Гибридный Ракетный Двигатель: от тактики к практике.

Центаурус, приветствую тебя! Интересный отчет, приятно было почитать! Мне даже что-то взгрустнулось от того, что у самого в данный момент времени нет совсем позаниматься любимым хобби и подзабыто чувство кайфа от сделанного тобой да еще и летающего.Но однозначно, к лету доделаю свой проект на эпокси топливе(работа идет, хоть и медленно, служба понимаешь - ли отвлекает) и с мая наверное приступим с другом к гибриду, так что прошу разрешения на консультации

Привет и тебе. Не грусти, придёт и твоё время. Тот же Cluster One висел у меня на стенке в лаборатории более двух лет. Всё не было времени его испытать. Но вот слетал и появилось желание продолжить с ним. Сейчас приступаю к восстановлению побитого фюзеляжа и таймера. Кроме того запускаю в работу КИТ минигибридного двигателя на 100 и 200 N тяги. Планирую сделать его "трибридным", то есть с использованием Al бустера. Может быть в ближйшее время соберусь описать его в этом топике. Следи. А в консультациях никому не отказывал и не откажу впредь.

Попробую представить новые проекты в гибридостроении: как двигателей, так и ракет. В части ГРД это 3 двигателя в классе "мини" (G,H). После успешных испытаний микрогибридов с шашками комбинированного (Al+nylon) топлива, появилась идея продолжить их в большем масштабе. Дизайн двигателя Me_H-U_100/150/200 унифицирован. Все три образца имеют одинаковую камеру сгорания, один и тот же калибр бака и тип заправного клапана. Одинаков для первых двух и дизайн однопортовой форсунки-инжектора и статического пироклапана с выгорающей мембраной. В третьем варианте использован 3-портовый инжектор и динамический пироклапан с мобильной заслонкой. В качестве шашки твёрдого топлива предполагается использование коммерческой трубы из PP или PVC. Также предполагается использовать комбинированную шашку с Al вставкой. Расчёт мини ГРД производился в програме Hybrid Calc. и вручную. Также для упрощения изготовления сопло делается из стали со вставками из графита или молибдена (есть в наличии). В качестве вентиляционных клапанов и форсунок использованы стандартные авто
жиклеры. На фиг. 1,2,3 показан общий вид этих двигателей, которые сейчас находятся в изготовлении.

Fig 3

Центаурус, привет. В первых двух двигателях у тебя применяются пироклапаны, котрое ты описывал уже насколько я помню, а на третьем вроде что-то новенькое так? Чем обусловлена такая конструкция на Ме_Н_200_01, трехпортовым инжектором? Если помнишь я уже спрашивал как-то тебя про пироклапаны, дело в том, что например в России найти нейлоновую трубку высокого давления для заправки проблематично, если учесть что она будет расходным материалом все-же. Не хочется связываться с материалами которые в принципе можно найти, но стабильности в этом вопросе нет. Поэтому я тоже думаю в будующем применить пироклапан. Как будет осуществляться заправка этих двигателей, по весам или по дренажу?

Salu, Biostar!
Как ты правильно подметил, дизайн двух первых (собственно это один со сменными элементами: бак, инжектор, вставка в сопло) движков повторяет в части системы запуска дизайн микроГРД MECH_FA_01. Он оказался очень удачным, поэтому захотелось его масштабировать. С одновременным упрощением конструкции и стоимости обслуживания. Так, в качестве шашки будет использоваться кусок водопроводной трубы а не специально точеная шашка, как в микроГРД. Одновременно хотелось попробовать более эффективный многопортовый инжектор (только с ним можно достичь более высокой тяговооружённости двигателя в тех же габаритах). Можно было делать это со статическим пироклапаном (вместо одного отверстия в донышке клапана - также три), но на то оно и экспериментальное, наше любительское ракетостроение. Надо пробовать новые решения, новые технологии. Именно поэтому я разработал этот динамический пироклапан. Принцип работы его, надеюсь, понятен. Вся проблема будет в изготовлении и подгонке элементов узла. Так, внутренняя поверхность направляющего стакана в средней части двигателя должна быть проточена с высокой точностью (токарь обещал постараться и дать 10 мкм). Затем проблема герметичности, которую не так просто разрешить использованием двух о-рингов скользящих по поверхности... Хотя на малом 15 гр баке такая схема работала. Может быть феномен "вспухания" резины о-рингов, после открытия. Наконец, поведение материала штока поршня в высокотемпературном поле, которое будет в зоне за инжектором на входе в прехеатер. Хотя там сильные градиенты из-за впрыска закиси, которая должна всё же охлаждать хвост стальной детали. Проблема собственно даже не в нагреве, а в налипании продуктов на направляющую. Придётся потом чистить, чтобы вернуть систему в стартовое положение. Поэтому она сделана разборной. Вывернул стопорную гайку и всё разбирается как в пистолете. А замена о-рингов и вовсе обязательна. Всё выяснится на испытаниях. Кстати первый КИТ (ME_H-U_100/150) уже готов в корпусных деталях. Опытный маестро выточил всё за одну смену ни разу не обратясь за разьяснениями. Это свидетельствует о высокой технологичности изделия. Так что по крайней мере механическая часть получилась удачной. Соединение трубчатой камеры бака с крышками будет на тефлоновой ленте и вакуумной смазке. В крайнем случае - на силиконе. Чтобы была возможной замена большого бака на маленький и обратно. Пока не испытан в полном цикле заправный клапан, но там как будто подводных камней нет: стандартный фиттинг из нержавейки, пружина и шарик. Может быть изготовлен по отдельному дизайну (в случае отсутствия коммерческого под руками). Я прорабатывал вариант с велосипедным клапаном (от бескамерной шины), но там пришлось бы точить переходник для заправочного шланга, да и резьба мелковата. Но, в принципе мог бы пойти. Заправка будет делаться по весу. То есть определяется безопасный обьём бака и расчитывается масса окислителя, необходимая для этого. У меня уже есть линия заправки для этих двигателей из маленького (1.5 л) цилиндра. Цилиндр заранее заправляется из большого баллона также по весу. Потом покажу подробнее. Пока присматривайся. Когда надумаешь приступить, помогу с чертежами.

