Жидкостной ракетный двигатель RRD-1

В последнее время в теме о реальности создания в дом условиях ЖРД стали обсуждаться достаточно подробные детали проекта, что, пожалуй, являлось оффтопом (всё таки тема была для обсуждения более общих вопросов). Так что вот.

Тема создана для обсуждения деталей проекта, вопросов изготовления, испытаний, отчёта о проделаной работе и т.д. и т.п.

Напомню: проект предусматривает создание ЖРД со следующими характеристиками:
Окислитель: меленж
Горючее : скипидар
Давление в КС: Рк=2,5МПа (25атм)
Температура в КС: Тк=1100К (ориентировочно)
Удельный импульс: Iу=1500м/с (153с)
Тяга: Р=490Н (50кгс)
Система подачи - вытеснительная. Газ - СО2.

*RRD - это от "реальный ракетный двигатель"

Итак...
1)
Очередное соображение: в связи с отсутствием редуктора на выходное давление равное давлению наддува (3,5-4МПа), а так же с отсутствием желания всязываться с его поисками, была предложена мысль надувать систему без редуктора, что существенно упростило бы схему.
Для наддува было принято решение воспользоваться услугами углекислотного огнетушителя (ОУ-1, наверное). Давление в нём около 5,7МПа, что, имхо, многовато для штатной работы двигателя. В связи с чем есть предложение применить такой вот клапан. Его задача - снизить давление до необходимого на время работы двигателя.
По идее, этот клапан должен обеспечить заданный перепад давления. Давление в огнетушителе можно считать условно постоянным, пока вся жидкая фаза не выкипит.
Настройка перепада давления (поджатие пружины) регулируется взаимным поворотом половин корпуса.

2)
Вопрос клапана.
Всё таки у меня какое-то маниакальное желание "дёргать за верёвочку".
Придумалась такая схемка. Сверху - вход жидкости ("надутый" объём окрашен в синий цвет), вниз - выход.
В исходном положении на шток клапана действует нагрузка от давления жидкости в двух направлениях: в осевом (не считал) и в направлении выходного отверстия (около 70Н).
При необходимости открыть клапан дистанционно (за верёвочку =) выдёргивается чека, обозначенная красным цветом, и шток под давлением жидкости смещается в крайнее правое положение, открывая магистраль.

Ну уж есжли ты используешь огнетушитель - то вполне себе полноченный клапан есть в нем самом. Хочешь дергать за веревочку добавь к нему пружину или резиновый жгут. Ну и чеку. А там правда 57атм? А по поводу снижения давления поставь просто на выходе диафрагму.

Давление в огнетушителе очень сильно зависит от температуры. Найдите эти данные, прежде чем двигаться дальше.

_B1_> В связи с чем есть предложение применить такой вот клапан.

Нижнее кольцо обязательно будет вылетать и клапан не сможет закрыться. Нужна фиксация кольца или иной прокладки.

Я же не зря написал о дистанции между "conceptual design" и рабочими чертежами...
В твоём клапане плоская эластичная прокладка будет просто втянута в отверстие (если тебе, конечно, удасться протолкнуть шток в положение "switch off") и возможно надорвана. При попытке открыть клапан "верёвочкой" прокладка будет окончательно разорвана и останется в канале. Ни в коем случае о-ринг не должен попадать в боковое отверстие при ходе штока. В вашем случае прекрасно будет работать обычный шаровой "флажковый" клапан с прямой рукояткой. Такие используются в газовых магистралях. Его действительно можно открыть верёвкой или приспособить рулевую машинку, как сделали в группе Станфордского университета при разработке своей гибридной ракеты на алюмизированном парафине. Статья с описанием есть в интернете. И вообще, прежде чем изобретать "велосипед" советую изучить вопрос. Например в справочнике И.И.Артоболевского - Механизмы в современной технике./7 т. Доступна в Инете.

Так это ещё не рабочий чертёж - так, представление идеи.

Хм-м-м... А если она будет не резиновая, а, скажем, жесткая более-менее... И приклеена к штоку.
Секундочку, а с чего бы ей быть втянутой, если она приклеена? На неё ж "сверху" ничего не давит - она либо с натягом на шток посажена, либо приклеена...

Остальные замечания приняты к сведению.
Про изобретение велосипеда - обычный шаровой клапан во-первых, если не ошибаюсь, не обделён пластиковыми деталями (а это вопрос (не повод отклонить этот вариант, а действительно вопрос) как оно будет с компонентами дружить), во-вторых, те, что я держал в руках, очень уж большое усилие для открытия требовали...
Наверное это на меня как раз и повлияло. Надо посмотреть на них поближе...

