ГРД:от тактики к практике. Часть II

упс, там опечатка.

Сборка рис.2

Пояснения:

Ось - Т-образная деталь справа.(рис.1)
Крышка - деталь слева.(рис.1)


З.Ы. Извеняюсь за такое количество ошибок и недочетов, уже 1.43 ночи, засыпаю.

Доброго времени суток уважаемый a_centaurus.

Подскажи пожалуйста, каким "приспособлением" ты сверлиш отверстия малого диаметра (ф меньше 1мм) в форсунках? Это Дремлер или обычный сверлильный с малым патроном?
И какова технология сверления такого диаметра (в бронзе марки БрАЖ4 или нерж. сталь 12Х18Н12Т). Интересуют обороты (примерно) и сама техника - постоянный нажим или легкими "тычками"?

Пробовал вчера сверлить на станке ф 0.5мм на оборотах 1200/мин, но сверло при начале работы (когда касалось заготовки) немного гнулось и центр уходил в сторону. Соответственно, при глубине прим.2-3мм ломалось. Засверлил потом центровочным сначала, но сверло лопнуло на выходе из заготовки с другой стороны. Что-то не верно делаю?

Так же вопрос про дренажный клапан. Какова техника притирки шарика (использую от подшипника)?

Заранее спасибо.

Bain> Сборка рис.2

Che, Bain, ты не с того начал. Сначала ты должен расчитать основные потоки компонентов топлива в привязке к давлению в редуктор/камера и общему импульсу, на который ты расчитываешь. Как я понал, ты собираешься использовать GOх. А делать ГРД. Тогда откуда такие дырки в форсунке??? Ты ведь не можешь использовать газообразный окислитель при больших давлениях. Процесс горения просто сдует. Алгоритмов расчёта такого двигателя существует достаточно много. Найди и посмотри. Я не смогу тебя направлять в этом вопросе. Тема посвящена разработке ГРД на закиси азота и шашках твёрдого топлива. Я тебе уже подсказывал, что с твоим проектом нужно писать в тему ГРД - общие вопросы.

FRC> Подскажи пожалуйста, каким "приспособлением" ты сверлишь отверстия малого диаметра?
Я сам уже обычно не сверлю отверстий в форсунках. Это делают в мастерской. Но техника сверления малых отверстий в вязких материалах хорошо известна. В однодырочном инжекторе такое отверстие сверлится на токарном станке с одной установки. С подачей охлаждающей жидкости. На малых оборотах. Многое зависит от сверла. Если будешь использовать Sandvik, успех тебе обеспечен. Многодырочные форсунки (3х1.0 ммх120º) сверлили на фрезерном станке. Только splash disk я закладывал из углеродистой стали. Теперь сделаю из бронзы с отверстиями 0.75 мм. Конечно же, никакой "Dremler" (Dremel is correct) применять нельзя. На простом сверлильном станке необходимо применять кондуктор сверла. В домашних условиях можно взять пластинку дюраля. Сделать сандвич. Можно с двух сторон. Также помогает обдув места сверления струёй воздуха. Поскольку поломки происходят из-за попадания стружки. Чтобы избежать этого, также необходимо сверлить с поднятием патрона. Но без толчков. Очень помогает терпение и выдержка. И постарайся не делать канал более 2 мм. Есть техника, позволяющая обойти проблему. Можно использовать инжекционные иглы. Так, 0.5 мм можно получить от мед. иглы диаметра 0.75 -0.8 мм. В бронзовой детали сверлится отверстие 1.0 мм, туда вставляется отрезок иглы большей длины с запасом. Затем сборка пропаивается ПОСом (можно с 2% Ag) с кислотой. Паять можно горелкой. После пайки торцы прошлифовываются и промываются. Для экспериментального этапа такая техника хорошо работает. То есть, ищи готовые трубки. Жиклеры для карб. двиг. также хорошо работают.
Шарик не притрёшь. И зачем? Ведь дренажный клапан должен травить всё время. Ведь лётный бак не расчитан на большие давления. Попробуй для начала др. клапан на базе жиклёра с впаянной мед. иголкой 0.2 мм

a_centaurus> Спасибо за ответ. С кондуктором я как-то не додумался
С иглами я рассмотрел вариант, но есть желание избежать "промежуточных" операций. Если можно просверлить, то пусть так и будет. Заодно руку набью.

