ЖРД на закиси азота: новые технологии

Yalex> Для расчета необходимо знать
Yalex> Вам бы этот асбест в фенольную смолу запрессовать
Yalex> У меня к вам вопрос. Корректно ли применять подобную композицию?

Легко или нелегко, но модель построить можно. Хотя для такого двигателя с трехкомпонентным топливом, наверное, несколько сложнее. Ведь оба цикла - гибридный и жидкостный, начиная с некоторого момента, накладываются и проходят совместно. Такая интерференция должна как-то влиять на развитие теплового потока из зоны горения к стенкам. Эмпирически я представляю этот процесс. И в проведённом испытании дв. на маршевом режиме, на видео очень хорошо заметен "парафиновый" вклад. Он был заметен на протяжении всего времени горения. То есть, п.шашка горела вместе со спиртом, медленно уменьшая толщину свода к стакану. Учитывая практически одинаковый массовый вклад обоих горючих (45:55=параф:спирт) в создание тяги (теплотворные свойства одинаковы в первом приближении), сгорели они вместе.
Поэтому когда футировка осталась голая, в камере уже шло догорание газовой фазы и испарённого из стакана парафина, который впитался в стенки при заливке.
Учитывая все написанное выше и осмотр, который был сделан только что после разборки головки двигателя (стакан и донышко целые и сухие, лишь чуть оплавлена стенка вверху), можно заключить, что такая конструкция (параф. шашка - асбокартон) позволяет иметь эффективную сублимационную зону на глубину пропитки картона парафином. То есть, никакая дополнительная пропитка phenolic resine не нужна. По крайней мере для данных периодов работы.
И вам не советую слепо пытаться копировать и смешивать промышленные технологии. В ГРД шашка есть ТЕПЛОВАЯ ЗАЩИТА КАМЕРЫ по умолчанию. В случае парафина, как я только что написал, вообще никаких дополнительных мер принимать не нужно. Даже с картонной трубой процесс сублимации идет медленно по пропитанной стенке. Добавка окиси алюминия в процесс горения - это зло. Как в плане понижения температуры, так и повышения молекулярной массы продуктов. Про абразивные свойства и так понятно. Говорил FRC и повторю тебе, что техническая эклектика никогда не приводит к улучшению. Только запутывает понимание. Чем проще - тем надёжнее, чем чише - тем понятнее. Сейчас сфотаю внутренности камеры и выложу.

Yalex> тригидрат алюминия

Ты имеешь в виду гидроксид алюминия Al(OH)3 ?
Тригидрат алюминия - это Al*(H2O)3, такого просто не бывает.

Yalex> Исторически сложилось что его называют тригидратом

Если уж тригидратом, то окиси алюминия, а не самого алюминия.

Ты у Накки читал?

Yalex> Я немного не корректно выразился. Я имею ввиду совершенно другой тип...

Ты высказал вполне понятно свои мысли. И даже облёк в обтекаемую "научную" форму. Но, получается, что говорим мы о разных вещах. Я о простом техническом решении, которое позволило снять проблему перегрева стенок камеры в конкретном двигателе. А ты о смаковании сложных и абсолютно ненужных в данной схеме "индустриальных методов". Для меня технология - это способ решения задачи с наименьшими затратами и максимальной эффективностью. Для тебя - (сам придумай и напиши, а то меня опять в "морализаторстве" обвинят). Повторю ещё раз: в схеме "чистого" ГРД нет нужды городить аблативную защиту стенок камеры, поскольку она (защита) ДОЛЖНА быть решена толщиной свода шашки. Работа двигателя должна быть закончена когда израсходовано твёрдое горючее. И поток тепла должен быть унесён реактивной струёй, а не абсорбирован стенками.

a_centaurus> И поток тепла должен быть унесён реактивной струёй, а не абсорбирован стенками.

В подтверждение своих слов привожу вот эти фотографии. Разобрав камеру, обнаружил её компоненты в удовлетворительном состоянии. Я специально избегаю чрезмерных оценок. Итак: стакан без трещин или прогаров. Слегка оплавлена боковая поверхность в одном месте. На медной вставке даже о-ринг не пострадал. Фланец пироклапанов покрыт налётом парафиновой сажи. Головка форсунок чистая. Внутри камеры тоже налёт парафиновой сажи. Но горячей водой с моющим все смоется и будет блестеть.

a_centaurus> В подтверждение своих слов...

Части камеры после мытья. Практически состояние поверхностей, как до испытаний. На одном из фото стакан термоизоляции вместе с прокладкой на донышко. Именно такая схема (диаметр донышка равен внешнему диаметру стакана. (См. дискуссию в теме РДТТ...)) позволила обеспечить полную сохранность геометрии камеры.

a_centaurus> Части камеры после мытья.

