РДТТ конструкции технологии материалы - XVIII

RocKI> Мощный моторчик. Профиль для шашечного мотора необычный.

Наооборот: стандартный для МОИХ движков. Прогрессивно-регрессивный. Практически все испытанные (более 30 моделей) имели похожие графики. На давлении 1000 psi (рассчётное) столовый сахар/KNO3 35/65 имеет скорость горения ок. 13.8 мм/с. Я предпочитаю быстрый, мощный старт. Шашку целую трудно отлить на длину 200 мм. Да и не нужно. 2 субшашки достаточно хорошо работают. И лить их удобно. Кстати, лил в бронировку (1 мм картон) и вставлял с.шашки в стакан из того же картона 1 мм с разделением диском из него же. Этого достаточно, чтобы абсорбировать всё тепло и сгореть. Камера чистая, только на конвергентном конусе немного конденсата осталось. Остатки стакана вылетают на последних кадрах видео при догорании. Хотя, для предстоящего полёта, видимо сделаю шашку на пропорции 60/40. Чуть пригладится верхушка графика. А запаса по тяге там достаточно. Для 2 кг ракеты.

RocKI>> Мощный моторчик. Профиль для шашечного мотора необычный.
a_centaurus> столовый сахар/KNO3 35/65

Т.е. он был без добавки металла?

Laska_2879> Т.е. он был без добавки металла?

Я не добавляю "металлы" (Al) в формулу KNSu. В свое время провел серию экспериментов и отказался. Только для шашек торцевого горения (ракетоплан) включается FeO + Cu (проволока).

a_centaurus> Только для шашек торцевого горения (ракетоплан) включается FeO + Cu (проволока).
Какой скорости горения можно добиться от такого решения, если не секрет?
Оксид двухвалентного железа вместо трёхвалентного здесь выбран из специфических соображений?

Laska_2879>> Т.е. он был без добавки металла?
a_centaurus> Я не добавляю "металлы" (Al) в формулу KNSu. В свое время провел серию экспериментов и отказался. Только для шашек торцевого горения (ракетоплан) включается FeO + Cu (проволока).
Спасибо.Цель вопроса: хотелось больше знать о сроках хранения двигателей (шашек) карамельного топлива с различными добавками.

Laska_2879> хотелось больше знать о сроках хранения двигателей (шашек) карамельного топлива с различными добавками.

Сроки хранения шашек (KNSu) с Al и окисью железа сильно меньше чистых составов. Здесь на ветке я испытывал в двигателе шашку KNSu изготовленную 6 лет назад (до испытания). Большой разницы в графиках тяги обнаружено не было. Как и в физическом состоянии зарядов. Храню я их в х/б тряпочке. А вот шашки с неорганическими добавками размягчаются со временем, хотя и загораются. Но рисковать с хранением таких зарядов я бы не стал. Лучше всего работает схема: сделал шашку - используй в течение 3-5 дней. А в эти дни храни в прохладном сухом месте.

Laska_2879>> хотелось больше знать о сроках хранения двигателей (шашек) карамельного топлива с различными добавками.
a_centaurus> . Но рисковать с хранением таких зарядов я бы не стал.
А, в чем риск?
Я думаю, что занятие этим хобби - дело сезонное, а значит, интересуют сроки сохранности до следующего лета, например, т.е. 6 месяцев. Год.
Кажется, на Форуме эту тему ни кто не прорабатывал: изменения геометрической формы заряда по времени; изменения его химического состава, без добавок и с ними; вероятность образования трещин и отслоений, в зависимости от перепада внешних температур (учет коэффициента теплового расширения разных материалов и самой карамели, в контакте с бронировкой) и т.д. И конечно же, все это - под контролем осушителя, чтобы исключить действие паров воды на все, перечисленное выше.

Laska_2879> Цель вопроса: хотелось больше знать о сроках хранения двигателей (шашек) карамельного топлива с различными добавками.
У меня при добавке АСД6 в карамель резко снижалась гигроскопичность.
Почему не знаю!

Laska_2879> А, в чем риск?

