Гибридный Ракетный Двигатель

FRC> а Transmitance - в словаре "передача" или отражение? Или что-то другое?

По идее, что не поглощено (и не отражено), то пропущено. Transmittance - прозрачность.

FRC> а Transmitance - в словаре "передача" или отражение? Или что-то другое?

Этот термин Transmittance из спектроскопии означает "пропускание". Измеряется обычно в %. T= (I/Io)100%. Absorbance - оптическая плотность. А = - lg (I/Io)

a_centaurus>>> 2. Спектр парафина ...
Если суметь разобраться с осями - то будут очень полезные картинки.
По ненадежным прикидкам получается что через три миллиметра проходит менее 0,005
от начального светового потока. Тогда более 50% поглощается в слое толщиной ~0.5 мм.
Для такого слоя зерна угля в 100 мкм великоваты.

.

Yalex> Большое вам спасибо за крайне интересную и полезную информацию.

Не за что. Это информация для общего сведения.

Yalex> Влияет ли размер( диаметр) пучка на результаты измерений?

Если ты знаешь/слышал о спектрометрии вообще и Fourier Spectrometry в частности, то инструментальный фактор "размер пучка" входит в процесс калибровки прибора по спектру поглощения среды (атмосфера). Для данного разрешения FTIR рекомендована апертурная диафрагма, соответствующая разрешению в 1 cm-1 (10 нм). Этого более чем достаточно в области NIR. Так вот, диаметр пучка от источника при этом (FTIR не имеет щелей) 10 мм. Этого также достаточно, для того чтобы судить об общих свойствах материала по его спектру. А по сему, другого диаметра нет и не предвидится, коллега.

Yalex> Вы выбрали не самый мелкий порошок в 100 микрон, в твердых топливах используют порошки с фракциями в 20-30 микрон( я имею ввиду алюминиевый порошок).
Парафин не топливо, а горючее... В ГРД. Нет никакой аналогии с процессом горения шашки В РДТТ. В которой Al powder является топливом. В шашке твёрдого горючего ГРД добавка Al в парафин (Stanford & SPG) была сделана для увеличения теплопроводности. Но эксперимент был сделан на одном образце дизайна. Нет никакого подтверждения возможности масштабирования. Я сам делал исследования комбинированных шашек с использованием ламинированного и губчатого Al на микрогибриде. Результаты очень впечатляющие... Но в малом масштабе. Потом я добился с парафином тех же результатов, что и с комб. шашкой...

Yalex> И вопрос касаемо фракции: Как вы определяли размер частиц?

Под микроскопом с окулярной сеткой.

Yalex> Будет ли заметна разница между образцом с одинаковой весовой долей наполнителя, но с разной дисперсностью( если к примеру порошок будет в 10 раз мельче)?

Разница в чём? В оптической плотности? В изменении performance двигателя?

Yalex> Есть ли у вас возможность провести подобный эксперимент с порошковым алюминием? Он по идее должен не хуже "затемнять" топливо для ИК излучения.

Вопрос не в "затенении" парафина, коллега, а в повышении его Emissivity. Чтобы ИК излучение, соответствующее температуре, проникало внутрь тела шашки, а не отражалось. Но это по физике процесса. Касаемо продолжения экспериментов у меня запланированы добавки мелкодисперсного Al (10 mic), Fe2O3, Cu. А также попытаться приготовить образец с асфальтовым лаком. А кроме того прописать спектр nylon, как предыдущего парафину горючего в схемах моих ГРД.

Vagrant> Если суметь разобраться с осями - то будут очень полезные картинки.

По оси ординат - T% Оптическое пропускание (формула выше), A - Оптическая плотность (формула выше).
По оси абсцисс спектральный диапазон в обратных сантиметрах.

Vagrant> Для такого слоя зерна угля в 100 мкм великоваты.

Великоваты для чего?

Vagrant>> Если суметь разобраться с осями - то будут очень полезные картинки.
a_centaurus> По оси ординат - T% Оптическое пропускание (формула выше), A - Оптическая плотность (формула выше).
a_centaurus> По оси абсцисс спектральный диапазон в обратных сантиметрах.

На картинках с высоким разрешением по вертикали деление, видимо, соответствует 0.2%?

Vagrant>> Для такого слоя зерна угля в 100 мкм великоваты.
a_centaurus> Великоваты для чего?

