РДТТ конструкции технологии материалы - XV

Serge77>> Силикат натрия не просто пропитывает керамику, он с ней реагирует, особенно при нагревании. Поэтому после обжига там уже нет исходного силиката, а есть какие-то новые минералы, видимо более прочные.
timochka> Возможно. Тебе, барин, виднее

Почитал то - см.прикрепленный документ
Почитал это - http://izvestija.kgasu.ru/files/N1(5)2006/Remeznekova_42-44.pdf
Тогда каолин+кремнезём=цитирую:"в процессе обжига алюминат натрия,
взаимодействуя с кремнеземом, образует
легкоплавкие эвтектики силиката натрия, в которых
растворяется глинозем. Вследствие этого из расплава
выкристаллизовываются такие высокопрочные и
химически стойкие соединения, как муллит
(3Al2O3?2SiO2), нефелин (Na2O?Al2O3?2SiO2) и полевой
шпат типа альбита (Na2O?Al2O3?6SiO2), значительно
повышающие физико-механические свойства готовых
изделий.
Это понятно. При замесе керамики можно просто кремнезёма добавить, и всё. Таково будет действие и силикатного клея при обжиге. На добавку кремнезёма в керамассу я вышел ещё при подборе рецептуры(исходя из доступных глин). Однако при работе РД нет статичных физических условий для протекания описанных процессов. Думаю, засохший в керамике силикатный клей(без последующего обжига) в РД имеет другой, отличный от изменения структуры керамики(после обжига с присадкой), механизм действия.
Дальше из И-нета:
"АБЛЯЦИЯ (лат. ablatio — отнимание, отнесение) — унос массы с поверхностей твердых тел высокотемпературным скоростным газовым потоком, обтекающим эти поверхности. Абляционное разрушение поверхностного слоя твердого тела, сопровождающееся уносом массы, происходит при значительных перепадах т-ры (до сотен градусов на миллиметр слоя по глубине), является результатом комбинированного воздействия тепла (при этом твердый материал переходит в неконденси-рованное состояние), и агрессивных сред газового потока. Кроме того, под воздействием тепла газового потока поверхность твердого тела прогревается до т-ры, при к-рой начинается унос массы. Расход тепла на прогрев твердого тела определяется теплоемкостью и теплопроводностью материала, массой и теплофизически-ми свойствами газов, к-рые образуются в объеме материала и диффундируют (см. Диффузия) к поверхности, а также экзо- и эндотермическими хим. реакциями, протекающими в материале. Вдувание газовых компонентов в поверхностный слой и потери тепла (вследствие излучения, ионизации, возбуждения атомарных и мол. продуктов реакции в пограничном слое) снижают уровень теплового потока к поверхности твердого тела. Рекомбинация атомов, радикалов и ионов, образующихся в пограничном слое, окисление, происходящее при А., повышают уровень теплового потока, а следовательно, и скорость уноса массы. Пороговые значения теплового потока, при к-рых начинается А., определяются составом материала и, как правило, составляют от нескольких сот до нескольких тысяч ккал!мЧек. Явление А. используют при создании т. н. жертвенных материалов для теплонапряженных узлов или агрегатов космической и ракетной тех-
ники, а также теплозащитных материалов, предохраняющих различные узлы и агрегаты от воздействия высоких т-р. К жертвенным относятся металлические и неметаллические (керамика, стекло) материалы, тугоплавкая составляющая к-рых образует пористый каркас, заполненный компонентом, способным поглощать тепло либо вследствие перехода твердого материала в некон-денсированное состояние (см. Плавление, Сублимация), либо в результате эндотермического хим. превращения. Отбор тепла на плавление и сублимацию твердого материала способствует абляционному охлаждению изделия. Теплозащитными являются различные армированные материалы, для армирования к-рых используют асбестовое волокно, стеклянное волокно, спец. ткани, в качестве связующих веществ — цементы, неорганические полимеры и пр. Одна из важпых характеристик материала — абляционная стойкость, определяемая количеством тепла, затрачиваемого на унос единицы массы с поверхности материала. Зависит от природы, структуры, теплофизи-ческих и прочностных св-в материала, каталитической способности поверхности и т. п. Для увеличения абляционной стойкости в состав материала вводят различные высоко-энтальпийные наполнители. Потери массы вследствие уноса уменьшают армированием материала, добавлением веществ, к-рые при повышении т-ры скрепляют материал (в результате образования вторичных фаз, уменьшающих его дефектность), упорядочиванием газового потока у поверхности твердых тел, что достигается оптимальным выбором состава материала, обеспечивающего в процессе абляции образование поверхности с минимальной шероховатостью, и подбором изделия оптимальной формы."