После достаточно долгого перерыва, связанного с задержкой в поставке окислителя (не работал завод) начал готовить к повторному испытанию микро ЖРД Me_HL_50_001. Появилась идея сделать для него носитель и испытать в полёте. Для этого нужно оптимизировать движок в режиме booster. На фото: подготовка двигателя Ме_HL_50_001 для стендовых испытаний. На заднем плане труба G11 калибра 80 мм, предназначенная для фюзеляжа будущей микро ЖРД ракеты. Снаряженная плата пироклапанов.

a_centaurus> ... Снаряженная плата пироклапанов.

Просто замечу (мало ли что ) , что "пиротехнические таблетки", которые выполняют функцию герметизации, можно снаружи смазывать герметиком силиконовым перед установкой в канал. Разумеется, перед этим, силикон должен застыть, хотя, можно и на "мокрую". На микроГРД я проверил, работает хорошо.

FRC> Просто замечу (мало ли что )

Хорошее замечание. Хотя в случае ЖРД подобная система имеет свои особенности. На пирозаглушки (в ГРД в т.ч.) всегда наклеивается диск, вырубленный из scotch. который в свою очередь смазывается толстым слоем вакуумной смазки (силиконовой). Только эта поверхность находится ВНУТРИ канала (не понял, что у тебя значит "снаружи"). Подобная мера смягчает термоудар при экспансии закиси в канал при заправке. А вот центральная заглушка в канале горючего (спирт), вместо плёнки имеет в контакте заливку силиконом по диску из тефлона (0.3 мм, см. фото). В отличие от закиси, которая нейтральна к нитроцеллюлозному биндеру пороховой мякоти, спирт её растворяет и диффундирует насквозь, с последующим прорывом. После первых КДИ при проливке это было обнаружено и дизайн центрального канала был изменён и дополнен этими деталями. Запах паров (диффузия), правда появлялся, но защита по давлению держала. После выгорания центральной заглушки силиконовая перепонка и тефлоновая мембрана пробивались струёй горючего из форсунки, но не сгорали. Если обратишь внимание, на центральном канале со стороны КС наклеен картонный диск-темпоризатор. Его назначение - создать задержку подачи жидкого компонента топлива, пока идёт процесс горения с твёрдым компонентом (гибридный цикл).

Ещё несколько видов деталей и сборки (предварительной) этого двигателя. Это вторая шашка твёрдого горючего из партии. Первая установлена в камеру.

Получил, наконец, баллон с закисью (9 кг) (for medicine) и затащил его к стенду. В ближайшие дни собираюсь провести намеченное испытание мини ЖРД Me_HL_50_01 (tripropellent) с целью аттестации его для использования на ракете.

a_centaurus> Получил, наконец, баллон с закисью (9 кг) (for medicine) ...

В написанном тобой тексте, чувствуется радость и приподнятое настроение.
Извини за оффтоп, но не удержался.
Кстати, баллоны у вас грамотные, с защитой вентиля. Надо бы соорудить аналогичную. А то у нас один упал вентилем вниз - думали улетит.

FRC> Кстати, баллоны у вас грамотные, с защитой вентиля. Надо бы соорудить аналогичную. А то у нас один упал вентилем вниз - думали улетит.
На самом деле заказал закись ещё в феврале, до отьезда в Россию. А получил на прошлой неделе. Как говорит наш снабженец - у завода (в Neuquen - 450 km) были проблемы с производством некоторых газов. Поэтому они перезаказывали в Bs.As.... ну и так далее. Надеюсь, наладится. Но на всякий случай заказал сразу ещё один баллон, но большой и технического качества. Надеюсь разницы особой не будет. Такие "воротники" обязательны на всех баллонах высокого давления. На особо дорогих ещё и колпак накручивается. Обязательно тебе надо или найти такой в. или хотя бы колпак выточить или просто кусок трубы подходящего диаметра нарезать.

