ГРД:от тактики к практике. Часть II

Испытание было успешным, хотя вначале пришлось остановить заправку и слить уже на треть заполненный бак. Травил о-ринг на пироклапане. Забыл поменять после нескольких использований. Бак и камера в результате переохладились до выпадения инея. Процесс деренажа был следующим. После отсоединения камеры и подтверждения версии отказа, в заправной клапан была вставлена трубка подходящего диаметра, через которую закись в двух фазах (ок. 40 г) вышла в атмосферу. После этого камера была нагрета до комнатной температуры (на печке), клапан демонтирован и заменён о-ринг. После смазки мостик воспламенителя был тестирован омметром, двигатель был собран и подготовлен к заправке. Вся операция заняла 10 мин. На самом деле это вполне штатная ситуация и нужно к ней быть готовым как технически, так и психологически.
Следующим будет испытан вариант двигателя с 3-инжекторным клапаном. С такой же шашкой. Ожидается более высокая амплитуда тяги и более короткое время работы из-за повышенного расхода окислителя через данный инжектор.
На фото: высокотемпературный факел от парафина на первой секунде работы.

a_centaurus> нужно к ней быть готовым как технически, так и психологически.

Да, особенно в полевых условиях.

a_centaurus> Следующим будет испытан вариант двигателя с 3-инжекторным клапаном. Ожидается более высокая амплитуда тяги и более короткое время работы

Ты делаешь это с определенной целью или для эксперимента? ИМХО если все пройдет так как ты ожидаешь, данную конфигурацию можно для первой ступени юзать.

Anzoriy> Ты делаешь это с определенной целью или для эксперимента?

Эксперимент, как последовательность действий, ведущих к получению некоей информации, всегда имеет цель. Эта цель - открытие или подтверждение свойств предмета или явления.
В данном конкретном случае - это экспериментальная проверка уже открытых свойств парафина, как ракетного топлива, в целях адаптации этого материала для собственной конструкции гибридного ракетного двигателя. Этот двигатель был изначально выбран для первой ступени ракеты S_H_2S. Кроме того для версии одноступенчатой ракеты с полезной нагрузкой (камера)на борту: S_H_booster. Сейчас прорабатывается версия другой ракеты калибра 55 с этим же двигателем также с полезной нагрузкой на борту (альтиметр+...) . Эта ракета легче на 1 кг, поэтому с этим двигателем её потолок около 1000 м.

a_centaurus> Эксперимент, как последовательность действий, ведущих к получению некоей информации, всегда имеет цель. Эта цель - открытие или подтверждение свойств предмета или явления.
В подтверждение этого философского тезиса о целесообразности эксперимента.
Поскольку ракетный двигатель, прежде чем он будет установлен на ракету, должен пройти стендовые испытания, с получением информации как о своём нормальном функционировании, так и тяговых характеристик, эксперименты с комбинациями парафиновой компоненты в шашке твёрдого топлива будут продолжены. На 4 имеющихся в наличии ГРД. Цель испытаний и экспериментов с конструкцией шашки - добиться максимальных рабочих характеристик двигателей перед лётными испытаниями в составе разрабатываемых ракет. Были изготовлены 4 шашки для 2 мини ГРД (Me_H_150_01/02) и для 2 микро ГРД (Me_H_10_01). Шашки для "мини " изготовлены в стаканах из 20 мм водопроводной PVC трубы. Шашки для "микро" - в использованных шашках из нейлона. Использовался состав из расплава парафина с молотой бумагой. Способ изготовления - литьё с последующим формованием канала деревянной палочкой. Формование канала производилось после остывания расплава. Плавка производилась в воздушной бане при температуре потока 150ºC. Удалось изготовить шашки массой ок. 25 г. Учитывая результаты последнего испытания, это почти идеальная масса топливной шашки для имеющейся массы заправленного окислителя. Ожидаемое соотношение расходов О/F - 5:1. Также, учитывая полное сгорание такой шашки в камере, предусмотрено использование дополнительного аблационного теплоизолирующего покрытия из нескольких слоёв бумаги. Это позволит избежать перегрева стенок камеры.

a_centaurus> В подтверждение этого философского тезиса о целесообразности эксперимента.

a_centaurus>> В подтверждение этого философского тезиса о целесообразности эксперимента.

a_centaurus> Цель испытаний и экспериментов с конструкцией шашки - добиться максимальных рабочих характеристик двигателей перед лётными испытаниями в составе разрабатываемых ракет.