a_centaurus> Шарик не притрёшь. И зачем? Ведь дренажный клапан должен травить всё время. Ведь лётный бак не расчитан на большие давления. Попробуй для начала др. клапан на базе жиклёра с впаянной мед. иголкой 0.2 мм

Просто я расчитывал закрывать клапан перед стартом для повышения/регулировки давления в баке. Естественно контроль по манометру. В общем-то сделать этот клапан сразу регулируемым - вопрос нескольких часов работы.

Да, забыл спросить, не замерялась ли температура в критике сопла? Какой хотя бы порядок в Цельсиях? Вопрос связан с изготовлением вставки. Хотел попробовать сделать ее не из пирографита (оранизационные сложности), а из состава (пудра из шамотно-волокнистых кирпичиков ("легковес") на связке алюмосиликатного клея НС-2. Оба компонента есть, давно их применяю для литья Al. Получается при пресовании очень, я бы сказал, ударопрочная, масса. Опытным путем (пропано-кислородной горелкой) выяснил, что пламя горелки (2500С примерно) держит без разрушения секунд 10-15. Но "унос" потоком газа, конечно, проверить нечем было.

FRC> Заодно руку набью.
Правильное решение.
FRC> Просто я расчитывал закрывать клапан перед стартом для повышения/регулировки давления в баке. Естественно контроль по манометру. В общем-то сделать этот клапан сразу регулируемым - вопрос нескольких часов работы.
Криогенная жидкость в баке находится в равновесном состоянии. То есть, испаряясь, пар охлаждает стенки бака и свободный обьём и тем самым... уменьшает скорость испарения. Давление при этом поддерживается на примерно одном уровне. В течение нескольких минут (в среднем 5-10 мин), достаточных для перехода от заправки и установки ракеты на статовую позицию до пуска двигателя, успевает испариться через клапан где-то до 1-3% окислителя. Как говориться, "не стоит огород городить". Тем более, "контролировать давление по манометру". В какой точке ты его установишь? И что считаешь с его показаний? Ведь давление паров над мениском в свободном обьёме будет более менее постоянным, хотя количество жидкости уменьшается. В больших двигателях уровень закиси контролируется по дренажной трубке. И ещё. Представь себе, что на старте произошёл отказ системы игнитора. Нужно снимать двигатель, отсоединять бак, разбирать узел... А дренажный клапан закрыт. И ты забыл, что дренажный клапан закрыт. В спешке так бывает.

FRC> Да, забыл спросить, не замерялась ли температура в критике сопла?
Температура в истекающей струе - до 3000 К. Вопрос в теплообмене. И эррозионной способности продуктов истечения. А в случае NOх/полимер она небольшая. Если бы ты прочёл внимательно начало это топика, то узнал, что я специально не закладывал графитовое сопло в конструкцию минигибрида. Разработанное составное сопло имело вставку из обрабатываемой точением керамики и/или углеродистой стали. И то и другое успешно работало. Правда, керамика держала только одно испытание и трескалась. Сталь - несколько. Эррозия была заметной после 2-3 испытаний. Да и то, когда вставка была с диаметром (5.6 мм), заметно меньшим, чем диаметр проходного канала, где она устанавливалась (8 мм). Думаю, что твой рецепт вполне годится. По крайней мере, в качестве одноразовой детали пойдёт. Даже будет очень интересно узнать о применимости такой технологии. Пробуй.Я, правда, каюсь, в конце-концов поставил шайбу из графита. Но это просто потому что у меня есть готовые, нужного диаметра (внешнего). Просверлил отверстие и готово. Но, повторяю, графит - не догма.