> В связи с чем есть предложение применить такой вот клапан. Его задача - снизить давление до необходимого на время работы двигателя.

> Давление в огнетушителе очень сильно зависит от температуры.

Пять копеек: нормальный, обычный кислородный (газовый) редуктор не только снизит, но и СТАБИЛИЗИРУЕТ давление на выходе. Не нужно изобретать велосипед. Имхо гораздо дешевле выйдет по максимуму воспользоваться готовыми решениями.

С кислородным редуктором такая незадачка - нам надо на выходе иметь 35-37атм, а те редукторы, что я видел в инете (в продаже или просто хар-ки), имеют макс рабочее (выходное) давление менее 15 атм.

Там такая ситуация... Устройства его я точно не помню, но чем сильнее напрягаешь пружину, тем меньше выходное давление. Может можно каким-то образом его модернизировать на большее выходное давление? Пружину другую поставить? Это все-таки не весь редуктор с нуля ваять.
Самодельное устройство долго и дорого делать, отрабатывать... Поставишь "сырое" - рано или поздно зафугуешь в КС все атмосферы с твоего огнетушителя. В самый неподходящий момент. Самодельное устройство в таком ответственном месте - самый последний и галимый вариант имхо...

Хм...
Подумать надо.

Вот несколько клапанов. Один из них (шаровой Hoke) я использую в системе заправки гибридного мотора закисью азота. Он выдержал уже более 20 циклов. Слегка поскрипывает, но держит. С рычагом в 15 см усилие "открыто-закрыто" - 170 гр. Корпус - бронза. Шар - сталь. Прокладки - тефлон. Другие из нерж. стали.

О-ринг просто выдавливает в отверстие сила упругости. И при дальнейшем перемещении избыток материала срезается. Вот так. На фото о-ринг, испытавший на себе такой срез. Годен ещё для применения на торцах нейлоновой шашки.

Klapany: foto2

O-ring: foto 3

Вопрос к Кротту (когда всплывёт в сеть) и всем кто знает - какие отношения у компонентов с пластиками?
Это я к чему спрашиваю - можно ли применять обычные водопроводные шаровые (убедили, спасибо), или чего-нить экстремальное искать надо?

Следующий вопрос более к спецам по ЖРД.
Чем черевато наличие К-фазы при таких температурах? Мне сегодня умный человек указал, что её в ПС будет по массе чуть ли не 0,4.

Ещё более следующий вопрос - людям, умеющим с астрой работать. Среди продуктов сгоряния попалась такая штука: k*C.
Что это такое - не знает даже мой преаод по двигателям, который вообще-то вродькак методу по астре писал...
И, кстати, при вычислении УИ - учитывает ли астра наличие К-мать_её-фазы ?


Найдена труба для КС. Внутренний диаметр можно расточить до 28мм.
Смущают 2 факта:
1) труба обычная водопроводная. Кротт сказал, что для КС стойкость к компонентом не особо нужна (напомню - у нас избыток горючего. Причём сильный).
2) труба шовная (или сварная? как правильно говорить?). Тут что утешает: во-первых, стенка толстая (3.2мм - 0.2 пойдут на расточку), во-вторых, всё таки, давление сравнительно небольшое. И диаметр тоже - касательное напряжение всего 12,5МПа если считать как тонкостенную оболочку.


Дополнительно была произведена добыча некоторого количества стали. А именно, несколько заготовок D=50 l=100 и D=30 l=100 из Ст45 и Х12.

_B1_> Чем черевато наличие К-фазы при таких температурах? Мне сегодня умный человек указал, что её в ПС будет по массе чуть ли не 0,4.
Что есть К-фаза?
_B1_> Смущают 2 факта:
_B1_> 1) труба обычная водопроводная. Кротт сказал, что для КС стойкость к компонентом не особо нужна (напомню - у нас избыток горючего. Причём сильный).
Он частично прав. Если будет идеальное смешение, то все ОК. А вот если струя азотки будет бить в стенку, тогда нехорошо.

Кстати, для стенда можно обойтись без клапанов и мембран вообще. Только газовый редуктор и вентиль на линии наддува. Негде нарисовать, попробую пояснить на пальцах. Бак - цилиндрическая емкость с крышкой. Трубка наддува и топливопровод идут через крышку. Топливопровод опускается почти до дна бака.
Работает это так.
Снимаек крышку, наливаем топливо, ставим крышку, герметезируем. ВНИМАНИЕ! В этот момент линия наддува должна сообщаться с атмосферой!
Нет давления наддува - топливо сидит на месте.
При подаче газа топливо выдавится в камеру.
Для выключения просто перекройте газ наддува и стравите его.