Повторяю: это мое личное мнение, основанное на экспериментах. Риск в полной бесконтрольности нутра шашки. У тебя нет никаких иных методов, кроме визуального осмотра, обнюхивания, царапания и, может быть, сжигания свидетеля, который должен быть изготовлен из того же замеса и храниться с основным зарядом. Но все это тебе не даст никакой гарантии, что на старте или в полёте двигатель сработает нештатно. Прочти историю "candy fuel" где написано, что именно отсутствие гарантированного performance шашек candy при хранении было причиной отказа от их использования в бустерных двигателях самолётов. Но, как обычно, в ER каждый выбираeт свой путь. Попробуй изготовить и сохранить хотя бы год несколько шашек со свидетелями и испытать их в одном движке. Разумеется сначала нужно сделать тесты свежих шашек и получить графики тяги для reference. Удачи в такой работе. Интересно будет узнать о результатах.

По хранению есть маленький опыт. Вот эти двигатели

хранились год в комнате в картонной коробке, сопло было заклеено скотчем. Через год испытывались на стенде и в полёте. Изменения характеристик замечены не были.

-

Xan> У меня для ПХА 10 микрон получалась скорость 6 мм/с, для 20 — 25.

Не понял, это что разброс по скорости горения от размера гранул? Что-то больно дикий. А что за состав?

SashaMaks> Так как тяга постоянна на режиме, ничего в геометрическом законе менять пока не буду.

Нет, всё таки придётся отредактировать загон горения для этого топлива. Не в тяге дело, а в давлении.

Окинул взглядом свой уже подзабытый опыт испытаний, и вспомнил некоторые очень важные нюансы.

Для системы топливо – сопло – давление:

Есть такая проблема с керамическим материалом, используемом в моих двигателях: Непостоянство эрозии сопла. Проявляется это в хаотичном уносе целыми кусками фрагментов керамической массы со всех внутренних поверхностей сопла. При этом возникают сильные вибрации тяги и давления в камере сгорания порядка 5-10% и наблюдаются радиальные биения корпуса из-за возникающего отклонения вектора тяги. Это не говоря уже о сильном падении давления на режиме и просто невозможностью поддерживать высокое давление (более 10атм) в камере сгорания на режиме.

1. Изначально глина применялась мной вообще без всякого обжига, и вроде бы поначалу это давало успешный результат, но то было очень давно (2000-2002гг) и восстановить события тех лет уже проблематично.
2. Потом в 2006 году, керамическое сопло просто сдуло в миг. Стал думать, появился выбор между принципиальной нестойкостью и так называемым «шиферным эффектом», когда кристаллизационная вода, испаряясь при сильном и резком нагреве, просто отрывает слой за слоем от поверхности сопла.
3. Вернулся к этой тематике в 2010 году, фактически дополнительно убедился, что факт послойного термическо-эрозионного разрушения сопла имеется. Начал разрабатывать методику сушки и обжига, которая полностью сводилась к полному обезвоживанию глиняной массы.
4. После начала применения обезвоженной керамики вроде всё было хорошо, эрозия была нормальной ровной и стабильной на режиме в строго прогнозируемом и достаточном диапазоне. Но недостаточном для более высоких давлений.
5. Потом вдруг снова возникла эта проблема сильно деструктивного разрушения керамики. Предварительно много двигателей и их данных попортила она. Позже выяснилось, что при применении начальной теплоизоляции сопл органикой, происходила поверхностная пропитка керамической массы полимером на глубину примерно 1-1,5мм. После того, как это покрытие было убрано за нецелесообразностью своего первоначального применения, глину снова стало растрескивать, так как после обжига она очень быстро тянула влагу из воздуха, и это снова приводило к «шиферному эффекту» сводя на нет весь обжиг. Что могло сказаться не сразу, а через некоторое, весьма короткое, время хранения.
6. На некоторое время покрытие было возвращено на сопло. Был сделан вывод о том, что органика и некоторые другие клеящие вещества дополнительно проклеивают частицы глины между собой, укрепляют общую массу и повышают её стойкость к эрозии. Но поверхностная обработка органикой оказалась сильно ограниченной по глубине и поэтому не имела перспектив для больших двигателей.
7. После разработки технологии совмещения двух разных клеев в одной соединяемой единице, удалось применить сквозную пропитку сопла цапон-лаком и так же надёжно после этого вклеить его в бумажный корпус без нарушения адгезии. Т.е. лак дезактивирует поры керамики и укрепляет её, дополнительно проклеивая частицы между собой. Испытание двигателя с таким соплом не дало заметного разгара сопла вообще!
8. Казалось вот он успех – наконец-то проблема сильного эрозионного разрушения сопла решена и при том ещё так успешно, что разгара вовсе нет. На основании этих данных был спроектирован совершенно новый двигатель с новый геометрическим законом горения. И было решено попробовать «шикануть», а вдруг обжиг на газовой плите и вовсе не нужен, достаточно просто хорошо высушить сопло на электроплитке и пропитать его полимером. Результат оказался отрицательным, сопло снова вынесло. Было решено вернуть обжиг на газовой плите и более не отступать от исходной технологии.
9. В итоге после последнего испытания был обнаружен довольно значительный, но равномерный разгар сопла. После пропитки цапон-лаком разгар меньше не стал, чем был после поверхностного пропитывания. На основании чего был сделан вывод, что отсутствие разгара было обусловлено отсутствием серы в натриевой карамели. А органика никакой механической прочности глине не добавляет. Она так же испаряется из пор, как и вода, но заметно менее интенсивнее, что при достаточной степени полученного предварительным обжигом спёка, не приводит к сильному эрозионному разрушению керамического материала.