Доброго времени суток a_centaurus
Возникло несколько впросов по изготовлению пироклапана.
1.Какой зазор на диаметр оставлять между стержнем клапана и направляющей с учетом температурных, мягко говоря, колебаний? И с поправкой на то, что направляющая из Д16Т, а сам запорны элемент из 30ХГСА стали? Опасаюсь чо при малом зазоре, может заклинить поршень, а при бо'льшем - при открытии клапана, "потечет" закись мимо форсунок.
Судя по фотографии, герметичность достигается жесткими О-рингами на штоке плапана. А вот как избежать утечки через направляющую при открытии клапана? Рассчитывать на то, что давлением клапан прижмет вниз и он закроет своей широкой частью зазор?

2. Из какого материала О-ринги? Подойдет ли маслобензостойкая резина?

И еще вопрос: на фото отмечены 2 отверстия. К сожалению я не смог разглядеть крепежные они или еще для чего-то ?

FRC> И еще вопрос: на фото отмечены 2 отверстия. К сожалению я не смог разглядеть крепежные они или еще для чего-то ?

Я тебе в основном ответил в другом топике. Отверстия эти для монтажа. Под специальный ключ. Скобка формы "П". Обычно я использую свой старый, ещё в советские времена полученный в нашем ОКБ, пинцет. Теперь таких не делают. Особенно на Западе.

a_centaurus> Я тебе в основном ответил в другом топике. Отверстия эти для монтажа. Под специальный ключ. Скобка формы "П".

Понял, спасибо. Да, пожалуй в такой шайбе состав проще прессовать. Потом установил в камеру (поджав шток клапана) прижал к ней топливную шашку (функция уплотнения) и все. Удобно, надежно. perfecto solución, так по-испански?

FRC> Понял, спасибо. Да, пожалуй в такой шайбе состав проще прессовать. Потом установил в камеру (поджав шток клапана) прижал к ней топливную шашку (функция уплотнения) и все. Удобно, надежно. perfecto solución, так по-испански?

Lo correcto sea asi:"la solucion es perfecta". "la solucion" - женского рода, поэтому - "perfecta".

Испытан "tribrid". То есть в схеме ГРД Ме_H_150_01 (однопортовый инжектор) была использована шашка гетерогенного типа. Её состав: KNO3+KClO4+FeO+Mg+epoхy resin. Обычно я этот состав использую для пусковой шашки. Конструктивно рабочая шашка была выполнена на основе PVC трубки, внутрь которой и было запрессовано вышеуказанное гетерогенное топливо. PROPEP давал такому топливу с добавкой PVC и жидкого окислителя N2O Is=205 s. В общем-то ничего особенного, поскольку обычный nylon+NOx дают 220 с. Но вот захотелось проверить теорию практикой. Понятно, что пусковая шашка такому "гибридному гибриду" вроде как и не нужна. Второе испытание по ходу было сделано небольшой 1 л бутыли, предназначенной для полигонных испытаний. В неё было налито 560 г закиси, а уж затем из неё был заправлен бак. Учитывая довольно прохладную погоду (+2ºЦ) удалось заправить около 180 г. Совсем неплохо, учитывая стандартную рабочую загрузку бака около 150 г. Съёмка видео велась цифровой камерой высокого разрешения, 40 мб архив которого я пока не знаю как сжать. Впрочем, особых отличий от других испытаний этого двигателя, кроме необычно большого и долгого факела дожигания газообразной фракции и не было. Тяга записывалась на стенде. График прилагается. Форма его стандартная, с пиком от срабатывания пироклапана. Но вот уровень тяги необычно низкий, хотя и долгий - 5.5 с. И достаточно ровный. Правда, для первого раза поставил самую крупную (из имеющихся в наличии) вставку в сопло - 7.8 мм. Поэтому давление было сравнительно низким. Короче, пока заметных преимуществ от такой схемы не получено. Осталось испытать этот двигатель с Al booster и уже остановиться на первой, вполне работоспособной схеме, проверенной в нескольких испытаниях. Напомню, что этот двигатель предназначен для ракет Solaris, описываемых в другой теме.