OL29> Но рвануло из-за чего-то другого.

Я сильно сомневаюсь, что возможные дефекты топлива послужили причиной такого огромного взмыва давления, причем в самом начале. А вот в FloWorks при более точном расчете давление получается огромным для начального профиля.

Сейчас проектирую новую форму заряда по следеющим соображениям.
-Для себя и своей конструкции РД я определил оптимальный диапазон давлений 20-10атм, исходя из этого корпус проектирую на давление 30-40атм.
-Потом подбираю начальный профиль заряда так, чтобы не превысить давление в 20атм по программе FloWorks.
-Далее с шагом в 2-4мм последовательно увеличиваю этот профиль до максимального диаметра, который станет наружным диаметром заряда. Тут давление сначал будет резко падать, потом оставаться примерно постоянным, а потом снова начнет расти по мере дальнейшего увеличения диаметра.
-После получу геометрию заряда, оптимальную, которую можно изначально спроектировать под заданную тягу и расход.
-Далее сложнее, заряд может лопнуть и снова разрушить корпус, эта пока нерешенная проблема. Идея, типа нарастить прочность корпуса во много раз, неприемлима.

Расчет по программе FloWorks затруднём большим машинным временем. Чтобы определить для заданной геометрии топливного заряда давление, необходимо задаться расходом, которое также зависит от полученного давления, потом просчитать и сравнить получившееся макисмальное давление с взятым исходным. Потом соответсвенно увеличить или уменьшить, пересчитать расход и снова повторить расчет. Так делать до тех пор, пока взятое для расчета расхода давление не совпадет с получившимся максимальным давлением в камере...

SashaPro> Ого, у тебя же бессопловик был!

Так они взрываются ничуть не хуже, чем те, которые с соплом ;^))

SashaPro> А какие размеры заряда были, топливо и место положение воспламенителя?

Шашка снаружи 40 мм, канал 13 мм длиной 300 мм. Топливо KNO3 35, NaNO3 30, сахар 35, FeOOH 1, вода 1. Скорость горения на воздухе 2.6 мм/с.

Воспламенитель в конце канала, как обычно.

SashaPro> Чтобы определить для заданной геометрии топливного заряда давление, необходимо задаться расходом

А откуда ты берёшь данные по расходу?

Serge77> Шашка снаружи 40 мм, канал 13 мм длиной 300 мм. Топливо KNO3 35, NaNO3 30, сахар 35, FeOOH 1, вода 1. Скорость горения на воздухе 2.6 мм/с.
Serge77> Воспламенитель в конце канала, как обычно.

Почти как у меня:

Шашка снаружи моя 40 мм, канал 18 мм длиной 280 мм. Топливо NaNO3 59, сахар 30, сера 11. Скорость горения на воздухе 0.35 мм/с.

Существенно отличаются внутренний диаметр у тебя он меньше 1,385 раза соответсвенно площадь проходного сечения меньше в 1,92 раза. Более высокая скорость горения топлива, что без сомнения в несколько раз увеличивает газовый напор. А по расчетам такое соотношение длины заряда к внутреннему диаметру у нас у обоих убийственно для двигателя. Чуть позже попробую это просчитать для твоего бессопловика, нужно ещё теплоту сгорания посчитать по PROPEPу.

SashaPro> по расчетам такое соотношение длины заряда к внутреннему диаметру у нас у обоих убийственно для двигателя

Двигатели с таким соотношением (в пределах 17-20) на сорбитовой карамели с катализатором прекрасно работают, уже больше десятка без единой аварии. Все сделаны в таком калибре:



только длина разная.

SashaPro>> Чтобы определить для заданной геометрии топливного заряда давление, необходимо задаться расходом
Serge77> А откуда ты берёшь данные по расходу?

