РДТТ конструкции технологии материалы - XVII

Пламя крутое получилось Подробности на моем сайте

Последователем Вернера фон Брауна и Циолковского стал пол года назад. Сейчас нахожусь на этапе одноразовых бумажных дигателей на сорбитовой карамели. В качестве сопла - рублевая монета с отверстием 4 мм. Вопрос возник такой - после использования двигателя сопло из 4 мм превращается в ~15 мм. Это нормально?

>Serge77 Ну и мастер ты на странные теории ;^))

Да ничего странного, всё как в книжках

>Full-scale Удельный импульс в начале работы двигателя тоже будет сильно занижен из за низкого давления. Как следствие всего этого двигатель с длинным каналом получается неэффективным. Длинный канал может с успехом применяться только с соплом имеющим прогнозируемую эрозию. Эрозия сопла должна компенсировать рост давления в двигателе.

Так было бы, забей мы на реальность в виде закона горения топлива и эрозионную скорость горения топлива, а не сопла.
Раньше я забивал, и зря, очень зря, осебенно для любителей выщипывать блох из УИ

К большому моему сожалению пока не могу наглядно показать следующее:
Давление в цилиндрическом заряде максимально в любом случае вначале горения при неизменной геометрии сопла.
И это очень просто, так как давление в канале прямопропорционально расходу газа через сечение канала и обратнопропорционально площади сечения канала. Теперь начинаем увеличивать равномерно радиус канала. Получаем следующее: площадь горения цилиндрической поверхности канала растёт прямопропорционально радиусу канала, а вместе с ним также растут и расход и давление; а вот площадь сечения канала растёт в квадрате радиусу канала, следовательно пропускная способность канала увеличивается быстрей, чем растёт в нём газовый напор по мере строго цилиндрического выгорания топлива. Давление при этом падает.
Так было бы, если давление было постоянным по длине канала, но это просто бред.
Давление очень непостоянно по длине этого канала.
Если представить простой свободный, без корпуса, цилиндрический заряд, то давление на выходе из канала будет равно атмосферному, в вверху его может составлять сотни атм в зависимости от его длины.
Это возможно в случае мгновенного возгорания всей поверхности канала в начальный момент времени.

Также хорошо известно, что линейная скорость горения топлива имеет степенную зависимость от давления, чем больше показатель степени в законе горения топлива, тем быстрей растёт эта скорость с увеличением давления.
Получается, что при непостоянном давлении по длине канала и скорость горения топлива будет также непостоянна. Она будет максимальна вверху заряда и минимальна на выходе из канала, где давление в случае отсутствия сопла равно атмосферному в начальный момент времени горения.
Вот и вывод: верхняя часть цилиндрического заряда выгорает быстрей, чем нижняя. Наличие сопла, лишь немного сбивает разницу давлений по длине канала, за счёт поднятия давления на подходе к соплу, что также вызывает рост давления и вверху канала.

Эрозионное горение - это следствие более интенсивного теплового обмена между газом и толщей топлива, за счёт скорости обтекания горящей поверхности продуктами сгорания. Чем больше эта скорость газов, тем интенсивнее теплопередача в толшу топлива, что приводит к увеличению разгара топлива и поднятию его линейной скорости горения уже не за счёт давления, а за счёт турбулентного течения газа.
Скорость газа минимальна вверху цилиндрического заряда, равна нулю, а на выходе из него - максимальна, а вместе с ней и максимальна эрозионная скорость горения топлива.
Получается, что градиент давления по длине канала увеличивает скорость горения топлива вверху, а градиент скорости течения газа увеличивает эрозионную скорость горения внизу заряда. В целом регулируя геометрию цилиндрического заряда, можно получить практически любой закон горения, в том числе и почти постоянный, что хорошо видно на примере шаттловских бустеров.

Ведь градиенты скоростей горения давления и эрозии по длине канала могут сложиться практически вровень, а постоянство расхода по мере увеличения радиуса горения канала будет поддерживаться спадом давления и уменьшением линейной скорости горения топлива вместе с увеличивающейся площадью горения.

Это некоторый идеальный случай геометрии, но в нашей практике классической карамели всё очень далеко от него. Причина проста: стандартная карамель горит чудовищно быстро, двигатель работает всего 1-3с!
При таких параметрах скорости горения топлива газовый напор в канале огромен, поэтому нужно делать очень маленькую длину цилиндрического заряда, чтобы получить равномерное его выгорание. По моим прикидкам длина заряда не должна превосходить его наружного диаметра, но зависит от габаритов заряда.

