NitroExpress – Проект ракеты с топливом на основе NH4NO3

Году в 1993-94 мы с Метанолом испытывали ракетные двигатели на KClO3/эпокси/Ал (ПАП). О понятиях профиль горения, Кн, вкладной/скрепленный заряд и пр., мы тогда очень смутно себе представляли Но уже была мечта о двигателе на НА. Это представлялось как «бОльшая мощность» мотора и главное, доступность и дешевизна НА.
Двигатели на KClO3 чаще взрывались, чем летали, а смесь эпоксидки с НА превращалась в воняющую аммиаком гадость, напрочь отказывающуюся гореть, перхлорат аммония было не достать. На этом все закончилось.
Через 10 лет, осенью 2004 г. дома нашел МРД 20-10. Ради интереса запустил простенькую ракету. Не понравилось. Ракета слишком маленькая, двигатель слабый. Захотелось больше и мощнее. Набрав в поиске «перхлорат аммония», попал на сохраненную страничку ракетомодельного форума (он тогда не работал) и увидел что я не один такой, мало того, так и Метанол продолжает увлекаться ракетами . Затем нашел запасной форум на каком-то молдавском сервере. Так я узнал о сахарном топливе, научился проектировать и строить ракетные двигатели. Но мечта о двигателе на нитрате аммония не покидала.
За 2 года на эксперименты было израсходовано более 15 кг НА. Наконец удалось разработать топливо удовлетворяющее следующим требованиям:
1.Экологичность/не ядовитость.
2.Доступность компонентов.
3.Простота изготовления.
4.Стабильность характеристик.
5.Высокий УИ ~ 200 с.

После удачных испытаний топлива в тестовом двигателе на стенде, хочется получить более точные данные работы грамотно спроектированного РДТТ. Для этого будет построен и испытан на стенде двигатель из композитных и углеродистых материалов:
Корпус – стеклоткань, заглушка и сопловой блок – текстолит, сопло – графит.

На основе двигателя будет строиться ракета калибра 50 мм из ПВХ трубы с системой спасения, фото или видео оборудованием.
Планируется 3 этапа запуска ракеты:
1.Пуск на высоту 200-300 метров для отработки БРЭО.
2.Пуск на высоту 1000 метров.
3.Пуск на высоту 1500-2000 метров.

Пока это общая концепция проекта. Что-то может поменяться, но топливо, на котором ракета будет летать останется неизменным - НА/Силикон/Al.

Для изготовления сопел будет использоваться графит изостатического прессования марки R4550 производства немецкой компании SGL Carbon Group. Плотность, г\см3 - 1,83.

AndreyV> Году в 1993-94 мы с Метанолом испытывали ракетные двигатели

О, так у вас давняя история! ;^))

Какие ближайшие планы по проекту?

Приобрести стеклопластиковые трубы и текстолит. Под диаметр трубы изготовить формы под топливо. Приступить к изготовлению двигателя и топливных шашек.

Андрей, все это действительно впечатляет, но если можно - еще раз точную рецептуру НА-топлива и исчерпывающее описание компонентов, в него входящих. Наверняка это уже было, но в "Топливах" я найти так и не смог.
Особливо касательно алюминиевого порошка. Это, насколько я понял, единственный "условно-общедоступный" компонент. АСД-какой-то?

Нравится ваш системный подход к проекту.
Насчёт идеи использовать композиты. Это что обязательство? На самом деле такой мотор будет одноразовым. Прежде всего по критериям безопасности. Малейшая утечка газов под бронировку и для следующих испытаний нужно менять трубу. В весе вы также не выигрываете ничего. Заморочки с креплением крышки и соплового блока. Отвод тепла плохой. Мотор из дюраля более надёжен, технологичен и лёгок. Да и многоразового использования. Особенно в малых калибрах. Но если уж всё у вас решено с материалами, могу прислать чертежи моего мотора Ме_100_Composite. Сделан из G11 стеклотекстолита, дюраля и графита (сопло). Был испытан с АП+эпокси и эксплуатируется на KNSu.
А графит и вправду хорош. Кстати конуса хорошо полируются обычной бумагой. Блестят как чёрное зеркало и лучше держат.

Non-conformist> еще раз точную рецептуру НА-топлива и исчерпывающее описание компонентов, в него входящих.

Базовый состав топлива - 60 На/20 Силикон/20 Ал

Нитрат аммония – любой, если удобрение/технический то нужно перекристаллизовать, иначе топливо не отверждается или получается не эластичным (зависит от партии).

Силикон марки СКТН – низкомолекулярный силиконовый каучук выпускают разные производители я покупал у московской компании Пента Юниор. Наверное можно использовать силиконы для снятия копий нужно пробовать. Для некоторых отвердителей амины являются ингибиторами.

Алюминий первоначально использовался АМД-50 Алюминий Мелко Дисперсный. Был испытан состав в котором АМД-50 был заменен на АСД-4. Разницы не заметил. В ближайшее время планируется испытание топлива с АСД-4 на стенде.

Да, о достоинствах топлива сказал, а недостатках забыл. Исправляюсь. Топливо гигроскопично. Его не спасает силиконовая матица в которой находятся частички НА, видимо в силу газовой проницаемости силикона. Так что хранить топливо нужно в герметичной таре. На практике достаточно целлофанового пакета.

Зато про страшные фазовые переходы НА ничего не знаю. Топливную шашку подвергал 5 циклам нагревания и охлаждения (духовка +60 С морозильник -20 С) никаких изменений не произошло. Причем при -20 С топливо сохраняет такую же эластичность как и при комнатной температуре.

a_centaurus> Нравится ваш системный подход к проекту.

