ГРД:от тактики к практике. Часть II

-VMK->> Възможно глупаво предположение: Carbon (плат)? Нещо във вид на "композит" карбон-парафин...
a_centaurus> P.S. Скорее всего VMG имел в виду дисперсный carbon (сажу или графит), но я его интерпретировал так как написал. Поскольку натолкнулся на другую идею. Благодаря его "подсказке". "Не бывает глупых предложений в технике" Бывает их глупая интерпретация.

Карбон(плат) е материал от който се прават много изделия в автомобилостроенето, примерно + епокси (подобно на стъклоплат/епокси). Именно такъв карбонов плат имах предвид, но вместо епокси да се пропие с парафин. Нямам представа дали би участвал в горивния процес, но със сигурност е с малка маса и голяма здравина. (" структурный элемент, который бы не слишком мешал рабочему процессу, был лёгок и обладал высокой адсорбцией"):

-VMK-> Карбон(плат) е материал от който се прават много изделия в автомобилостроенето, примерно + епокси (подобно на стъклоплат/епокси). Именно такъв карбонов плат имах предвид, но вместо епокси да се пропие с парафин.
У меня есть такой материал. В сыром виде. Но использование его в виде матрицы очевидно будет нецелесообразно. Ведь необходим обьём. Необходима абсорбция жидкого парафина внутрь, микроструктуры материла, а не вдоль волокон. Эффективный объем шашки снизится а масса увеличится. А в ГРД мы бьёмся как за повышение скорости уноса вещества шашки, так и за массовое совершенство. А горение такой структуры обязательно вызовет нежелательные эффекты, несовместимые с идеей парафинового топлива. Например, увеличение молярной массы выхлопа, и следовательно, понижение c*. Несгоревшие твёрдые частицы, образуют кластерные системы, оттягивающие тепло в потоке и вызывают турбулентности.
С этой точки зрения именно матрица с развитой обьёмной структурой из полиэстера является привлекательной. Я ведь пока её не зачеркнул. Наоборот, продолжаю испытания с надеждой. Поскольку первые результаты сразу показали её высокую конструктивную и топливную эффективность.

a_centaurus> ...Необходима абсорбция жидкого парафина внутрь, микроструктуры материла, а не вдоль волокон. ...

Ясно.
Аз си преставих обемна шашка както от текстолит (както прави своето сопло RLAN), но вместо стъклоплат - карбон-плат и вместо смола - парафин. Сега е ясно, че карбон-плат е нецелесъобразен за изработване на парафинова шашка армирана с карбон-плат, поради вишеизказаните аргументи.

a_centaurus> С этой точки зрения именно матрица с развитой обьёмной структурой из полиэстера является привлекательной. Я ведь пока её не зачеркнул. Наоборот, продолжаю испытания с надеждой. Поскольку первые результаты сразу показали её высокую конструктивную и топливную эффективность.

Знаю, что не любишь когда уходят в сторону, но может стоит обратить внимание на церезин. Если оценивать по температуре плавления, то некоторые марки до 100С дотягивают + в расплавленном виде он более вязкий (нежели парафин).

FRC> Знаю, что не любишь когда уходят в сторону, но может стоит обратить внимание на церезин. Если оценивать по температуре плавления, то некоторые марки до 100С дотягивают + в расплавленном виде он более вязкий (нежели парафин).
Ну почему. Вопрос абсолютно по теме.
Ответ: так обратно к полимерным шашкам вернёмся. Ведь парафин был отобран именно по соображениям низкой точки плавления (ок. 60ºC). Боремся за низкую энергию затрачиваемую на плавление и парообразование слоя, то есть за regression rate (скорость уноса вещества). К тому же на поверхности расплава парафина, за счёт очень малой вискозности, образуются волны, которые повышают концентрацию капелек расплава в зоне горения за счёт турбулентности. Конечно, можно поискать эвтектику на базе церезина и парафина и найти разумный компромисс. Так как пытались сплавить wox/asphalt для этих целей.