Ну как обычно в инженерных расчетах необходимо чем-то всеравно задаться. Если точнее для данного случая, то все идет из той мощности двигателя которую я хочу получить. Например, можно просто взять расход 50г/с. далее для этого потребуется подобрать площадь горения при определенном давлении. Давление для себя я уже определил из практического опыта и прочих видений 10-20атм. Также известен степенной закон горения топлива, для которого я беру 0,35мм/с скорость горения топлива на воздухе и показатель 0,4 как максимальный для карамели. Так вот, беру в руки калькулятор и начинаю перебирать площади при заданных внутреннем диаметре и длине канала (дальше давление будет падать, а расход будет сохраняться примерно постоянным за счет увеличения площади горения, почему и важно преодолеть этот скачок давления в начале). 20(атм) в степени 0,4 = 3,31445 - во столько раз увеличиться скорость горения толива, тогда скорость горения топлива при 20атм = 3,31445 * 0,35мм/с = 1,16мм/с(0,116см/с). Теперь необходима следующая площадь горения исходя из расхода 50г/с делим на плотность 1,9г/см3 = 26,316см3, теперь площадь: 26,316см3 / 0,116см/с = 226,86см2. Далее под эту площадь подбираю диаметр и высоту начальные для канала так, чтобы макисмальное давление по длине канала при расчете в FloWork не было больше 20атм и давление на входе в сопло также оставалось в районе 8-10атм. Короче сплошной метод последовательных приближений.

Serge77> Двигатели с таким соотношением (в пределах 17-20) на сорбитовой карамели с катализатором прекрасно работают, уже больше десятка без единой аварии. Все сделаны в таком калибре:
Serge77> Serge77 - Моя ракетная мастерская - Бессопловый двигатель
Serge77> только длина разная.

У меня 20мм калибр с 4мм канал тоже не взрывался. Пока могу сказать только то, что есть множество факторов, которые могут существенно именить график давления по длине канала и времени. Например в очень тонком канале, толстый слой топлива выдерживает давления, а у сопла эрозия в миг образует конусное горение, которое приводит к значительному спаду давления по длине, тоже может наблюдаться, если воспламенение идет от центра или основания заряда, а не сверху. У быстрогорящей карамели помогает ещё задержка воспламенения поверхности для случая воспламенения у сопла, когда у основания уже эрозия, а вверху только ещё воспламеняется...
Ещё всетаки бессопловый вариант тоже спасает ситуацию.

Serge77>> А откуда ты берёшь данные по расходу?
SashaPro> известен степенной закон горения топлива, для которого я беру 0,35мм/с скорость горения топлива на воздухе и показатель 0,4 как максимальный для карамели

А, теперь ясно.

Serge77> Если точнее, канал был 12.5 мм (труба 12 мм плюс бумага и скотч). Так что проблема не здесь. А вот число было 26-е, а это как раз два раза по 13 ;^))

---

От перестановки слогаемых сумма не меняется. Так что получается 3 по 13
На когда планируеш перездачу :), чтобы я Успел со своей.

Вот такой вопросики к знатокам свойств металла и не только.
1. Есть дюралевая труба (марку дюралюминия не знаю) 32 мм внешний диаметр, 3 мм толщина стенок, снизу и сверху резьба 15 мм длиной 1мм глубина (туда вкручивается стальное сопло и заглушка). В общем, эта ерунда выдерживает давление в 7 МПа. (доказано испытаниями).
2. Есть алюминиевая труба (марку алюминия не знаю, думаю, что стандартный алюминий из которого балконы стеклят и т.п. производства г. Бровары, если не ошибаюсь) Диаметр 60 мм, толщина стенок 3 мм.
Вопросы в следующем:
1. Как определить какое давление выдержит такая труба.
2. На сколько дюралюминий прочнее алюминия.
3. Стоит ли нарезать резьбу для крепления сопла или сделать крепление на винтах.
4. Если резьба, то какие лучше параметры такой резьбы.
5. Можно ли как-то провести предварительные испытания по определению граничного давления для такой трубы
Кто-то вообще делал двигатели из подобных труб?