Если поглощение происходит на 0.5мм слое парафина, то на 0.5 мм кубического парафина приходится примерно 5 частиц угля размером 100 мкм, они, соответственно, перекрывают
только 5 процентов площади в 1 мм**2

Vagrant> Если поглощение происходит на 0.5мм слое парафина,

Наша задача не окрашивать парафин, а придавать (улучшать) его оптические свойства БЕЗ ИЗМЕНЕНИЯ теплотворных свойств. Представь, что мы захотели "улучшить" степень черноты п. по твоему методу, добавив большее количество, более мелкодисперсных центров поглощения - частиц активированного угля. Тогда нам нужно больше количество мелких частиц, чтобы заполнить тот же обьём. Но этим мы резко увеличим их массу, а значит и вклад в производство тяги двигателем. А вот клад этот, боюсь, будет отрицательным. Из опыта: добавки более 1 % уменьшают Isp и приводят к флуктуациям в горении. Кроме того, поглощение ИК излучения производится на частицах чуть более длины волны. Ведь необходим так называемый эффективный радиус поглощения, при котором ИК излучение не испытывает дифракции. Частица угля продолжает для излучения в 1-5 микрон оставаться массивным поглотителем, а не мелким диффрактором, пропускающим излучение поверх себя. Предположительно равномерное распределение частиц (эшелонирование по толщине) позволяет перекрывать и складывать действие. Это, в оптике дисперсных сред очень хорошо описанный феномен. Как видно из сравнения спектров чистого и окрашенного парафина полосы пропускания закрылись. Так чего же боле... Лучшее - Враг хорошего, коллега. ГРД на NOх - это очень специфический двигатель со своей термодинамикой, химией и механикой, которые надо изучать, понимать и уважать . А вовсе не арифметическая сумма из теории ЖРД, РДТТ и начал гидроаэродинамики.

Vagrant>> Если поглощение происходит на 0.5мм слое парафина,
a_centaurus> Наша задача не окрашивать парафин, а придавать (улучшать) его оптические свойства БЕЗ ИЗМЕНЕНИЯ теплотворных свойств.

10 мкм уголь той же массы перекрыл бы более 50% площади - наверно это был бы компромисс. Если, конечно, есть смысл добиваться примерного соответствия интенсивности поглощения по всему спектру в пол-миллиметровом слое парафина.
Может, конечно, и разницы никакой нет.

С интересом ждем новых графиков.

Vagrant> Для такого слоя зерна угля в 100 мкм великоваты.

Да, чем мельче частицы, тем их нужно меньше по массе для одинакового светопоглощения. Обычно используют сажу, её достаточно 0.1%. Или нигрозин - жирорастворимый чёрный краситель, доступный в продаже, например в магазинах химреактивов.

Если, конечно, есть смысл добиваться примерного соответствия интенсивности поглощения по всему спектру в пол-миллиметровом слое парафина.
Vagrant> Может, конечно, и разницы никакой нет.
Vagrant> С интересом ждем новых графиков.

Ну так об этом и идет речь. Нам не нужно размазывать поглощение до 20 микрон. Когда рабочая температура в пределах 2500 К. То есть узкая область (не считая видимой части) в NIR части спектра. А дисперсность частиц я попробую замерить с большей статистической точностью. 100 микрон я ведь уточнил - как верхний предел. Сейчас произвёл запись спектра nylon-poyamide-6, который использовал как полимерное горючее для ГРД ранее. Интересное сравнение с парафином получилось. Завтра выложу.

a_centaurus> А дисперсность частиц я попробую замерить с большей статистической точностью. 100 микрон я ведь уточнил - как верхний предел.

Поставил другой обьектив (цена деления сетки -7 микрон) и получил более точное распределение молотого активированного угля. Конечно, присутствуют и кластеры, слипшиеся из нескольких частиц, которые добивают до 100 микрон. Но большинство частиц в пределах 10-20 микрон. Причём много частиц вытянутой формы. Очевидно можно перетереть со спиртом в ступке и получить более равномерную дисперсность. Но нет смысла. Повторяю, не красим шашку, и не просто изменяем оптические свойства парафина, а преследуем конкретную и главную цель двигателиста - увеличение Isp.
Спектры Nylon polyamide-6. В сравнении с парафином. Они дают представление о разнице между двумя типами топливных пар: Nox/nylon vs. Nox/paraffin

Спектры трёх образцов парафина:
1. чистый;
2. добавка активированного угля - 0.5 % (порошок);
3. добавка асфальтовой краски - 0.5 % (асфальт с растворителем).