Ещё на той неделе сделал тест парафиновой шашки в мини ГРД Me_H_150_01. Испытание было удачным. Хотя заставило поразмыслить. Так, впервые, вся шашка сгорела. Время горения - 4 с. Однако около 3 с ещё шёл выход продуктов в виде газа и всяких остатков. РП элементарно не хватило горючего. Хорошо было заметно повышение цветовой температуры выхлопа. Однако камера осталась почти холодной. Была через 5 минут разобрана руками. График практически прямоугольный. It ок. 120 N*s. Isp подсчитать было затруднительно, поскольку окислитель не полностью прореагировал. Выводы: надо увеличить массу шашки. Да и длину камеры также желательно увеличить для выполнения условия O/F=3-4/1. А это означает, что шашка должна иметь вес ок. 40 г при заправке бака закисью до 170 г.
На графике: Thrust vs. Time.

Video:

a_centaurus> Ещё на той неделе сделал тест парафиновой шашки в мини ГРД Me_H_150_01.
Ещё фото. Двигатель до и после испытания.

Учитывая вышесказанное изготовил новую шашку большей массы на основе "рвакли". В смысле молотой туалетной бумаги. Мелется на мельнице как для папье-маше но мешается не с клеем, а с расплавом парафина. Потом этим составом набивается трубка из ПВЦ и делается канал. На сей раз трубка толстостенная. То есть с NOx должен прореагировать весь парафин и захватить ещё полимерной массы. Удалось набить 11 г парафина. Всего - 23 г+ 7 г стартовая шашка. Будет интересно сравнить два варианта.

a_centaurus> изготовил новую шашку большей массы на основе "рвакли". В смысле молотой туалетной бумаги.

Интересна воспроизводимость такой технологии и как бумага прореагирует. Сейчас, как я понял, соотношение горючки и окислителя оптимизировано, посмотрим, что получится. Тут все как в первый раз (в смысле, шашка очень отличается от предыдущих).

a_centaurus>> Ещё на той неделе сделал тест парафиновой шашки в мини ГРД Me_H_150_01.
a_centaurus> Ещё фото. Двигатель до и после испытания.

Вот это - образец рабочего места для испытаний. Прямо мне "на на любимый, на мозоль".
На фото интересный "модифицированный фонарик" заряжается. Полевой источник питания?

Anzoriy> Интересна воспроизводимость такой технологии и как бумага прореагирует. Сейчас, как я понял, соотношение горючки и окислителя оптимизировано, посмотрим, что получится.
Воспроизводимость вполне контролируема. Бумага засыпается по массе в жидкий парафин. Да и влияние бумаги в горении будет минимальным, особенно учитывая высокий Isp целлюлозы с NOx.

Пока шашка не совсем оптимизирована. То есть не оптимизирована по парафину. Я могу заправить 170 г окислителя в бак. При условии 10-15% по массе испарения могут прореагировать с горючим где-то 150 г. Тогда нужна шашка массой в 40 -50 г. В габаритах имеющейся конструкции модели Me_H_150 и соотношения O/F 4:1, такую шашку установить нельзя. Нужно удлинять камеру. Или использовать уменьшенный бак, на модели Ме_H_100. На 100 г, с которым я начинал. Тогда можно будет использовать полнопарафиновые шашки. А пока пусть будет комбинация парафин+PVC.

FRC> Вот это - образец рабочего места для испытаний. Прямо мне "на на любимый, на мозоль".
FRC> На фото интересный "модифицированный фонарик" заряжается. Полевой источник питания?

