Гибридный Ракетный Двигатель: от тактики к практике.

justman> Берёшь трубу. Ну скажем 0.5-1 м длиной и 60-70 мм в диаметре
justman> с одного конца вставляешь шланг в который засыпаешь грамм 50-100 Al пудры
justman> К противоположному концу подносишь горелку и даёш в шланг расход окислителя (воздух, кислород или закись азота)

Ты чего, решил угробить своего конкурента - нашего единственного гибридмастера?
Ты такого больше не советуй.

justman>> Берёшь трубу. Ну скажем 0.5-1 м длиной и 60-70 мм в диаметре
justman>> с одного конца вставляешь шланг в который засыпаешь грамм 50-100 Al пудры
justman>> К противоположному концу подносишь горелку и даёш в шланг расход окислителя (воздух, кислород или закись азота)

Serge77> Ты чего, решил угробить своего конкурента - нашего единственного гибридмастера?
Serge77> Ты такого больше не советуй.

Ну 100 грамм трубу, открытую с 2-х концов не разорвут
ну и потом понятно что нужно при этом находится в укрытии а эксперимент проводить на свежем воздухе а не в гараже

a_centaurus> Вот только мне кажется, что вставка из тонкой фольги не годится. Мгновенное превращение в охид с забором энергии.

Превращение в оксид происходит не с забором энергии, а с её выделением. Превращение в оксид - это ж и есть горение, т.е. то, чего нужно добиться.

a_centaurus> Я попробовал сегодня другую фольгу - 150 мкм. Так она по крайней мере входит в жидкую фазу, образуя шарик на конце полоски

Шарик - это плохо, потому что он уже не сгорит до тех пор, пока не испарится.

a_centaurus> Конструктивно такой элемент будет представлять сетку из стекловолокна или диск из керамической ваты, пропитанные каталистом и установленные внутрь нагревательного элемента

А его не сдует? Или расплавит?

a_centaurus> в алюминий, как топливо для ГРД на NOХe, я не верю.

Ну сделали же мы ramjet на Al 20 лет назад RAMJET SCRAMJET and PDE - an introduction

Чем NOХ хуже воздуха

Serge77> Превращение в оксид происходит не с забором энергии, а с её выделением. Превращение в оксид - это ж и есть горение, т.е. то, чего нужно добиться.

Нам нужно не просто превращение Ал фольги в оксид при нагревании без изменения агрегатного состояния исходного материала, а его атомизация, приводящая к повышению давления в камере и реактивному выбросу продуктов горения из сопла.
Мы же не печку топить собрались. Поэтому я и написал об отборе тепловой энергии без совершения желаемой работы.

a_centaurus>> Я попробовал сегодня другую фольгу - 150 мкм. Так она по крайней мере входит в жидкую фазу, образуя шарик на конце полоски
Serge77> Шарик - это плохо, потому что он уже не сгорит до тех пор, пока не испарится.

Ну, шарик это на конце узкой полоски фольги, внесённой в газовое пламя. А в канале будут совсем другие условия. Короче, какую шашку ставим? Из 10 мкм фольги или из 150 мкм. Готовы обе. Стенд прогревается. На улице +5º, солнечно. Снег лежит местами вокруг и на горах.

a_centaurus>> Конструктивно такой элемент будет представлять сетку из стекловолокна или диск из керамической ваты, пропитанные каталистом и установленные внутрь нагревательного элемента
Serge77> А его не сдует? Или расплавит?

Катализатор внутри пироклапана будет активен в первые доли секунды, когда основное горение ещё не началось, помогая в активном разложении закиси. А потом он и не нужен будет. Температура в камере будет гораздо выше чем 1000 К необходимых для 40% диссоциации N2O. Так что речь идёт только о более активном инициировании горения топливной шашки.

a_centaurus>> в алюминий, как топливо для ГРД на NOХe, я не верю.
justman> Ну сделали же мы ramjet на Al 20 лет назад RAMJET SCRAMJET and PDE - an introduction
justman> Чем NOХ хуже воздуха

NOХ лучше воздуха. Но он в ракете находится в баке... А воздух, так сказать, снаружи. Так что ramjet нам ни к чему сюда привлекать. Сам посуди. В обычном ГРД на NOХe отношение O/F между 3.5 (алюминизированный парафин) до 8 для PVC. А в ramjet сотношение О/F может достигать 20 и выше (если ошибся, навскидку, то поправь меня) и в набегающем потоке и лом сгорит. Микрогибрид расчитан на О/F = 7 для nylon grain. Так что нам элементарно не хватит кислорода для горения металла. Кстати этот фактор и будет ограничивать (и ограничивает) использование того или иного топлива в ракетном двигателе (в частности в ГРД). Лучшее- враг хорошего. Если мой микрогибрид на NOХ/nylon имеет около 200 с, а на Ал даже теоретический Isp чуть больше чем на полимере, то я не буду платить за эфемерные 20 с необходимостью брать на борт в 10 раз больше окислителя. Боюсь, могут неправильно понять.

a_centaurus> Нам нужно не просто превращение Ал фольги в оксид при нагревании без изменения агрегатного состояния исходного материала, а его атомизация, приводящая к повышению давления в камере и реактивному выбросу продуктов горения из сопла.