Здесь ты прав на все сто. У меня часто бывало - сделал движок протестил, все путем. Слепил ракету, запустил. А параллельно с движками работал, и выяснил, что можно гораздо лучше сделать. Интерес к ракете мгновенно пропадает, надо переделывать или новую строить. Так что, желаю тебе переплюнуть достигнутый результат.

a_centaurus> Следующим будет испытан вариант двигателя с 3-инжекторным клапаном. С такой же шашкой. Ожидается более высокая амплитуда тяги и более короткое время работы из-за повышенного расхода окислителя через данный инжектор.
a_centaurus> На фото: детали испытания
Провёл запланированные испытания 3 - форсуночной версии (с динамическим клапаном) Me_H_150_02. Пока с 70% заправкой окислителем. Испытание было удачным. Двигатель отработал штатно, показав почти с 100% точностью запланированные результаты. Хотя горение сильно отличалось от 1-форсуночной модели. На графике видны сильные флуктуации тяги, особенно в первые секунды работы. Это сопровождалось сильным дымлением. Очевидно узкий канал парафиновой шашки не позволил эффективно использовать разнесённые от центра 3 потока окислителя. Могли образоваться дополнительные каналы, пробитые в шашке... Также после анализа пришло решение убавить в размерах (по длине) стартовую шашку и увеличить длину шашки твёрдого топлива. По форме графика также можно сделать вывод о недостаточном количестве окислителя в рабочем процессе, начиная со 2 секунды. Можно предположить существование резерва по performance при полной заправке бака окислителем и добавке в "лишние" 10 г твёрдого топлива. Также возможна замена полимерного стакана на более тонкий, так как бумажная теплоизоляция, использованная в этом тесте, отработала прекрасно. Это даст около 30% добавки эффективного топлива парафина. То есть дальнейшая оптимизация двигателей этого проекта будет продолжена. Можно видеть, как внутри уже существующего дизайна можно менять некоторые параметры, чтобы увеличить выход по импульсам. После испытания двигатель легко разобрался руками. Повреждений не обнаружено, за исключением сгоревших о-рингов. Результаты на таблице графика.

a_centaurus>> На фото: детали испытания

New filling line

a_centaurus>>> На фото: детали испытания
After fire test:

Video: http://albe76.newmail.ru/Me_H_150_2_st_06.08.09_paraf.MPG

xxx

a_centaurus> video:
a_centaurus> http://albe76.newmail.ru/Me_H_150_1_st_31.07.09_paraf.MPG
Исправил ошибку в индикации двигателя на ссылке видео: это была модель Me_H_150_01. С однофорсуночным иинжектором. А то второе видео с испытания модели Me_H_150_02 с трёхфорсуночным иинжектором было с тем же индексом.

Испытан Ме_Х_150_01 с шашкой нового дизайна (масса парафина 22 г вместо 12) и инжектором 1.8 мм (вместо 1.3 мм). Цель: оптимизировать рабочий процесс в двигателе для достижения значения средней тяги Favg = 50 - 70 N, необходимой для надёжного подьёма двухступенчатой ракеты или бустера с приборным отсеком. Новая шашка была сделана на базе стакана из тонкостенного PVC. Длина топливной шашки увеличилась за счёт сокращения длины (и массы) стартовой шашки. Диаметр инжектора выбран из имеющихся пока в наличии. К тому же было интересно сравнить работу двух версий двигателя с 1 и 3 форсунками одной эффективной площади. Было заправлено в бак 160 г (95% от макс. возможного)окислителя. Зажигание двигателя было обычным, быстрым . Двигатель сразу вышел на режим и выдал длинную ослепительно белую струю выхлопа, сопровождавшуюся очень высоким уровнем звука. Пришлось прикрыть окно (наблюдение через перископ) , поскольку давление звука было болезненным. Тяга в максимуме достигла 90 N, а время работы 4 s. Маловато будет. Особенно после достигнутых 8-6 s. После анализа данных и видео было сделано заключение о слишком высоком потоке окислителя, при котором очевидно не было достигнут оптимальный режим горения сравнительно большого количества (O/F=4:1) углеводородного горючего. Ну а данные в таблице. Для сравнения график этого теста помещён рядом с другим, этого же двигателя. В общем хорошо видно как можно оптимизировать ГРД в рамках имеющегося дизайна, меняя некоторые параметры.

a_centaurus> Испытан Ме_Х_150_01 с шашкой нового дизайна

a_centaurus>> Испытан Ме_Х_150_01 с шашкой нового дизайна

a_centaurus>>> Испытан Ме_H_150_01 с шашкой нового дизайна

То же для модели Me_H_150_02 с 3 форсунками. На этот раз заправил 100% окислителя. РП в этом испытании мало чем отличался от 1 форсуночного с такой же шашкой. Практически те же показатели. И уже стало ясно, что оба двигателя не дорабатывают в конце из-за "выплёвывания" подплавленного пластикового стакана, в который отливалась шашка из парафина. Скорее всего контакт со стенками не даёт нужной температуры возгонки материала и стакан просто выдавливается остаточными газами через сопло. При этом процесс резко обрывается. Может особой прибавки и небудет, но по надёжности лучше будет использовать бумажный стакан. Он будет лучше теплоизолировать стенки, да и парафина пару граммов можно будет ещё добавить.