Это дистанционный пульт для работы на стенде. К ручке фонарика прикручена дюралевая камера с коммутатором, LED (arm), гнёздами для кабля питания (красные, идут к батарее 12 В на полке) и 3 м белого бронированного кабля с "крокодилами", выходящего наружу, на галерею, к стендам. Рядом на полке усилитель с блоком питания. На подставке осциллограф Tektronix с памятью. У него, кстати, батарейное питание есть. Вот о таком тебе надо подумать. Но это дорого (от 2 до 5 Кбаксов). При испытании я обычно использую зеркало для визуального наблюдения и камеру для сьёмки. Но, также, имеется телекамера с монитором. Но, повторяю, глаз видит гораздо более подробную картину как по разрешению, так и в цвете.

Scaled Composites опубликовала свои правила безопасности при работе с закисью азота.

http://www.scaled.com/news/N2OSafetyGuidelines.pdf

Serge77> Scaled Composites опубликовала свои правила безопасности при работе с закисью азота.

Спасибо, Serge!
Очень полезный документ. В плане охвата всех возможных проблем. Тем более от фирмы, серьёзно пострадавшей в результате операций с этим "несерьёзным" окислителем. Сам наблюдал вспучивание неопреновых о-рингов под закисью и следы ржавчины на диске инжектора из углеродистой стали. Про "hard start" из-за неакуратного использования или неправильного расчёта пироинициаторов уже писалось достаточно. С другой стороны, любой из компонентов ракетного топлива, требует аккуратного и осознанного обращения. Поэтому я всегда говорю об особой ответственности людей, берущихся за создание ракетных технологий.

Александр, небольшое отступление в сторону. Можешь подсказать, сколько секунд на воздухе горит твоя шашка пироклапана (диаметром 15мм ты когда-то испытывал)? Поскольку у меня окиси железа пока нет, попробовал несколько шашек, 2 из которых на первый взгляд могут сработать. Смущает время их горения.. в среднем от 7 до 11 секунд. Первая эпоксидка с калиевой селитрой, а вторую с перанганат калия. В обе добавлял магний (процентов 10 по массе). Остаток есть, но мало, порошкообразный. Воспламеняются от черного пороха очень хорошо.

FRC> Остаток есть, но мало, порошкообразный. Воспламеняются от черного пороха очень хорошо.

Ты опять смешал понятия. В двигателе есть ПИРОКЛАПАН для открытия потока окислителя. Механический дизайн его оправки похож на sombrero. В нём используется (в основном) пороховая замазка на основе ЧП и нитроклея. Есть добавка совсем небольшого количества (на кончике шпателя) магниевой стружки. И шайбы, вырезанной из лепёшки композитного топлива. Вклеенный нихромовый мостик поджигает замазку, которая МГНОВЕННО сгорает, освобождая поток окислителя, сдерживаемый её до тех пор. Начинается впрыск окислителя и его частичное разложение на небольшом запасе тепла, отданное композитной шайбой. Следующий этап, поджиг этим теплом (горящими частицами магния, продуктами сгорания пороха) СТАРТОВОЙ ШАШКИ, состоящей из 65/35 KNO3+эпокси с добавками KClO4, FeO, Mg в стружке. Она-то и производит основную работу по диссоциации N2О и предварительного подплавления основной шашки. Дальше вступает в работу высвобожденный кислород и в камере начинается РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС. Нa воздухе стартовая шашка горит медленно (1.8 -2 мм/с). Попробуй обойтись формулой 75/25 с небольшой добавкой порошка Mg. Этого достаточно. Только отвердителя клади поменьше и смочи ацетоном компоненты. Но без излишества. Формовать в бумажном стакане или пластиковой силиконовой форме.

Да, запутался малость. Сейчас ясно вроде бы. Буду пробовать.

Bruno Berger добавил свои правила безопасности при работе с закисью азота.

http://www.spl.ch/publication/SPL_Papers/N2O_safety_e.pdf

Serge77> Bruno Berger добавил свои правила безопасности при работе с закисью азота.

Также очень интересный документ. Я всегда рассматривал закись азота, как серьёзный в обращении материал. Поэтому мой личный опыт аварийных отказов был сконцентрирован на микрогибридах. Как нибудь соберу и сфотографирую искорёженные части этих двигателей.