На фото (screen shot from video) факел от дожигаемого окислителя.

a_centaurus> Испытан "tribrid".
a_centaurus> На фото 2: шашка
Фото 3: дренаж линии.

a_centaurus> Фото 3: дренаж линии.
Это так давление стравливаешь или просто утечка случилась?

Стенд интересный (не только он, конечно, но и программа фиксации параметров). Если не секрет, движение вверх "рамки" с двигателем обеспечивается линейным подшипником или как?

a_centaurus>> Фото 3: дренаж линии.
FRC> Это так давление стравливаешь или просто утечка случилась?
Дренаж линии перед тем как снять колпачок фиттинга с клапана заправки бака. После закрытия крана на баллоне в шлангах остаётся жидкая фаза под тем же давлением. Поэтому в одном из фиттингов предусмотрена возможность частичного рассоединения. Просто подвижная вставка с конусом. Чтобы шланг не вращался. Одним ключом держишь, вторым крутишь. После дренажа отсоединяю шланг и на его место ставлю колпачок с заглушкой. Поэтому мне не важно, если заправный клапан травит через замёрзшую пружину с шариком. Закрыл и забыл.
FRC> Стенд интересный (не только он, конечно, но и программа фиксации параметров). Если не секрет, движение вверх "рамки" с двигателем обеспечивается линейным подшипником или как?
Нет там никакого подшипника. Дюралевый стержень с бронзовым толкателем, установлен в цилиндрическое отверстие подошедшего по размерам и массе какого-то лабораторного устройства. И давит (когда есть тяга) на рамку с наклеенным "strain gage". От неё сигнал через кабель вводится внутрь лаборатории и подаётся на вход усилителя. Далее с него - на цифровой осциллограф с памятью. На стержне колпак с тремя винтами под 120º. Ими зажимается испытуемый двигатель. Положение как вверх соплом, так и вниз. Как сейчас. Поправка на вес державки и пустого двигателя вводится в программу.

a_centaurus>... В больших двигателях уровень закиси контролируется по дренажной трубке...

Доброго времени суток. Пока "творческий" кризис, перечитываю твой топик. Много ответов нашел, а раньше не видел. Все же ум человека, станная штука....

А какова техника контроля уровня закиси по трубке дренажа? Рисую, но понять не могу. Когда литься начала, тогда хватит, ты это имел ввиду?

a_centaurus>>... В больших двигателях уровень закиси контролируется по дренажной трубке...
FRC> Доброго времени суток. Пока "творческий" кризис, перечитываю твой топик. Много ответов нашел, а раньше не видел. Все же ум человека, станная штука....
FRC> А какова техника контроля уровня закиси по трубке дренажа? Рисую, но понять не могу. Когда литься начала, тогда хватит, ты это имел ввиду?

Читай. Я стараюсь описывать все нюансы. Чтобы можно было повторить как конструкцию, так и технологии.
Дренажная трубка устанавливается нижним краем по расчётному уровню заполнения. Тогда, появление жидкой фазы (капельная переохлаждённая струя) на срезе трубки будет означать заполнение бака. Не забывать, что давление и плотность NOх есть функция установившейся температуры стенок. Поэтому д. клапан должен иметь возможность регулировки уровня. Естественно, бак должен заправляться в вертикальном положении.