Извини, но ты ерунду написал. Всё, что нам нужно - это превратить алюминий в оксид. Независимо от того, происходит это в парах или просто на поверхности фольги, выделяется одинаковое количество тепла. И в любом случае получается твёрдый (или жидкий, в зависимости от температуры) оксид алюминия. Никаких газов при горении алюминия не получается, независимо от того, сгорел он куском или в парах. Весь полезный эффект от такого сгорания - это нагрев ДРУГИХ газов, которые присутствуют в камере сгорания.

Какая шашка будет лучше - я не могу сказать, я ведь даже не знаю, какое соотношение алюминия к эпоксиду. И насколько эпоксид затвердел.

Однако! Неужели работает? ;^))
Какое было соотношение фольги к эпоксидке? Что стало с трубкой? Полностью сгорела?
Интересно, будет заметная прибавка к УИ?

a_centaurus>>> в алюминий, как топливо для ГРД на NOХe, я не верю.
justman>> Ну сделали же мы ramjet на Al 20 лет назад RAMJET SCRAMJET and PDE - an introduction
justman>> Чем NOХ хуже воздуха
a_centaurus> NOХ лучше воздуха. Но он в ракете находится в баке... А воздух, так сказать, снаружи. Так что ramjet нам ни к чему сюда привлекать. Сам посуди. В обычном ГРД на NOХe отношение O/F между 3.5 (алюминизированный парафин) до 8 для PVC. А в ramjet сотношение О/F может достигать 20 и выше (если ошибся, навскидку, то поправь меня) и в набегающем потоке и лом сгорит. Микрогибрид расчитан на О/F = 7 для nylon grain. Так что нам элементарно не хватит кислорода для горения металла. Кстати этот фактор и будет ограничивать (и ограничивает) использование того или иного топлива в ракетном двигателе (в частности в ГРД). Лучшее- враг хорошего. Если мой микрогибрид на NOХ/nylon имеет около 200 с, а на Ал даже теоретический Isp чуть больше чем на полимере, то я не буду платить за эфемерные 20 с необходимостью брать на борт в 10 раз больше окислителя. Боюсь, могут неправильно понять.

В ramjat такие соотношения из за того что в воздухе всего 20% кислорода и кроме всего прочего работает он не на стехиометрическом
соотношении (точнее стехиометрическое или даже с избытком горючего соотношение компонентов у него может быть в форкамере) как раз из за
бесконечного количества рабочего тела за бортом что позволяет существенно сдвинуть соотношение в сторону избытка "бесплатного" компонента и поднять УИ. УИ посчитанный относительно только горючего у него огромен (тысячи сек.)

Резонов применять металл как топливо ровно 2:

1) Высокая температура сгорания (небольшой добавкой металла можно поднять УИ)

2) Высокий объёмный удельный импульс (актуально для изделий определённого назначения у которых критичными являются габаритные размеры)

Но речь не об этом а об организации рабочего процесса в двигателе. Не более. С этой точки зрения Al (в любом виде)
привлекателен с точки зрения обоих вышеперечисленных резонов но
очень неудобен в плане организации РП при его значительной доле в составе горючего.

Почему бы с этой точки зрения его и не рассмотреть.

Кстати чуть отвлекаясь от темы:
Теже самые кислород-водородные двигатели работают на соотношениях существенно сдвинутых в сторону водорода (но разумеется не до такой степени как ramjet). Определяющим фактором (когда дело касается эффективности той или иной пары компонентов) для любого двигателя является либо максимальная конечная скорость изделия либо дальность (что вообще говоря эквивалентно). Так что такие варианты (Al+NOX) имеют право быть рассмотреными.

Возвращаясь к организации РП в ГРД на паре металл+NOX
я бы таки рекомендовал рассмотреть Mg.
У него энергетика и обёмный удельный импульс существенно уступают Al
Зато организовать РП проще в разы. То есть вариант шашка горючего выточенная из магния + NOX как окислитель. Само собой соотношения компонентов нужно расчитывать из других соображений нежели при использовании обычных типов горючего. Ну и пункты 1 и 3 в списке "граблей" тоже никуда не денутся.

PS: Нужно смотреть на вещи шире

a_centaurus> Video

Отлично. Интересно соотношение Al/эпокс и полученные параметры по тяге и уи. Шашка полностью сгорела ?