Serge77>> Bruno Berger добавил свои правила безопасности при работе с закисью азота.

Если мне не изменяет память за 6 лет было потеряно 5-6 микрогибридных двигателей. Стандартная ситуация: нештатное горение заряда в пироклапане, затыкание сопла нескреплёнными частями шашки. Заканчивается прорывом газов назад и поломкой перемычки над о-рингом уплотняющим шейку капсулы. В худшем случае, взрывом остаточных газов внутри капсулы и отрывом всего контейнера (на фото в центре ). Пластиковый двигатель был разрушен по небрежности в первом испытании: не отрегулированная высота иглы, пробивающую мембрану капсулы сделала процесс очень долгим. Камера за 5-6 с просто "потекла". А идея была сделать суперлёгкий (56 г) пластиковый многоразовый микрогибрид. Но работа с мокрогибридами (более 300 исп.) помогла сделать более надёжным функционирование ГРД больших классов. С ними пока не было аварий (тьфу-тьфу, не сглазить).
Отмечу, что ни один из аварийных случаев не был сопряжён с нарушениями ТБи не привёл к травматизму. Все испытания делались либо в ящике из оргстекла, либо на полигоне на безопасном расстоянии (пуск ракеты с микроГРД на комбинированном топливе, закончившийся перекрытием сопла оторванным Al вкладышем. На фото справа)

a_centaurus> Учитывая вышесказанное изготовил новую шашку большей массы на основе "рвакли". В смысле молотой туалетной бумаги. Мелется на мельнице как для папье-маше но мешается не с клеем, а с расплавом парафина... То есть с NOx должен прореагировать весь парафин и захватить ещё полимерной массы. Удалось набить 11 г парафина. Всего - 23 г+ 7 г стартовая шашка. Будет интересно сравнить два варианта.
На этот раз всё получилось, как было расчитано. 8 - секундное время тяги. Шашка сгорела вся. Почти синхронно с окончанием впрыска окислителя. График тяги - нейтральный. В среднем сила тяги была 35 N. Ровный прямоугольник. Гибридный двигатель работал как ЖРД. Соотношение (пока примерное) расхода окислителя к топливу - 4:1. Наверное, для данной модели это предел. Остальное покажут расчёты.
video:

foto: Me_H_150_01/pvc/paraffin grain after fire_test at 31.07.09

a_centaurus> На этот раз всё получилось, как было расчитано.

Поздравляю! У этого агрегата есть шанс полететь? Не хочется, что-бы еще одна ракета пылилась в гараже.

Anzoriy> Поздравляю! У этого агрегата есть шанс полететь? Не хочется, что-бы еще одна ракета пылилась в гараже.

Спасибо. Это на самом деле итог многолетнего труда.
Я думаю, что да. Есть смысл довести ракеты на этих двигателях до лётных испытаний. Тем более что на Solaris_H_150 сейчас мы собираем совместный эксперимент с участниками Foro de Coheteria Argentino. Grupo Artex передаёт мне для установки боротовой процессор с альтиметром. Попробуем собрать что нибудь в обтекателе. А Solaris_booster с камерой также достоин летать. На самом деле рано или поздно полетят все. И они не пыляться в гараже, а находятся в лаборатории в очень комфортных условиях. Просто ждут своего времени.

Обработанные данные испытания в графике: Thrust vs.Time. Особо странного не произошло. Площадь прямоугольника легко считается. It = 300 N*s. Для этой весовой категории это оочень хороший результат. Ну и Isp по самым скромным подсчётам близок к 200 s. Остальные данные на графике.

a_centaurus> Ну и Isp по самым скромным подсчётам близок к 200 s. Остальные данные на графике.

Черт, инет график не дает посмотреть, пишет деффицит трафика. Но и так видно, что все путем. Думаю видео прикольное будет.