Спасибо! Есть у кого учиться

a_centaurus> Насчёт идеи использовать композиты. Это что обязательство?

Просто имеем опыт работы с стеклопластиковыми трубами. И есть возможность их не дорого приобрести. Причем одноразовость не пугает 1 метр трубы стоит $7.
Хотя не все так радужно, стеклопластиковая труба имеет размер 35/3,5 и вес 1 п/м - 0,765 кг. А избыточную толщину стенки не очень хочется стачивать.
Алюминий мне тоже более симпатичен, да и выбор алюминиевых труб шире. И если остановиться на алюминии, то я бы предпочел увеличить калибр двигателя (что ни будь типа 42/3) и соответственно ракеты до 63 мм.
Но есть сложности, все детали будем точить сами, а опыта не так много. Поэтому алюминиевый многоразовый перезаряжаемый двигатель это следующий этап.

a_centaurus> могу прислать чертежи моего мотора Ме_100_Composite

Да я помню его, будет очень интересно взглянуть на чертеж.

Посылаю файл в AutoCAD 2005. Если нет такой проги, то переформатирую в ПДФ. Там кроме построенного варианта есть ещё два со стальным соплом и со вставкой из графита или стали. Но самый лёгкий и технологичный это вариант 1.3. с графитовым соплом. Сделан он на базе трубы 1", но, конечно если есть побольше, то с толщиной стенок в 3 мм пойдёт труба до 50 мм. Дальше надо испытывать. Свойства композита анизотропные.

Э... , тут одну статейку смотрел в универе , так , собс-но, АМД-50 не вполне алюминий- это сплав алюминий-магний , пропорции и дисперсность при необходимости могу уточнить.

Конечно уточни, надо же наконец выяснить, что это такое!

Совсем не похоже на сплав. Порошок темный, плотный и не пылит. ПАМ-4 (порошок алюмо-магниевый) имеет более серебристый цвет и довольно сильно пылит.

Вот еще нашел, не гост конечно, но в сеже.
Применение в пиротехнике: Алюминиевый порошок - одно из наиболее часто используемых топлив в пиротехнике. Алюминий является высококалорийным металлическим горючим, обладает очень большой теплотворной способностью. Смеси порошка алюминия с окислителем способны давать очень высокие температуры горения, поэтому алюминий часто используют для повышения температуры горения пиротехнических составов. В зависимости от величины частиц, их формы и примесей возможен весьма широкий диапазон получаемых эффектов. Самые тонкодисперсные порошки (УДА, АМД-50-М1) иногда называют "темным" или атомизованным алюминием и часто используют при изготовлении флешей а так же в небольших количествах в составе некоторых ракетных топлив для повышения их калорийности. Более грубые порошки используются для получения серебристых искр (ПА-1,ПА-2, АСД).

Сережа, у тебя же есть этот порошок, можно его состав установить?

А способы измельчения разные (пам-размол амд на сколько помню распыление инертным газом). Уточнить постараюсь примерно к четвергу.
РС в применении УДА в пирке сильно сомневаюсь - дорогой он больно.

Раз уж пошёл спор, попробую проанализировать.

Я смотрел АМД-50 под микроскопом. На вид - точно такие же шарики, как АСД-4, только немного мельче.

От то-то и оно- способ измельчения тот же ,а вот состав судя по всему разный.

KROTT> РС в применении УДА в пирке сильно сомневаюсь - дорогой он больно.

А для какой отрасли его применяли?

Топлива, ВВ ,хотя применяют ,пожалуй сильно сказано ибо проблем с ним оч. много (помимо дороговизны).

KROTT> Топлива, ВВ ,хотя применяют ,пожалуй сильно сказано ибо проблем с ним оч. много (помимо дороговизны).

Это и есть пиротехника.

Не совсем . Имелась в виду скорее развлекательная пиротехника , а РТ имеют к ней очень отдаленное отношение (ВВ не имеют отношения вовсе)

ПИРОТЕХНИКА (от греч . pyr - огонь и техника), отрасль техники, связанная с производством и применением огневых составов и снаряжаемых ими изделий (напр., для фейерверков).

Это общепринятое понятие, оно зафиксировано в толковых словарях. Давайте все-таки не изобретать новых толкований. Пиротехника - широкое понятие, а фейерверки и топлива для твердотопливных ускорителей космических челноков - не более чем частные случаи этого понятия. Как бы вас это ни коробило.

Пиротехника и ракетная техника (в том числе любительская) - это отдельные отрасли техники. В чём-то пересекающиеся (в небольшом), но отдельные. А называть Шаттл пиротехникой - это даже не юмор.

a_centaurus> Посылаю файл в AutoCAD 2005.

Спасибо, может в будущем пригодится. Двигатель из стеклопластика отменяется потому что трубы, на которые так рассчитывал, оказались изготовленными экструзией.
Двигатель будем делать из алюминиевой трубы марки АД31 размерности 50/2, а фюзеляж ракеты из ПВХ трубы диаметра 80 мм.

AndreyV> Двигатель из стеклопластика отменяется потому что трубы, на которые так рассчитывал, оказались изготовленными экструзией.

Экструзией из чего? Стеклонаполненного пластика? Думаешь, такие не подойдут?

Serge77> Экструзией из чего? Стеклонаполненного пластика?
Да.

Думаю, что не подойдут. Если их увидеть, то все вопросы отпадают. Еще и разностенность приличная.