Я так понял сам двигатель безсопловой ?

justman> PS: Нужно смотреть на вещи шире

Спасибо за интересный и выдержанный комментарий. На самом деле имеет место быть разница в подходе к проблеме профессионала и любителя. У меня, как у любителя, взгляд на проблему эмпирический, не отягощённый специальными знаниями. Поэтому, металл, как топливо, для меня лишняя морока с поиском материалов, теплоизоляцией, отсутствием базы данных для расчёта и дизайна и т.д. Оставим это вам, профессионалам. Что касается использования Al, Mg, Zr и др. в качестве additives, то об этом никто и не спорит. Я сам использую Mg в качестве присадки к топливной шашке preheater. Повышение температуры в начальной стадии резко улучшает тот самый рабочий процесс и действительно повышает УИ в ГРД на NOХ - nylon. За другое говорить не буду. Вот раскручу монопропеллентный движок на закиси, тогда посмотрим. А в параллель хотел бы попробовать парафиновое горючее. И вот там добавка алюминия неизбежна. Предлагаю продолжить наше виртуальное сотрудничество именно в этом частном случае. Разработаем шашку для микрогибрида и испытаем. Микро ГРД очень удобен, как тестовый двигатель. Количество топлива всегда одинаково. Небольшие габариты позволяют им легко оперировать. Все материалы и оборудование у меня имеются. Стимулов вот не было настоящих...

a_centaurus> хотел бы попробовать парафиновое горючее. И вот там добавка алюминия неизбежна.

А ты оргстекло не пробовал ? Реальный импульс 245 был. Вот статья.

Serge77> Однако! Неужели работает? ;^))
Serge77> Какое было соотношение фольги к эпоксидке? Что стало с трубкой? Полностью сгорела?
Serge77> Интересно, будет заметная прибавка к УИ?

Работает. Поздравляю. Всех участников. Это ведь был плод коллективного творчества. Вкладыш сгорел полностью. За время, примерно 0.3 с. Причём не горение вкладыша началось после разгара пирозаряда, начиная со времени 0.15 с. На кадрах видео это хорошо видно. Потом сделаю видеограмму. К сожалению я не могу точно сказать о соотношении (массовом) органики и металла в шашке. Масса её была около 0.4 г. Наверное - 50/50... Но, не забывайте, что горение продолжалось и после сгорания металлической добавки. Горела полимерная шашка, после того, как сгорела металлическая. И было догорание газообразной фазы. Скорее всего из-за достаточно низкой температуры окружающей среды. Хотя двигатель был "за бортом" (на террасе, где установлен стенд) от силы пару минут, после установки. Максимальная тяга была около 20 N, в то время как со стандартной шашкой она достигает 40. Время, как я уже писал было ок. 1.7 с вместо стандартных 1.35 с. Чуть позже попробую собрать все данные и посчитать Isp. Особенно сложно будет оценить вклад каждого из компонентов топлива. И формула топлива была: NOХ -epoхy+Al+nylon. В соотношении 7:1. И по горючему: 25-30-45 (%)

justman> Я так понял сам двигатель безсопловой ?

Нет, двигатель нормальной схемы, сопловой. Графитовое сопло стандартной конфигурации. Окислитель подаётся в камеру через однопортовый инжектор после открытия пироклапана. Диафрагма капсулы предварительно перфорируется, насаживаясь на специальную иглу на обратном конце инжектора вращением по резьбе корпуса. Действие пироклапана основано на выгораемой диафрагме, которая поджигается нихромовым нагревателем. Одновременно загорается кольцевой элемент нагревателя с катализатором горения и разложения закиси (Fe2O3). Герметичность всех собщающихся обьёмов достигается о-рингами. Конструкция a la AK-47. Все части легко разбираются и собираются насыпанием. Лётные модели были изготовлены на обрабатывающем центре CNC с электронных архивов, сделанных в Solid Works. Это самый маленький и самый эффективный ГРД (Isp до 210 с) из построенных любителями. На фото: микро ГРД MECH_FA_01 сборка.

a_centaurus>> хотел бы попробовать парафиновое горючее. И вот там добавка алюминия неизбежна.
termostat> А ты оргстекло не пробовал ? Реальный импульс 245 был. Вот статья.

Самый высокий Isp в реальном ГРД на NOХ имеет HTPB (220 s). За ним идёт nylon poliamida, применяемый мною (215 s). ПММ (acrilyc) где-то на 3 месте (205 s). 245 с - это очень сомнительный результат. Скорее всего ошибка в измерениях.
Парафин с Al используется для уменьшения miхture ratio... С 8:1 для полимеров до 3.5:1 для парафина. Выигрыш тут по массе, а не по импульсу.

Serge77>> Интересно, будет заметная прибавка к УИ?
a_centaurus> Работает. Поздравляю. Всех участников. Это ведь был плод коллективного творчества. Вкладыш сгорел полностью. За время, примерно 0.3 с. Причём не горение вкладыша началось после разгара пирозаряда, начиная со времени 0.15 с. На кадрах видео это хорошо видно. Потом сделаю видеограмму.

Я попытался восстановить по видеозаписи (232 кадра)

На 127 начинает гореть (навеска?), запуск происходит на 145
Основное горение Al (с выносом горящей фазы и догоранием на улице)
148-153 кадры (150-153 засвечены почти в ноль) ну а потом идёт догорание (Al догорал на 154-162) до конца видеофрагмента.

Итого Al активно горел с 148 по 162 (15 кадров при частоте в 25.000 fps ) Всего получаем время активного горения Al 0.6 сек

Что горело дальше разобрать трудно