Достоинства
1) нет клапанов. Жидкостная часть ПГС простая до невозможности.
2) плавный запуск и останов двигателя, из-за плавного нарастания давления подачи.
3) дно и стенки бака м.б. достаточно просто покрыты полимером без нагрузки на него и герметизации заборного устройства.

Недостатки
1) невозможно мгновенно остановить двигатель.
2) компоненты в баках никогда не срабатываются полностью

Хм-м-м...
Я хотел сначала "надуть" систему а потом уже пускать компоненты, чтобы двигатель возможно быстрее вышел на режим. Хотя, для экспериментального образца это, конечно, не так актуально... Ну, за 4-5 секунд, я полагаю, тяга более или менее стабилизируется.

Схема, согласен, хороша своей примитивностью. только вот...
Чтобы не возиться со стальными трубками для окислителя я хотел прикрутить бак окислителя прямо к смесительной головке (ну, не прямо - через клапан). Очень не хотелось бы отказываться от этой идеи.
В то же время, большой диаметр отверстия форсунки окислителя (1,5мм) не оставляет надежд на то, что без давления окислитель не потечёт. (У горючего 5 отверстий по 1мм - надо проверить, мне кажется не потечёт).
Простую схему, пожалуй, можно реализовать, заткнув отверстие форсунки ок-ля со стороны КС какой-нибудь пробкой. Пока нет давления - она удержит окислитель, а под давлением - вылетит и откроет отверстие.

Касаемо достоинств и недостатков:
д1) Это да, это сильно подкупает
д2) Вот плавный пуск меня беспокоит. Компоненты обратно не забросит при подскоке давления в КС?
н1) Ну, для первого испытания это не критично, полагаю. Нормального стенда пока не предвидится, так что тягу, вероятно, придётся мерить пружиной с демпфером. Для того чтоб колебания успокоились по-любому время потребуется...
н2) При моей идее с пробкой неполностью сработается только горючее (и то если оно самотёком пойдёт через форсунки и придётся трубопровод в бак сверху заводить), а оно не особо страшное.

Спасибо за идею

Плавный запуск применяется на большинстве ЖРД РН. Да и с чего там быть забросу? Расходы по началу маленькие. Сопло смотрит вниз. Легче поджечь. Камера проживет дольше. Увеличьте перепад давления на форсунках, если опасаетесь.
Время и динамику выхода на режим можете подсчитать, пользуясь курсом ТАУ (теория автоматического управления), или как он в вашем вузе называется. Изучается на 4 или 5 курсе. Точно не знаю.
Если газ наддува открывать не баллонным вентилем, а, допустим, двухпозиционной задвижкой, и газопровод взять по более, то это сократит время выхода на режим и сделает его повторяемым. Опять же отсылаю вас к курсу ТАУ.

Пробку в форсунке не советую. У вас размер пробки одного порядка с критикой. Вот это будет заброс!
Опять же проблема, чтоб не текла до старта, вылетала при определенном давлении, чтобы окислитель горючее стали поступать в кс почти одновременно. Та еще задачка.

куча редукторов давления, хоть 200 атмосфер на выходе, были бы деньги.
Рекомендую приобрести 10 литровый баллон под азот, редуктор и арматуру. Азот стоит сущие копейки, даже дешевле углекислоты.

Ну, я бы не сказал, что одного. Форсунка - 1,75мм, критика - 14мм.
А кроме тго - в чём проблема если один из компонентов раньше потечёт? Всё равно до появления второго не загорится. Я вообще-то был раньше уверен, что последовательная подача компонента обеспечит более плавное зажигание... Пойду почитаю какую-нибудь умную книгу.


Касаемо конструкции: вот как будет выглядеть камера. Из того что нарисовано ничего уже меняться не будет (размеры в смысле), материал есть, как только уясню ещё парочку вопросов буду заказывать детальки.

Корявости:
1) ввиду размера имеющихся в наличии заготовок, диаметр выходного сечения пришлось уменьшить с 32 до 29,6мм. Если найдётся заготовка побольше - исправим. Не найдётся - оставим так.
(Жаба душит на сопло пускать заготовку D50)

Непонятности (вопросы):
1) уплотнения - по два на копло и корпус головки. Из чего они делаются и в какой теме искать обсуждение этих деталей? (сам, конечно, поищу, но и от помощи/совета отказываться не буду)
2) Как вам опыт подсказывает - метрическая резьба сгодится, или всё таки на дюймовую сменить? Уплотнения там будут в любом случае.

