ЖРД на закиси азота: новые технологии

Ответил здесь:
http://balancer.ru/_bors/igo?o=forum_post__2148233

Serge77> Ответил здесь:

Да, прочитал, спасибо. Попробую, если получится со временем, заготовить образцы сажа/парафин, с разным содержнием и прописать их на Фурье-спектрометре. В дальней ИК области. Парафин хорошо пропускает ИК-излучение. И с добавкой твёрдого углерода, как ты написал, излучение должно абсорбироваться на поверхности, вызывая (как грязный снег весной) повышение поверхностной температуры и добавочное испарение твёрдого горючего. Повторюсь, что для гибрида это может быть положительным фактором.

RLAN> Ваше мнение?

Как раз наооборот: спасибо, что зашёл, RLAN. И поделился опытом. На стыке проблем рождается решение. Иногда неожиданное. Я хоть и занимаюсь практической спектроскопией и казалось бы должен понимать физику процесса, да иногда "глаз замыливается". А так, вместе и разобрались вроде. Тепловые процессы - дело тонкое. Надо очень хорошо чувствовать, как работает тот или иной способ передачи тепла в конкретном случае, выбирая материалы или технологию.

Александр, мои поздравления по поводу твоего крайнего испытания!. Как всегда профессионально! Смотрел, дух захватывало, звук - мощь, представляю что было рядом!!! Искренне рад твоему успеху!!! Так держать!

biostar_37> Искренне рад твоему успеху!!! Так держать!

Спасибо, biostar!

RocKI> Крутой мотор. Сколько весит с топливом?

"Крутыми бывают лишь яйца..." (ДДТ).

Двигатель (РД) имел стартовую массу 1700 г (1.7 кг). 60 г парафин (шашка) +120 ml C2H5OH + 400 г NОх. Есть ещё небольшой резерв по спирту (до 150 мл) и грамм 50 по окислителю.

a_centaurus> "Крутыми бывают лишь яйца..." (ДДТ).

Раз уж вытащили из подвала этот топик... И есть люди, которым ЭТО не только интересно, но может быть и полезно, выложу некоторые материалы по итогам испытания.
(Попробую ещё раз...)

В основном, пока, это фотографии, сделанные во время разборки камеры сгорания. Замечу сразу, что состояние всех внутренних поверхностей - идеальное. Кроме сажи и копоти - ничего лишнего и странного. Ни прогаров, ни проплавов не обнаружено. Прекрасно отработал футировочный аблативный стакан из 3 мм асбокартона. Обнаружены капли расплава (что плавилось?) на стенках, но он сохранил целостность. Также без повреждений нашёл вставку в критику из красной меди. А она была использована уже в третьем испытании. Кстати - общее время наработки движка - около 23 секунд. Штатно отработала диафрагма-протектор из силикона в канале жидкого горючего. При заправке окислителем и наддуве спиртового бака утечки не было обнаружено. Так что данная техника будет применяться уже в качестве ординарной. Пока впечатление от двигателя самое приятное. Именно с полной заправкой исчезли некоторые неровности в работе, вибрации и т.д. То есть, движок был правильно расчитан. Пока не было времени подготовить график и анализ его реальной энерговооружённости vs. расчётная модель. Но, по максимуму тяги и форме графика, надеюсь, что он не отклонился заметно от ожидаемого.

a_centaurus> Раз уж вытащили из подвала этот топик...


Стакан футировки из асбокартона:

Плата пироклапана с остатками пробитой центральной мембраны из силикона.

a_centaurus>> Раз уж вытащили из подвала этот топик...
Яркая вспышка в начале работы это воспламенение паров парафина испаренных стартовой шашкой?

a_centaurus>>> Раз уж вытащили из подвала этот топик...
biostar_37> Яркая вспышка в начале работы это воспламенение паров парафина испаренных стартовой шашкой?

Знаешь, стартовой шашки, как таковой и не было. Был в форме кольца 1 г элемент композитного топлива, вклеенный в 1 из каналов форсунок окислителя. Так что выход на режим происходил только за счёт естественных физико-химических процесов между компонентами топлива. Диссоциированная и обогащённая кислородом закись мгновенно подняла температуру в камере и разогнала выход на режим. Где-то на первой же секунде открылась подача жидкого горючего, которое впрыскивалось уже в хорошо прогретую гибридным циклом камеру. Помниться, что немцы на V2 использовали в поздних версиях что-то подобное, чтобы не выливать непрогоревший в начальных стадиях спирт впустую. Надо освежить у Синярев & Добровольский, где двигатели Фау (и других) описаны в деталях.

Очень эффектное видео! Очень хотелось бы увидеть график с комментариями. Мощная вспышка в начале -
это специфика работы автоматики видеокамеры? Если это так, то мы пытались с этим бороться, выставив в поле зрения камеры мощную лампу подсветки.
А какой смысл двух топлив? Парафин на старте, спирт на режиме?