1. Эрозия сопла отсутствует полностью у двигателя с топливом на натриевой карамели.
2. Эрозия сопла присутствует у двигателя с топливом на натриевой карамели с серой.
3. Просто краткосрочный обжиг глины приводит со временем к насыщению её пор водой и последующей сильной эрозии и нерасчётной работе двигателя.
4. Органика, дезактивирует поры, не давая воде вновь вернуться в них.

Всё это относится к керамике, обжигаемой на газовой плите.

Итого без малого 13 лет исследований в этом направлении!
Когда я только задумывался о том (1999г), как круто было бы использовать просто глину в соплах своих ракет, я даже и не представлял, что такое «элементарное» и «простое» решение будет так долго решаться. Видимо такова цена за неприменение громоздкого и сложного оборудования для обжига глины.


В связи с выше написанным, следующий двигатель будет иметь критический диаметр сопла не 12мм, а 11мм и длину звездообразной шашки не 40мм (1L), а 20мм (0,5L).
Это снизит начальную тягу до 24-25кгс, но повысит конечную тягу до 40-44кгс, создав умеренный прогрессивный закон горения, который в результате должен полностью компенсировать разгар сопла с 11мм до 14,5мм. Давление по данному расчёту будет в пределах 18-22атм, а время работы двигателя 2,8-3,0с.

Без звездообразной шашки с символической длиной в 20мм и попыткой создания давления в двигателе 20атм при диаметре сопла 10,5мм, будет взрыв двигателя на 1,5-2,0с работы из-за превышения критического давления в камере сгорания ~45атм.
Двигатель МА-40-10 (Р-40-56).
#p3035764

Без звездообразной шашки с символической длиной в 20мм и попыткой создания начального давления в двигателе 10атм при диаметре сопла 12мм, будет сильный градиент давления на режиме от 10-11атм до 24-26атм, что чревато относительно большими потерями в УИ до -15с.
Двигатель МА-40-10 (Р-40-57).
#p3047483

Xan>> У меня для ПХА 10 микрон получалась скорость 6 мм/с, для 20 — 25.
RocKI> Не понял, это что разброс по скорости горения от размера гранул?

Это скорость осаждения пылинок в воздухе.
По скорости можно узнать размер частичек.

Я планировал разделать ПХА на фракции по скорости осаждения, но нифига хорошего не вышло, частицы любят слипаться.

Xan> Это скорость осаждения пылинок в воздухе.
А я уже перепугался. И все же, зачем добиваться определенного размера частиц?