"Погода была ужасная, принцесса была...". Да тоже не очень-то... Вчерашний калибровочный тест двигателя Me_HL_50_01 (tripropellent rocket engine) закончился лучше, чем начинался. Погода и вправду была ненастной: сначала падал пепел, а потом полил дождь. С пеплом. Но, поскольку испытание было так давно запланировано, что не стал откладывать. В общем-то, в основном, из-за плохой видимости для сьёмки, поскольку стенд находится на террассе и на него не каплет.
Неприятности начались при заправке окислителя (спирт в количестве 65 мл был заправлен ранее), когда послышался "крак" и засвистела газовая фаза из сопла. Это дал течь один из каналов окислителя (их 4). Тем не менее было заправлено 200 г закиси и решено продолжать испытание. На стенде в этот раз был установлен штатный осциллограф (вместо рекордера) с возможностью записи файла csv.
Двигатель был закреплён в держателе стенда, включена запись и подано зажигание. Зажигание прошло нормально, с выбросом пламени и магниевых искр, которые есть в составе смеси стратовой шашки и ... на этом все закончилось. Потом появился язычок пламени из сопла. Потом он превратился в язык, потёк парафин, а тяги не было. Деваться было некуда, пришлось оставаться за стенкой и наблюдать процесс через перископ, обновляя (ручная) запись осциллографа и установив большую длительность дискретности записи (4 с/клетка). Когда-то пламя должо будет добраться до открытых пороховых заглушек и открыть вход как жидкой закиси, так и спирту... Пришлось ждать почти 4 минуты. на 4.04 клапан открылся и двигатель дал тягу. В смысле - thrust. Работал секунду, затем заткнулся, выбросив последний вздох. Запись показала 110 N Fmaх и 1.1 с. Самое удивительное, что камера осталось чуть тёплой, хотя горение внутри продолжалось почти 3м 50 с с выбросом факела через медное сопло. Разбирать его уже не было времени, но внешний осмотр критики не показал разгара. То есть теплоизоляция и теплоотвод сработали надёжно. Теперь надо сделать ревизию внутренностей и попытаться понять, что произошло с клапаном. Такого пока не было (по крайней мере на ЖРД), поэтому вызывает неприятное ощущение из-за непонятки. Правда, первое подозрение - это нарушение либо мех. целостности, либо изменение каких- теплотворных свойств из-за долгого нахождения в собранном состоянии (более месяца). Могли проявиться деформации из-за сжатия, которые привели к отслоению пасты от дюралевой оправы клапана. Ну а пока фото и видео.
Поскольку оригинал был почти 200 Мб, и сжать его не удалось on-line converter, сделал простейшую пересьёмку секундного куска с экрана. А несколько наиболее интересных кадров (зажигание, вялое горение и main thrust plume) свёл в коллаж.

Двигатель на стенде. И после теста.

a_centaurus> И после теста...

Коллаж

График. Бедновато. Но что есть. Будем работать.

a_centaurus> дал течь один из каналов окислителя ... появился язычок пламени из сопла... потёк парафин, а тяги не было... на 4.04 клапан открылся и двигатель дал тягу.

Создается впечатление, что нештатных процессов было два. Одно из дилетантских предположений - струя окислителя сдула пламя воспламенителя, и это исключило нормальное возгорание парафина.

Ckona> Создается впечатление, что нештатных процессов было два. Одно из дилетантских предположений - струя окислителя сдула пламя воспламенителя, и это исключило нормальное возгорание парафина.

Технически этого не могло быть. Отверстие пироклапана - 4 мм. Над ним форсунка 1 мм. Если вся диафрагма выгорела - то вниз падает струя конденсированной закиси (как на видео) имея вверху над мениском - почти 50 Атм. На самом деле, канал каждого пироклапана - это двухступенчатый лабиринт. Как в пороховом двигателе с вышибным зарядом. Да, собственно, это и есть микро РДТТ с комбинированным топливом (канальная стартовая шашка комп. топлива + пороховой инициатор), который, воспламенившись (на 1 кадре коллажа), выгорает в канале стартовой шашки, освобождая проход для окислителя, который должен начать диссоциироваться, проходя через огненное кольцо инициатора. А вот если инициатор не загорелся... И фронт пламени не пошёл вверх, разрушая диафрагму полностью... Тогда похоже. При заправке этот канал кракнул по линии соединения верхнего и нижнего заряда, а после быстрого прогорания стартового порохового столбика, который, к тому же, не зажёг кольцевую стартовую шашку (а это колечко- "шайбочка" 8х5 мм, а только "затлел" её (как трут), выходящая струя газа через микротрещину в верхнем теле, начала потихоньку плавить и испарять парафин, производя факел с медленным истечением... Этот факел не смог сразу поднять температуру в камере до возгорания оставшихся 4 каналов (средний, спиртовый, вообще с флегматизатором - картонной прокладкой), а медленно травил, поддерживая пламя только снаружи, на выходе. И только к 4 минуте, пламя смогло разгореться, пройти в камеру и начать нормальный РП. Который уже топился тем, что осталось в баке окислителя. Как быстрое решение - собрать второй клапан и добавить в него воспламенение, хотя бы по 2 каналам. Я ведь на последних 2 испытаниях оставил воспламенитель только в одном канале. Дескать и так надёжно все срабатывает. Но, до первого случая. Нарушил самое свято в ракетно-космической технике: каждая система должна быть дублирована. особенно в критических точках.
Давайте ещё версии. С вниманием прочитаю и проанализирую с тем, что знаю.
Сборка платы П.К. этого двигателя.

Ckona>> Создается впечатление,
a_centaurus> Давайте ещё версии.
После разборки двигателя нашёл его внутренности в полном порядке. Даже с полным баком спирта. Силиконовая заглушка с тефлоновым диском ушла вниз до упора и не прогорела, поскольку с обратной стороны стоял картонный флегматизатор, обуглившийся и скорчившийся, но прикрывший остатками вход в канал жидкого горючего. То есть двигатель "отличился" только в гибридной фазе.