a_centaurus, раз уж ты вернулся на форум, то может быть ты восстановишь фотографии в своих сообщениях, которые ты удалил?

Serge 77. Я как бы с Форума и не уходил. Стал снова постировать, потому что есть люди, которым интересно то, что я делаю. Но та страница закрыта. Если будет нужно по ходу нового проекта вернуться к старым ссылкам, то я найду способ довести их до интересующихся...

Очень жаль.

Не утерплю, выскажусь.

Serge77 3-, a_centaurus 2.
Ваша взаимная перепалка утомила.

P.S. Готов получить оценку в ответ.

На Фото 1-3 детали и первая сборка Ме_Х-У_10/150/200. Пока ещё не все внутренние детали сделаны, но общий вид уже просматривается. Всё собралось без проблем. Трубки бака легко меняются на обоих центральных основаниях (support). На одной из крышек видны вкрученные клапаны:заправочный и дренажный. Закончил расчёт и дизайн подвижного элемента пироклапана второго двига. Нужно очень точно задать размеры проточек под о-ринги, чтобы и двигалось свободно и не пропускало.

Foto 3

Привет, biostar!
Для баков использовалась бесшовная дюралевая труба (АМГ-6 эквивалент) - 1.5" (38 мм) Из этой трубы я уже делал двигатели candy на 200 гр. Они работают на 1000 psi. Так что труба проверена с избытком. Камеры, крышки и переходные узлы точились из болванки того же дюраля. Тефлоновая изоляция обычная (2 мкм: 10-15 мм шир.) для газовых и сантехнических работ. Вакуумная смазка - Dow Corning, может быть заменена обычным детским вазелином. Главное, чтобы не было в ней продуктов из нефти. Сделал фото для сравнения: самый мелкий минигибрид в компании своих прототипов - микрогибридов MECH_FA_01

Ок, труба у нас по-моему той же марки диаметр внутренний 32 мм и на 50 мм есть, ленту тефлоновую у нас не всетречал. Не знаю правильно пишу или нет но есть фум-лента, обычно белая или голубая, скользкая на ощупь, хорошо тянется, применяется для герметизации резьбы в газовых и водопроводных трубах, я вот думаю не она ли это? Или это все-таки совсем другая лента? Да, хотел вот что еще уточнить: вкуумная смазка - заполнение с использованием вакуума или как?

На самом деле вовсе не обязательно уменьшать диаметр камеры сгорания. Особенно для первого двигателя. Так что, если у тебя есть труба 38х32 мм, то можно все сделать на её базе. Толстые стенки позволяют выполнить надёжное соединение с нужным шагом резьбы. А для шашки, если не будет нужного диаметра, в крайнем случае, можно сделать адаптеры. FUM лента изготовлена из тефлона. Вакуумная смазка в технике применяется в соединениях и запорной арматуре систем с откачкой до вакуума (1 eхp-3 - 1eхp-6). В случае гибридного двигателя её можно использовать, поскольку она на силиконовой основе и не реагирует с кислородом. Повторяю, что можно заменить её твёрдым косметическим вазелином.

Посмотрите, как устроена передняя крышка бака. На ней размещены два клапана.
1. Заправный выполнен на базе проходного fitting (соединитель) марки Swagelok. Соединение в нём производится по конусам, один из которых надевается на трубку из нерж. диам. 1/4" и запирается специальным колечком после закручивания накидной гайки. Чрезвычайно удобная в лабораторной и индустриальной практике система. Fitting дополнен со стороны бака пружиной и шариком 7 мм. Его назначение - держать давление изнутри бака после заполнения и открываться под давлением из баллона при заполнении бака. С внешней стороны крышки клапан имеет глухую запорную крышку. Она состоит из штатного конуса и такого же шарика. При закручивании гайки шарик с конусом закрывают отверстие наглухо. Это необходимо для подстраховки ниппельного клапана, если тот начнёт подтравливать.
2. Дренажный клапан выполнен на основе карбюраторного жиклера, дополненного впаянной иглой для инъекций. Внутренний диаметр капилляра не более 0.2-0.3 мм. Этот клапан всегда открыт и через него стравливается избыточное давление газовой фазы при заправке и в течение подготовки к старту. Его наличие ОБЯЗАТЕЛьНО.