Другой далеко выходящий за рамки этой теории двиагтель - это бессопловик Сержа. Имеет очень узкий и длинный канал. Ничего в общем-то тут необычного нет, ещё в книжках про карамельное топливо было написано, что тонкий и длинный канал заставляет гореть карамель по конусу и повышает скорость выгорания по торцу, дабы компенсировать более низкую скорость горения топлива, чем у ЧП для того, чтобы сохранить расход. Для простых случаев, чтобы не париться, как я с геометрией и ловить каждый миллиметр, такие двигатели расчитаны на большой расход. Даже если его создатель просчитается с соплом, будет низкое давление или неверное расширение или ещё что-то не так, такой двигатель всёравно даст хорошую тягу, за счёт расхода, но время его работы будет маленьким.
Тут интересен тот факт, как именно происходит формирование конического горения в таком двигателе, ведь конуса изначально нет.
Понятно, что эрозия большая просто огромная, а сжатый воздух в канале не воспламеняет его весь сразу, так как не нагрет достаточно и находится в застойной зоне.
Если попытаться воспламенить такой канал вверху, то вся поверхность канала всёравно сразу не вспыхнет, зато есть некий предел, при котором давление в канале повыситься на столько в момент возгорания поверхности канала, что создаст скачок уплотнения (ударную волну), которая пойдёт очень быстро к выходу из канала. Образование такой волны может произойти за время 0,01-0,001с. Эффект прохождения такой волны приведёт к падению давления за ней и во всём канале до давления ниже атмосферного, и очень резко, что приведёт к сильному оттоку тепла с частично воспламенённой поверхности и она погаснет. Можно предположить, что при подходе к выходу из канала, эта волна всёже не сможет опустить давление в канале на выходе из него после его прохождения ниже порога воспламнения, так как по мере движения по каналу, волна теряет свою силу. Поэтому после этого останеться горящая поверхность канала на самом выходе из сопла, что равносильно воспламенению этого заряда не вглубине канала, а на его входе. Длина оставшейся воспламенённой поверхности может быть разной, и может вызвать сильную эрозию, что быстро вызовет разгар у выхода из канала, до конуса. И потом далее всё будет мерно догорать по конусу до самого верха заряда. Наличие сильной эрозии хорошо заметно по высокому давлению в момент начала работы таких двигателей (хорошо видно на графиках тяги), так как высокое давление создаёт высокую скорость течения газов к выходу. Очень важно, что всё это происходит очень быстро за сотые доли секунды, поэтому важно учитывать упругость газа и его инерционные эффекты.

>Атмосфера Про топливо ПХА/алюминий не скажу, не пробовал. Вроде, погорячее топливо, да и абразив от продуктов окисления алюминия в струе будет, наверное, хорошо бы вставку в критику делать.

А насколько обжиг глины повышает её стойкость к прогару, хотя бы примерно?
Есть подозрение, что этот материал размягчается в районе сужения сопла за время 1,5-2с под давлением 20-30атм, а потом его просто сдувает, причём резко.

>Fire Недавно придумали бумагу, прочность которой приближается к прчности стали.

Прочность - показатель который не может однозначно определить качество материала в данном случае.
Какая плотность у неё?

>vambambigalo Вопрос возник такой - после использования двигателя сопло из 4 мм превращается в ~15 мм. Это нормально?

Более чем нормально, теплопроводность большая, объём маленький, нагревается моментально, а потом жидкость сдувает легко.

>Максим656565 Реально ли склеить из бумаги гильзу которая выдержит 30атм??? Какая толщина стенок у бумажной гильзы в таком случае должна быть???

Ну если умеешь клеить многослойные цилиндры, то более чем реально
А вот соотношение внешнего и внутреннего диаметров для ватмана для давления 30атм: 1,06
Надеюсь в 30атм входит запас прочности?

Люди, а кто пробовал дюралевые сопла делать? Есть предположение, что при достаточно толстых стенках эррозия сведется к минимуму за счет высокой теплопроводности сплавов с высоким содержанием аллюминия. При этом масса полученного сопла будет гораздо ниже стального.

>SashaPro А насколько обжиг глины повышает её стойкость к прогару, хотя бы примерно? Есть подозрение, что этот материал размягчается в районе сужения сопла за время 1,5-2с под давлением 20-30атм, а потом его просто сдувает, причём резко.
Мои наблюдения таковы(при примерно одинаковых прочих параметрах двигателей): если глина не обожжена, то связь между её отдельными частицами незначительна, и критику просто "сдувает", быстрей, чем слои успевают нагреваться. Вскрытие таких движков показывает огромную эрозию(фото:Мах эрозия), причём края критики не обожжены, они сухо-крошащиеся. В расширяющейся части такого сопла, где абразивный унос материала, вероятно, ниже - слои успевают прогреваться быстрее, чем их уносит потоком; при этом непрочная необожжённая глина от стремительного и значительного теплового расширения, сдавливаемая холодными глубжезалегающими слоями, начинает выкалываться оспинами, обнажая их. При ближайшем рассмотрении отработавшего сопла так же наблюдается необгоревшая поверхность, сильно изъязвлённая выколовшимися участками, между которыми присутствуют четкие очертания границ(фото:Выкалывание; прошу прощения за качество, это давно, на сотовый).
Обожжённые же сопла более устойчивы к абразивному износу, критику размывает гораздо меньше, успевает сказываться воздействие высокой температуры на поверхностные слои. Теплопроводность обожжённой глины так-же мала, и за время работы двигателя поверхность стекания, теперь не сдуваемая так быстро, успевает неглубоко прогреться, но не выкалывается, а лишь покрывается сетью неглубоких трещин типа паутинки(фото:Паутинка). Поверхность(как-то я уже писал) при сильном увеличении выглядит выветренной: удерживаемые остеклованным слоем, из последнего торчат грани прикрывающих его более тугоплавких частиц(собственно, введение шамота - молотой тугоплавкой керамики(фарфор, огнеупорный кирпич от облицовки котельной) - не только повышает огнеупорность глин при сохранении малой температуры обжига "на коленке", но и уменьшает тепловое расширение, что является основным способом совершенствования любительских керамических сопел). Расширяющаяся часть сопла из обожжённой глины вообще не несёт следов видимого износа. Вообще для карамели и малого(1.4сек) времени работы мне хватает 1-2мм эрозии в диаметре для 70грамм канальной шашки, это как-то компенсирует увеличивающуюся площадь горения.

К стати, версию пульсирующего горения я всё-же тут видел, там было что-то о конденсации стекающего к соплу топлива => закупорка => повышение давления => разгорание => сопло прочищается => давление падает => затухание => и так по циклу.

Фото

Вот она, виртуальная реальность
Сам придумал теорию, и сам в нее верю. И счастлив.
А дурачки всякие исследования проводили годами, книжек всяких дурацких написали.
Не читай не в коем случае