Vagrant> А какой смысл двух топлив? Парафин на старте, спирт на режиме?

Вспышка - начало РП. Повторяю: закись из затравочной форсунки, проходя кольцевой нагреватель и смешиваясь с продуктами горения пиросостава, начинает активно диссоциировать. В насыщенном парами и кислородом канале начинается быстрое испарение парафина с углем... На графике выход на режим достаточно быстрый. Линия, практически вертикальная. Когда будет время, обработаю и выложу график.
Камера хорошо справилась с задачей. На черном фоне (пластик за стендом) и при правильном балансе чёрно-белого все детали хорошо видны. В дополнительной засветке нет смысла. Тем более - светить в объектив. Ещё было бы возможно осветить стенд, но это когда пасмурно или поздно. А у нас сейчас самые длинные световые дни, когда естестественного света достаточно.

Про комбинацию парафин-спирт я уже писал в начале этого топика. Про роль гибридного цикла в общем рабочем процессе я уже написал выше. Кроме того парафиновая (или полимерная) шашка служит дополнительной абляционной защитой.

a_centaurus> Стакан футировки из асбокартона:
Стакан в хорошем состоянии. Он без пропитки? Какую температуру держал?

RocKI> Стакан в хорошем состоянии. Он без пропитки? Какую температуру держал?

Обычный строительный материал (а-к). Остался после установки газовых нагревателей в доме. Служил бронировкой для парафиновой шашки. Формовал на болванке в мокром виде. Шов проклеил силиконом. Можно будет изменить марку с. на красный, термостойкий, до 350ºC.
Температура, согласно программе, ок. 2800 К. Отцы на заре двигателестроения с асбестом добивали до нескольких минут. Так что я надеюсь, что с добавкой футировки на дно камеры, свои 8-10 с этот движок будет работать спокойно. А в случае необходимости (есть задача) при увеличении пропорций, и до 30 с дотянет. Это, чтобы с регенеративным циклом не заморачиваться на этом этапе. Кстати, есть и покрытие (для металла) которое держит до 1000º. Можно попробовать нанести его на внутренние стенки камеры.

Части камеры, крышки и спиртового бака после чистки (гор. вода с моющим и щётки). Практически следов термического или химического воздействия нет даже изнутри.

a_centaurus> Части камеры, крышки и спиртового бака после чистки (гор. вода с моющим и щётки). Практически следов термического или химического воздействия нет даже изнутри.

А снаружи, вообще, как АК после чистки. Вставка, всё-же, чуть разгорелась. Где то на 0.15 мм. Сейчас около 10.2 мм в среднем по диаметру. Но это, повторяю, после 23 с работы. За 3 испытания.

Подвергнутый цифровой обработке (MS Origin) график тяги двигателя Me_HL_100_003 с испытания 25.11.10. It = 1400 N*s; Isp = 219 s; Favg = 215 N; t =6.8 s; Fmax =411 N;
K-Class. Эксперимент хорошо сошёлся с моделью, сделанной в программе RPA v 1.1.

a_centaurus> Подвергнутый цифровой обработке (MS Origin) график тяги двигателя Me_HL_100_003 с испытания 25.11.10. It = 1400 N*s; Isp = 219 s; Favg = 215 N; t =6.8 s; Fmax =411 N;
a_centaurus> K-Class. Эксперимент хорошо сошёлся с моделью, сделанной в программе RPA v 1.1.
Очень непривычный график!
Такой "треугольник" специально закладывался в проект?
И еще, похоже, измеритель имел большую постоянную времени. По крайней мере на
всех наших измерениях передний фронт был гораздо круче, чем 0.5 сек.
Кроме того, этот фронт - это практически прямая, что, видимо, соответствует максимальной скорости нарастания фронта для данной измерительной схемы.
Если это не так, и фронт реальный, то, наверно, возможны проблемы из-за затянутого старта.