Dow Corning.
high vacuum grease. A silicone lubricant for all types connections. Resists most chemicals, heat stable & inert...
Это надпись на тубе со смазкой. Для более полной информации зайди в site.
В данном случае речь идёт о продукте, выполненном на основе силикона и предназначенном для герметизации вакуумных соединений, находящихся при комнатной температуре (или с небольшими отклонениями от неё). Имеет низкое давление паров. Инертен. То есть при использовании для герметизации бака для данного окислителя эта смазка не вступает в хим. реакцию со связанным кислородом закиси азота. О его участии в горении речь не идёт. Конечно будет гореть. Я (и другие также) использую эту смазку в ГРД на закиси после многочисленных испытаний. Хотя коммерческие фирмы рекомендуют ещё более инертную к кислороду смазку - Krytoх (на основе фтороуглерода).

Труба у меня 34х32, про FUM ленту все понял, рад, что она подойдет :-), с вазелином тоже вроде проблем нет в России :-), так что все Ок. Критокс можно конечно заказать за рубежом, но не знаю пока, тем более если ты говоришь, что вазелина вполне хватит то скорее всего им и будем довольствовоться. Не помню писал или нет, но хочется поделится: сделали испытательный стенд, друг закончил электроннику для него (все фурычит как надо), у Накки заказали тензодатчики и получили их уже, так что готовимся к лету Летом веселее в гараже работать чем зимой! Хотел уточнить по технологии насения вакуумной смазки. Если есть время, опиши пожалуйста, или все проще чем я думаю: резьба - смазка- затем лента и опять смазка и все собирается, излишки смазки убираются или не так?

Труба у меня 34х32, про FUM ленту все понял, рад, что она подойдет :-), с вазелином тоже вроде проблем нет в России :-), так что все Ок. Критокс можно конечно заказать за рубежом, но не знаю пока, тем более если ты говоришь, что вазелина вполне хватит то скорее всего им и будем довольствовоться. Не помню писал или нет, но хочется поделится: сделали испытательный стенд, друг закончил электроннику для него (все фурычит как надо), у Накки заказали тензодатчики и получили их уже, так что готовимся к лету Летом веселее в гараже работать чем зимой! Хотел уточнить по технологии насения вакуумной смазки. Если есть время, опиши пожалуйста, или все проще чем я думаю: резьба - смазка- затем лента и опять смазка и все собирается, излишки смазки убираются или не так?

Труба 34х32 не годится. Толщина стенки бака (дюраль) должна быть не менее 2 мм на таком диаметре. Плюс - толщина стенки на концах для резьбы с шагом - 1.5 не менее - 3 мм. То есть, как не крути - нужна 38х32 мм. Можно, конечно, использовать винтовое соединение по боковой стенке, но и тогда - 36х32 мм. Или стальная, с толщиной стенки 1 мм. При сборке узла бака, вакуумная смазка сначала наносится на резьбу одной из деталей, затем производится сборка всего узла с целью равномерного распределения смазки. Затем узел разбирается и на одну из деталей (macho) накручивается лента (против час. стрелки) в несколько слоев, равномерно. Затем узел снова собирается до упора. А лучше всего начать сборку с притирки резьбы со специальной пастой. Затем промыть ацетоном и водой с мылом.
Если узел не предполагается разбирать (по крайней мере часто), то лучше вместо смазки и ленты положить специальный прочный силиконовый герметик для резьбы. Не знаю, если есть в России. Хотя в имеющихся у меня моторах соединение держит и на этих компонентах уже несколько лет. Насчёт стенда однин коментарий: если ты собираешься испытывать на нём гибрид, то должен подумать о расположении мотора соплом вниз. Чтобы не было долгого дожигания газовой фазы. То есть стержень, который упирается в рамку с наклеенным специальным клеем тензодатчиком (запомни эту фразу: для наклейки strain gage sensor используется специальный клей, а рамка рассчитывается и фрезеруется из прочного дюраля) должен упираться в переднюю крышку бака мотора, а если мешают заправные клапаны, то в специальный колпачок. Под заднюю крышку подставляется фланец вертикальной скамьи с резиновой прокладкой. То есть двиг. как бы висит перед записью тяги. Это важные детали, которыми нельзя будет пренебречь. Я пробовал горизонтальное расположение, но с ним происходит уже описанный процесс дожигания. "Забытая мелодия для флeйты"- это когда из сопла на последнем издыхании выходит газообразная закись и возникает долгий мычащий звук...

Более менее законченный узел соединительного модуля мини ГРД Me_H_200 с 3 дырочной форсункой и пистонным пироклапаном. Всё собралось без помарок. Может быть стоит чуть подшлифовать хвостовик. и канал форсунки по которому он ходит в сборке. Ну и конечно, проверить на герметичность уже с заправленным баком. Рядом сопловый блок с надетым о-рингом и камера с имитатором шашки (PP труба). Сопло пока не имеет вставки. Ещё не решил из чего сделать.