамика (глина) или за ним может скрываться что-то более полезное?
Если это обсуждалось - заранее извиняюсь ...