Видео: http://albe76.newmail.ru/Me_H_150_2_st_20.08.09_paraf.MPG

or:

График: сравнение двух моделей.

График2: сравнение двух моделей с возможностью управления РП. Так, первый, более медленный и протяжённый, годится как маршевый. Второй, более быстрый и с большей средней тягой, подходит для первой ступени.

a_centaurus>>>> Испытан Ме_H_150_01 с шашкой нового дизайна

Приветствую Александр.
На видео испытаний, работа двигателя сопровождается большим количеством искр. Когда я испытывал, наблюдал такую же картину, но у меня топливо было с селитрой + выносило покрытие сопла. А здесь что? Бумажный наполнитель шашки?

А стакан/гильза для шашки разве не должна сгорать? Если такое дело (выталкивает остатки из КС), то такая проблема должна сопровождать и обычные шашки из труб ПВХ (при их полном сгорании)?

FRC> На видео испытаний, работа двигателя сопровождается большим количеством искр. FRC> А стакан/гильза для шашки разве не должна сгорать? Если такое дело (выталкивает остатки из КС), то такая проблема должна сопровождать и обычные шашки из труб ПВХ (при их полном сгорании)?

Скорее всего это несгоревшие в стартовой шашке частицы магния и окись железа. Они могли инкрустироваться в тело парафиновой шашки, а потом догорать. Ничего ни страшного, ни необычного нет.
Должна была бы, если бы... Но, испытания показали, что этого не происходит. Возможную физическую причину я указал в сообщении. В случае полимерной шашки этого не происходит, потому что толщина стенки обычно выбиратеся с большим запасом. А соотношение NОх/полимер 7-8:1. То есть сложно дойти до полного сгорания. Даже HTPB не успевает сгореть. Только с парафином удаётся. Поэтому следующая шашка в данном проекте будет сделана в бумажном или картонном стакане. И не нужно, чтобы он сгорал. Пусть лучше теплоизолирует стенки камеры.

a_centaurus> ... Поэтому следующая шашка в данном проекте будет сделана в бумажном или картонном стакане. И не нужно, чтобы он сгорал. Пусть лучше теплоизолирует стенки камеры.

Такие шашки были сделаны. Уменьшив массу стакана до 1.0-1.5 г, сделав его из бумаги, удалось довести массу парафинового топлива до 27-26 г. Кроме того были сделаны дополнительные, параллельные основному, каналы ( 6-8), которые по теории улучшают условия возгонки и сгорания парафинового топлива в шашке. Испытания на стенде покажут целесообразность этих мер. Но пока удаётся повышать тягооснащённость двигателей последовательным упрощением как формулы топлива, так и технологии изготовления. На фото:

Текущий этап испытаний будет посвящён повышению тяговооружённости мини ГРД. Уже нет сомнений, что новая топливная шашка из парафина даёт солидный выигрыш в эффективности двигателя. Рубеж 300 N*s достигнут и желательно его повысить до 350 N*s. Двигатель таких габаритно-массовых характеристик класса I был бы солидной точкой в его оптимизации.
С другой стороны уточнённые расчёты баллистической траектории двухступенчатой ракеты с этими движками показывают необходимость увеличения средней тяги хотя бы до 70 N. Соответственно время тяги надо увеличить до 5 с (4 с в последнем исп.). Поэтому наряду с увеличенной массой шашки необходимо попробовать слегка уменьшить расход окислителя. Поэтому необходим инжектор эффективной площади меньше чем у применявшегося. Такой инжектор диам 1.5 мм был изготовлен на базе имеющегося в наличии проточенного до диаметра 1.8 мм. Кроме диаметра была изменена и геометрия канала для достижения лучшего распыления будущей струи окислителя. Для этого в канал инжектора была впаяна трuбка нужного диаметра с необходимым профилем насадка. На фото:

a_centaurus> video:
Пусть будут в одном стандарте (YouTube) все видео этой "парафиновой" серии:

a_centaurus>> video:
a_centaurus> Пусть будут в одном стандарте (YouTube) все видео этой "парафиновой" серии:

a_centaurus>>> video:
a_centaurus>> Пусть будут в одном стандарте (YouTube) все видео этой "парафиновой" серии:

a_centaurus>>>> video:

Заметно, что движок сильно плюется. Чем это он так? У меня такое было, когда огарки бронировки летели, особено в торцевиках.