Из трёх образцов заметно большее поглощение (меньшее пропускание -Т) в области 1-2 микрон у образца с асфальтовой добавкой. То есть оптическая плотность у него выше. Под микроскопом (100х) заметна разница между образцами. Так во 2 образце на поверхность вылезают "брёвнами" частицы угля. А вот поверхность 3 образца напоминает дюны или барханы, где складки образованы зонами асфальта. На самом деле расчёт двигателя (tripropellent) сделанный в программе RPA V-1.0 показывает заметную разницу в температуре между добавками C в парафин. Между 0.5 % и 1 % C эта разница почти 150К. А вот добавка в Isp всего 3 с. Правда экспериментальные данные все же дают более заметную разницу. Остаётся сделать шашку и испытать её в двигателе.

a_centaurus> Спектры трёх образцов парафина:
Из снимков неясно, как распределен асфальт в парафине. Спектр у такой смеси
получше, но непонятно - это раствор или эмульсия?
Вопрос весьма важен, когда шашка отливается центробежным литьем.
С углем явно происходит сепарация. Поскольку состояние поверхностного слоя важно
при старте, а у нас с этим проблема, то, может, асфальт при такой технологии даст
более однородную отливку?

Vagrant> Из снимков неясно, как распределен асфальт в парафине. Спектр у такой смеси
получше, но непонятно - это раствор или эмульсия?

Это эмульсия. Под микроскопом хорошо видно.

Может и даст, да только я уже получил отрицательный результат в двух стендовых испытаниях. V микрогибриде шашка не догорела, а выгоревший конус почему-то покрылся белым налётом. В минигибриде (25/70 г) сгорело всё, но очень долго (на секунду дольше угольной шашки) и с сильными флуктуациями. Но вот температура явно была выше, как и предсказывала программа. Короче повторяю свой же тезис: не красим в чёрный цвет, а создаём топливную пару с оптимальными характеристиками. Очевидно асфальтовая эмульсия сохраняет растворитель, который отрицательным образом влияет на РП. Изучать это не собираюсь. Угольная добавка работает хорошо.

Vagrant> Вопрос весьма важен, когда шашка отливается центробежным литьем.
Vagrant> С углем явно происходит сепарация.

Попробуйте сажу, она не осядет.

Yalex> Вообще очень интересное исследование т.к. "затемняющие" наполнители имеют разную природу. И я очень удивлен что "битум" оказался хуже углерода, ведь битум горит при гораздо меньших температурах чем углерод.

Спасибо Вам за интеллигентный язык сообщения, Yalex. На самом деле ничего необычного. В первом случае мы имеем дело со взвесью в расплаве парафина мелкодисперсных частиц активированного угля © у которого температура возгонки и сгорания гораздо меньше чем у конденсированных кластеров (сгустков капель) парафинового расплава (C20H42). Во втором случае эмульсия асфальтовой краски (Bitumen, brutto formula: C84H11O3) трeбует большей теплоты плавления и парообразования, чем сама основа (парафин). Для его нормального горения требуется дополнительный кислород, а для этого - больший расход окислителя через форсунку. Кстати, прекрасная прога RPA v.1.0 (Autor Aleх P.), которая имеет обширный Thermodynamic Database Monitor, где представлены все компоненты нашего "зачернённого" горючего, даёт анализ engine performance в пользу парафина с угольной добавкой. Вчера, испытав тот же минигибрид Me_H_70 с парафиново-угольной шашкой, получил в этом бесспорное подтверждение. Даже с укороченной шашкой двигатель, отработав почти 3 сек, показал очень высокие показатели. Так, средняя тяга достигла 70 Н, а It ок. 200N*s. Впечатляет и ритм работы. Так, выход на режим произошёл в первые 0.2 с. А в предыдущем испытании это длилось около 2(!) сек. Кстати, в обоих тестах применялась стартовая шашка новой формулы с добавкой перхлората магния. Похоже, что второй тест дал такие результаты ещё и благодаря этому составу.

Yalex> А откуда вы брали асфальтовую добавку? Что она из себя представляет?
Yalex> Какой растворитель органический вы использовали? Бензол, хлороформ?
Я уже писал, что использовал коммерческую асфальтовую эмульсионную краску. Купил в лавке за углом. Я её использую по прямому назначению для влагозащиты в домашнем хозяйстве. Состав мне неизвестен (хотя может мелкими буковками или на site изготовителя прописано), но толуеном (толуолом) она хорошо разводится.