Решил попробовать парафин. Уж очень складно звонит Karabeyoglu из Stanford. Шашка будет пока иметь форму вкладыша на матрице из поролоновой пластинки, пропитанной жидким парафином. Потом, посмотрим. Под руками был парафин для сцинтилляторов. Он и пошёл в дело. По крайней мере в нём нет твёрдых примесей. После отверждения обнаружилось, что пластичность у такой системы нулевая. Так что, чтобы согнуть пластинку в цилиндр, пришлось нагревать её на воздушной бане. Цилиндр был вставлен в трубку из PVC - одну из предназначенных для минигибрида и заклеен цианакриловым клеем. Без крепления такой вкладыш (бывало не раз с фольгой) может сдуть к сопловому отверстию и закрыть его... Со всеми вытекающими последствиями. На фото: шашка с образцами топлива. Шашка на срезе с установленным вкладышем. Масса ПВЦ - 12 г. Масса парафина - 5 г. Масса матрицы - 0.2 г.

a_centaurus> Решил попробовать парафин.
Развитие техники производства парафиновой шашки. Как раз накануне мне прислали образцы материалов, используемых как вкладыши к фильтрам. Давно была высказана идея использовать их как матрицы для наполнения топливом. Наиболее подходящим видится гофрированный, тонкого сечения, валяный полимерный материал. Первая проба была значит с парафином. Поскольку изготовление шашки из парафина только видится таким же простым как свечка. Но это не свечка. По условиям эксплуатации шашка должна иметь определённую жёсткость при наличии канала/каналов, не выпотевать и не "плеваться" при горении в камере. А также не сползать от нагрева... Всё подразумевает некий жёсткий каркас. Но этот каркас должен быть лёгким, не варьировать условия в камере при участии в горении и не занимать много обьёма. Поролон меня не убедил. А вот новый материал по крайней мере при изготовлении показал себя блестяще. ТП изготовления шашки твёрдого топлива для ГРД был произведён следующим образом: 1-из гофрированного полотна был выкроен лист, по длине равный длине стакана из 1" PVC трубки, а по ширине умешающийся в собранном виде в окружность трубки; 2 - растоплен на воздушной бане парафин; 3 - лист гофрированного материала опущен в расплав; 4 - достигнута полная пропитка листа расплавом; 5 - лист уложен на лист бальзы и сжат для достижения обьёмной матрицы; 6 - матрица установлена внутрь стакана и "облизана" источником сухого тепла. Так получился первый прототип рабочей шашки на парафине со структурой поперечного сечения "wagon wheel" - идеальной для небольшого ГРД с монопортовым инжектором. Впечатляет коэффициент заполнения этой матрицы парафином. При собственном её весе в 0.5 г вес парафинового компонента достиг 9.5 г! И это ещё не предел, поскольку остались полости у стенок. Их легко заполнить жидким расплавом. Весовые параметры такой шашки: Mgrain = 16.5 g. Mpvc = 6.5 g. Mfoam= 0.5 g. M paraff = 9.5 g. Естественно, к ней будет приклеена стартовая шашка композитного топлива в 6-7 г. Подождём испытаний на стенде.

a_centaurus>> Решил попробовать парафин.
a_centaurus> Развитие техники производства парафиновой шашки.

a_centaurus>> Развитие техники производства парафиновой шашки.

Поскольку парафиновая шашка на полимерной матрице изготавливается достаточно тривиально (см. технику вверху), а микро ГРД всегда готов к работе, то и первые огневые испытания были сделаны именно с Ме_H_10_01. Несколько фото: 1 -подготовка двигателя к о.и. 2 - после испытаний. Видео не снималось по причине тёмного времени суток. Запись на стенде делалась в положении соплом вниз. Данные полученные из графика показывают высокую эффективность вышеописанной техники. Для сравнения: график тяги этого же двигателя с обычной полимерной шашкой. Выигрыш по Isp ок. 10%. Раньше такие значения получались только с вкладышем из Al Foam.

a_centaurus> 2 - после испытаний.

Хорошо видно, что вкладыш сгорел полностью.

a_centaurus>> 2 - после испытаний.
Thrust vs.Time curves. Paraffin vs.Nylon

a_centaurus>>> 2 - после испытаний.
a_centaurus> Thrust vs.Time curves. Paraffin vs.Nylon

Отлично, я всегда говорил парафин - forever!
Собственно, форум нашел 7 лет назад при изготовлении большого гибридника с парафиновым топливом.
До сих пор валяются части от него.