Xan>> Это скорость осаждения пылинок в воздухе.
RocKI> А я уже перепугался. И все же, зачем добиваться определенного размера частиц?
используя окислитель из смеси частиц разных размеров и формы, можно влиять на плотность топливной смеси, ее реологию и скорость горения
в промышленном производстве этим пользуются

Mester> используя окислитель из смеси частиц разных размеров и формы, можно влиять на плотность топливной смеси, ее реологию и скорость горения

Это понятно. Цель непонятна. Добиться повторяемости? Увеличить или уменьшить скорость? Поднять импульс? Порядок величин, из-за чего копья трещат?

Mester>> используя окислитель из смеси частиц разных размеров и формы, можно влиять на плотность топливной смеси, ее реологию и скорость горения
RocKI> Это понятно. Цель непонятна. Добиться повторяемости?
Добиться увеличения возможного заряда при фиксированном времени жизни связующего. Без потери надёжности, естественно. Это одна цель.
Другая - снижение доли связующего и повышение УИ.

RocKI> Это понятно. Цель непонятна. Добиться повторяемости? Увеличить или уменьшить скорость? Поднять импульс? Порядок величин, из-за чего копья трещат?
В моём случае топлива на базе пхк прессованные. Специфика составов исключает использование связки в количествах более 3%, иначе с одной стороны всплывают все грабли с пульсациями и прочими радостями, которыми богат пхк, с другой — при таком усилии столбик топлива ведёт себя как жидкость, просачиваясь в щели, заклинивая намертво пуансоны и не позволяя прессоваться выше некоторого предела.
В низкодисперсном виде Х00 микрон окислителя даже при усилии в 2 тонны на см² столбик достаточно легко разваливается в руках и прессуется в целом очень так себе. В моторе такое топливо при горении частично вылетает кусочками.
Но при Х0 микронах шашка уже прессуется так, что её разбить можно только молотком или хорошо зажав в тисках, с небольшим количеством связки (от 2% битума шашка им просачивается насквозь) прочность ещё выше.
При Х микронах, по идее, должно быть ещё лучше.
Это что касается порошкообразных топлив. Слишком мелкая фракция в случае использования заливочных смесей приводит к их чрезмерному загущению.
Вот файл, можно почитать об этом на 150 странице.

SashaMaks> Пойдём поэтапно.

Пункт №2. Это выбор материала.
В общем, ничего сложного нет. Я использую обыкновенный ватман формата А1, его толщина примерно 0,25мм. Но у него есть одна мерзопакастная особенность, которую можно не заметить - это печать "гознака", которая пробивает его толщину, уменьшая её где-то в два раза. На это место лучше не залезать и внимательно нужно смотреть, чтобы развёртки не попали туда.

Пункт №3. Технологическая разметка ватмана под печать.

Для печати чертежей развёрток на струйном принтере формата А4, лист ватмана разрезается на полосы. В данном случае удобнее всего разрезать его поперёк на 4-е полосы шириной 160мм и одну полосу 210мм. Первые четыре пойдут на печать четырёх слоёв развёрток корпуса и дополнительных развёрток двигателя. Полоса шириной 210мм является вспомогательной и может быть использована позже по мере надобности.

Струйный принтер способен печатать на полосе максимальной шириной 210мм и максимальной длиной 584мм. Т.е. он берёт много больше чем просто формат А4, этим я и пользуюсь. Печать выполняется из программы AutoCAD в масштабе 1:1. Погрешность печати составляет ±0,125%.

SashaMaks> Пункт №3. Технологическая разметка ватмана под печать.

Разрезанные листы помечены крестиком с той стороны, где принтер всё равно не достанет своей печатью, так как длина полосы составляет 610мм, что меньше, чем 584мм может распечатать принтер и эта часть полосы где находится "гознак".

Пункт №4. Печать развёрток.

Были чертежи на компе, стали на листе.

SashaMaks> Пункт №4. Печать развёрток.

Очень важный момент, который необходимо учесть ещё до печати, это преимущественное направление волокон листа ватмана. В данном случае оно совпадает с красными стрелками. При такой ориентации волокон достигается наибольшая прочность корпуса двигателя.

Если перевернуть развёртки на листе ватмана на 90гр., то прочность корпуса двигателя только по этой причине будет примерно в 2-2,5 раза ниже.