Yalex> На сколько по вашему мнению необходимо "затемнять" шашку? Как я понимаю добавки призваны ускорить сублимацию/абляцию топлива за счет поглощения излучения.
Программа (и библиография) подсказывает некий оптимум в количестве 0.5-1.0%. Вообще, я ведь не зря провёл аналогичное исследование с nylon6-polyamide, который являлся горючим в моих двигателях до парафиновой эпохи. Разница между этими горючими особенно бросается в глаза. Как в механизме плавления и абляции, так и в конечной performance. А вот разница между чистым и затемнённым парафином не такая уж и большая. Но она есть. Я бы вам порекомендовал почитать отчёты о исследованиях термодинамических свойств парафиновой шашки группой SPG (A.Karabeyoglu). Я представляю себе следующую модель: парафин с присадками угля плавится и возгоняется быстрее, чем pure paraffin за счёт как большего оптического поглощения, так и большей теплопередачи. Частицы угля ©, выброшенные в обогащённую Оxigen атмосферу канала шашки, мгновенно сгорают и повышают температуру в камере, что благоприятно сказывается на РП. Особенно это важно в начале, когда закись ещё не полностью диссоцирована при прохождении кольца высокой температуру при горении стартовой шашки твёрдого топлива и остаётся в конденсированной (капельной фазе) уже находясь в рабочей зоне канала шашки. Когда-то был на Форуме такой Justman, который имея симулятор РП в ГРД построил мне диаграммы распределения продуктов дисс/горения и температуры vs. дистанция от инжектора. Жалко, исчез.
Что касается битумной эмульсии, то здесь ещё до горения тратится слишком много энергии, чтобы её довести до паров. При этом тормозится процесс возгонки самого парафина.
И здесь необходимо добавить следующее: РП в двигателе - многокомпонентен. Изменение одной величины должно повлечь изменение других. В данном конкретном случае, скорее всего
нужно было изменить соотношение F/O. Увеличив расход NOx через форсунку. Но это лишь для того, чтобы спасти идею эмульсионной добавки. Если добавить закиси для угольно-парафиновой смеси, то эффект будет такой же (уже проверено). А счёт между ними всегда будет 3:2 в пользу уголька. Очень может быть, что в случае добавки сухой сажи эффект будет более ощутимым ввиду её более высокой дисперсионности. Но пропорции должны остаться. Не забываем, что все добавки прежде всего должны быть "усвояемы". Перевод тепла в дым приведёт к падению импульса.

a_centaurus> Не забываем, что все добавки прежде всего должны быть "усвояемы". Перевод тепла в дым приведёт к падению импульса.

На данной странице из статьи A.Karabeyoglu как раз говориться об этой особенности парафина: скорость уноса повышается при уменьшении вязкости поверхностного слоя жидкой фазы. А в. находится в прямой зависимости от температуры в канале и теплопроводности. В этой же статье говориться и о влиянии добавок и их физических свойствах.

Yalex> Спасибо за картинку стало понятнее. Так горят почти все полимеры.

Эта картинка относится к горению парафина. Именно в нём на поверхности возникает волна, которая затем накладывает свою частоту на весь процесс горения. Я всегда руководствуюсь принципом:"лучшее враг хорошего". Поэтому, отработав двигатель до повторяемости графиков тяги, менять пока ничего не буду. Алюминий в парафине - отдельная история. В Станфорде попробовали, затем почему-то отказались. От парафина. С люминем или без. Работают с более стабильным HTPB. Оно и разумно. Одно дело продемонстрировать эффект, другое - масштабировать его. Вообще-то, хорошим тоном в исследованиях является следование одной линии без сильных флуктуаций. Пока она естественным образом не перейдёт в другую категорию.

wildstalker> А где можно найти литературу по ГРД на русском?

На русском есть книга: "Ракетные двигатели на комбинированном топливе", Волков, Мазинг, Шишкин. М.; Машиностроение, 1973. Если не найдешь, я могу тебе её выложить. Только для чего тебе? Если в плане общего интереса, то это достаточо математизированная, в советских традициях, книга с минимумом технологической, полезной информации. Если собрался делать ГРД, то учи английский. Лучше всего основы hybrid rocket propulsion изложены у Саттона: "Rocket propulsion elements". Есть книга Билла Колбурна о принципах конструирования ГРД на закиси азота и органическом горючем. Также посмотри на Форуме линк:"ГРД от тактики к практики". По крайней мере найдёшь практическую информацию на русском. В том числе и по расчётам.