Vagrant> Очень непривычный график!
А к каким графикам вы привыкли? Можно полюбопытствовать? Нормальное регрессивное горение.Для многих ГРД такой треугольный график - обычное дело. А для данного экспериментального трехкомпонентного ГЖРД и вообще трудно было предсказать форму графика. Это пока -реперные данные. Теперь нужно анализировать и вносить изменения... Только надо знать - куда. И зачем. 0.5 с - для выхода на режим. Много это или мало? Ответ не простой. Нужно анализировать несколько аспектов. Первый из них - логика работы этого двигателя. Условная последовательность следующая: 1- зажигание; 2- открыта 1 форсунка окислителя; 3 - инициация гибридного цикла (1/4) стартовой шашкой 1 канала; 3 - открытие оставшихся форсунок (3) окислителя; 4 - выход на режим гибридного цикла (100 %); 5 - открытие форсунки жидкого горючего, инициация смешанного режима работы "tripropellent"; 6 - выход на режим полной тяги; 7 - режим "крейсерской тяги".
Если наложить на эту схему полученную зависимость: Тяга vs. Время, то 0.5 с вполне устраивает. Ведь далее нужно смотреть на тяговооружённость движка. На соотношение тяга/вес. А оно у Мe_HL_100_003 вполне приемлимое - 13:1 (215:17)N. Двигатель предназначен для установки на ракету массой 2.3 кг. То есть взлётный вес - 4 кг (40 N). Или 5:1. При допустимом коэффициенте тяга/вес = 2.5:1. Более чем достаточно для уверенного старта.
К тому же есть вариант установки двух двигателей в кластерную связку на первой ступени. Тогда медленный набор тяги становится просто необходимым. Собственно это и получился некий экспресс-анализ по результатам испытания. На самом деле есть вполне работоспособный двигатель (3 испытания), пригодный для установки на ракету. Самое замечательное было то, что камера без замечаний выдержала почти 23 с. И в последнем тесте вся теплоизоляция осталась целой,а разгара медной вставки так и не последовало. Поэтому можно слегка рефорсировать РП, уменьшив диаметр вставки до 8 мм. Давление в камере повысится и тяга станет более равномерной, с более эффективным догоранием. Так я уже делал во многих своих конструкциях.
Можно добавить в формулу топлива алюминиевый компонент. Вставку из Al FOAM в канал парафиновой шашки... То есть меры для увеличения It до 1600 N*s и Favg = 250 N, желательные для этого двигателя есть.
Но тогда было бы резонным увеличить и обьём баков. Всё-таки полученное соотношение О/F =2.2 маловато. Движок-то рассчитывался на схему bipropellent...

Хотелось бы до начала летних каникул испытать второй tripropellent Ме_HL_50_001. Пока на фото показаны этапы его подготовки. По итогам испытанией его большего брата воспламенитель установлен только в один канал. Стартовая шашка теперь заливается только в цилиндрическую проточку. Двигатель хорошо собирается. В случае положительных результатов этот дв. предполагается для одного из вариантов двухступенчатого Solaris_HL_2S. Как двигатель второй ступени. С бустером на одном или нескольких Ме_HL_100_003.

a_centaurus> tripropellent Ме_HL_50_001.

Собранный узел - камера с головкой форсунок и пироклапанами вместе с баками (спирта и окислителя) перед опрессовкой (закисью).


Такой шаровой клапан (справа) предполагается использовать как основу радиоконтролируемого клапана заправки и контроля подачи окислителя. Будет оснащён сервом.

a_centaurus>> tripropellent Ме_HL_50_001.

Уже по результатам первого огневого испытания этого двигателя 21.12.10. Самое главное достижение - холодная камера сгорания. Через пол-минуты можно было трогать её пальцами (См. Фото). Это результат доводки термоизоляции, которая вместе с абляционным режимом парафиновой шашки, очень эффективно поддерживает необходимый режим. Теперь уже по результатам текущих испытаний аналогичная конструкция будет применена на двигателе бустера - Ме_HL_100_003. Что касается данного образца, то в принципе, можно для маршевого режима второй ступени оставить всё как было. Полная заправка добавит ещё 2-3 с работы, а некоторые "подчистки" по размеру вставки, добавят немного по тяге. Будет достаточно 150 N и 7-8 с работы. Это позволит двигателю перейти в J-Class. Обязательно будет испытан и режим бустерной тяги. Ну, а пока, программа по этим двигателям на этот год, успешно завершена.

Yalex> А вы как то рассчитывали толщину теплозащиты или она определялась эксперементально?
Yalex> И если не секрет каков состав теплозащиты?

2010-11-30 07:15:10RocKI> Стакан в хорошем состоянии. Он без пропитки? Какую температуру держал?

Обычный строительный материал (а-к). Остался после установки газовых нагревателей в доме. Служил бронировкой для парафиновой шашки. Формовал на болванке в мокром виде. Шов проклеил силиконом. Можно будет изменить марку с. на красный, термостойкий, до 350ºC.
Температура, согласно программе, ок. 2800 К. Отцы на заре двигателестроения с асбестом добивали до нескольких минут. Так что я надеюсь, что с добавкой футировки на дно камеры, свои 8-10 с этот движок будет работать спокойно. А в случае необходимости (есть задача) при увеличении пропорций, и до 30 с дотянет.

Если бы имел пару аспирантов для этой задачи, то обязательно поручил бы не только посчитать, но и построить модель в каком-нибудь симуляторе. Сейчас этим все готовы заниматься. Ну а ответ можно прочитать выше. Я на аналогичный вопрос RockI уже ответил. Правда в этом двигателе метод был доработан: на дно камеры сгорания был уложена шайба-прокладка из того же асбокартона. Пока не было времени разобрать камеру и осмотреть её внутренности. Когда получу данные - выложу. А ты из общего любопытства интересуешься, или есть задача?