OL29> Еще забыл написать о топливе ( температурные характеристики ).
На данном этапе топливо - сорбитовая карамель

PAL> 1. Есть дюралевая труба (марку дюралюминия не знаю) 32 мм внешний диаметр, 3 мм толщина стенок, снизу и сверху резьба 15 мм длиной 1мм глубина (туда вкручивается стальное сопло и заглушка). В общем, эта ерунда выдерживает давление в 7 МПа. (доказано испытаниями).

Дюраль бывает очень разный. Т.е. раза в 2 можно ошибиться легко.
А чем ты намерял 70 атм?

PAL> 2. Есть алюминиевая труба (марку алюминия не знаю, думаю, что стандартный алюминий из которого балконы стеклят и т.п. производства г. Бровары, если не ошибаюсь) Диаметр 60 мм, толщина стенок 3 мм.

Алюминий это совсем другое. Разница по прочности с дюралем раз в 10. Кроме того твоя труба наверняка со швом. Ну и диаметр трубы дает вдвое большие напряжения при том-же давлении. Итого предел 3 атм, устроит? На такое давление уже можно гидроиспытания от обычного водопровода проводить

timochka> А чем ты намерял 70 атм?
По программе Накка "SRM" расчитал давление 7,5 МПа, сделал все на практике, зарыл в землю, потом пару раз на стенде, в общем разница с программой 5-7% получилась. Я думаю нет повода не доверять этим данным.
timochka> Алюминий это совсем другое. Разница по прочности с дюралем раз в 10. Кроме того твоя труба наверняка со швом. Ну и диаметр трубы дает вдвое большие напряжения при том-же давлении. Итого предел 3 атм, устроит? На такое давление уже можно гидроиспытания от обычного водопровода проводить
Труба ровная, шва не видно. 3 атм, это 0,3 МПа, тут чтото не так, у меня картонные трубки больше давление держат, я думаю 3 атм. слишком мало...
" Разница по прочности с дюралем раз в 10. " - а нет более подробных данных по этому поводу???

PAL> - а нет более подробных данных по этому поводу???

Алюминиевые сплавы сильно отличаются друг от друга по прочности. Чтобы сказать точнее надо знать марку сплава или его характеристики. Можно провести простейший тест на прочность, вырезав из трубы небольшой образец с известным сечением и порвав его при помощи рычага и известного усилия. Усилие можно создать например грузом известной массы.

Serge77> 1. крепление двигателя на испытании очень ненадёжно. Крепить нужно так, чтобы наверняка не унесло, даже тягой в несколько раз больше расчётной. Лучший метод - закопать в землю вертикально, чтобы торчало только сопло.

Знаю, заметил... Отрицать не буду ещё тот факт, что это было от части показательное испытание, а то так и не поверит никто, что давление образует скачок вначале при достаточно длинном заряде. В следующий раз, я это дело упру в дерево, на паляне много сдоровых стволов валяется, а карандашами направлю в него. Мне очень важно видеть весь корпус при испытании, тонкий всётаки...

Serge77> 2. топливо действительно кажется очень пористым. Если это на самом деле так, то нужно обязательно это убрать. Как ты готовишь топливо? Как упаковываешь в двигатель?
Serge77> 3. на фото после взрыва видно, что на корпусе не осталось ни кусочка прилипшего топлива. Похоже, что топливо плохо прилипает к корпусу. Нужно сделать, чтобы прилипало намертво.

Как готовлю уже писал. Пористость, это из-за клея TITAN-SM, также не пристало к корпусу из-за него. Он был между корпусом и топливом в слое 0,5мм.

Serge77> 4. селитрованная бумага - плохой воспламенитель для твоего топлива. Нужно что-то погорячее. Могу посоветовать KNO3-Al-S 60-30-10, замешанный на разбавленном нитролаке или спиртовом шеллаке.

Это не горячее, а состав, содержащий большее количество раскаленных остатков, по эфективности сравним с обычным ЧП. KNO3 у меня нету. Если заменить на NaNO3, много измениться? И как оно само воспламеняется, спиралька справиться от эл. плитки? Ещё я опасаюсь, что оно может сильно пожечь сопло ещё до выхода на рабочий режим. В этом испытании селитра грела сопло секунд 15 и оно полностью сохранило всю свою геометрию, и сильно даже не пострадало. Непростое решение...