Замечания, комментарии:
1) сопло будет крепиться на винтах М6 или М4. Корпус смесительной головки на винтах М4 (при желании можно и М6, но для этого придётся смещать оси винтов вверх, канавки уплотнения вниз и вообще там тесно будет)
2) Силовым элементом, через который будет передаваться сила тяги двигателя, будет служить крышка коллектора, либо какая-нибудь пластина, которая будет закручиваться между крышкой коллектора и КС.
3) Погорячился я, когда сказал что ничего меняться уже не будет. Вожможно, придётся несколько удлиннить трубку форсунки - если понадобится дополнтельная высота, чтобы к крышке коллектора присоединить трубку подвода горючего.

Самое лучшее уплотнение по камере - это его отсутствие.

Вспоминаем метрологию (допуски - посадки). Что нам мешает сделать там посадку внатяг? Вот вам и уплотнение. Не забудем учесть линейное расширение. А оно разное для трубы и насадок. Приличный натяг должен сохраняться при рабочей Температуре. Можно в довесок сделать несколько проточек, как показано на чертеже. Получаем лабиринтное уплотнение. Его гидросопротивление выше, чем для плоской щели. В канавку можно положить припой. После сборки нагреть.

Чтобы вбить насадки в трубу понадобится кияночка, а может придется и трубу нагреть. Отверстия под винты на трубе делаем овальными, Дабы не мучаться с соосностью.

Сколько будет винтов? ИЗ чего? Посчитайте примерно усилие среза. Выдержат ли они такую нагрузку при РАБОЧЕЙ ТЕМПЕРАТУРЕ. Наличие натяга облегчает жизнь винтам.

Токарь (если прилежный) обязательно спросит про допуски и шероховатость поверхности. Не забудьте указать.

ИМХО. Данная конструкция вряд ли позволит себя разобрать после пуска. Нужно будет винты высверливать.

Уплотнение трубопроводов лучше делать не по резьбе, а по торцу. Особенно на меланже. Закиснет, не разберете. Для герметезации резьб можно также использовать спецхимию, например фирмы Loctait. В Москве дофига их дилеров, спросите, что лучше всего подойдет для вашего случая.

_B1_> Ну, я бы не сказал, что одного. Форсунка - 1,75мм, критика - 14мм.
Мой грех. Где-то выше по теме был чертеж ЦБ форсунки. Думал, что она и будет.
_B1_> А кроме тго - в чём проблема если один из компонентов раньше потечёт? Всё равно до появления второго не загорится. Я вообще-то был раньше уверен, что последовательная подача компонента обеспечит более плавное зажигание... Пойду почитаю какую-нибудь умную книгу.
Не помню.

_B1_> 1) ввиду размера имеющихся в наличии заготовок, диаметр выходного сечения пришлось уменьшить с 32 до 29,6мм. Если найдётся заготовка побольше - исправим. Не найдётся - оставим так.
Разницу не заметите. не расстраивайтесь.

пририсуйте крышку ФГ. непонятно как она будет крепиться и уплотняться.

Нарисовал.
Крепится она на внутренней резьбе М20 корпуса головки.
Уплотняться будет вокруг трубки форсунки - по торцу "ступеньки" (уплотнение обозначено синим цветом).
Изначально предполагалось, что второе уплотнение будет по торцу между крышкой коллектора и корпусом (ярко-зелёное уплотнение слева), но в этом случае резьба форсунки окажется открытой для горючего, так что я подумываю - не перенести ли торцевое уплотнение с корпуса на форсунку (ярко-зелёное уплотнение справа)?
Форсунка от корпуса уплотняется по торцу - там на корпусе такая "ступенька" есть (тёмно-зелёное уплотнение).

При креплении крышки основное уплотнение - зелёное, т.к. перепад давлений на синем будет околонулевым.

Убери, пожалуйста, чёрный фон с чертежа. Не читается.

Учитывая, что чертёж в этом топике всего один (остальные так - недоэскизы) - видимо вы имели ввиду чертёж КС.
Под "убрать чёрный фон с чертежа" я понял сделать его "нормальным" - чёрным по белому. (см на месте старого)

Ну, сделал. И положил на бок, чтобы он без увеличения воспринимался с достаточной чёткостью (предыдущий, чтобы нормально смотреть, надо было увеличить раза в полтора...)

Если я понял вас неправильно - объясните попобробнее.