Хлоратные топлива и двигатели на них

ksm>>
Мне кажется, что пора разобраться,каким должен быть правельный многошашечный двигатель и нюансы его сборки(зарядки).
Основные исходные данные по двигателю:
Конструкция.
корпус (труба из какого либо материала)
сопловая и заглушечтая части
Теплоизоляционная труба
шашки (с канально -торцевым горением)
шашка трассер
Давайте обсудим и придем к каким либо конкретным правилам и технологии при сборке двигателя данного типа.

LEVSHA> Кстати я знаю как минимум одного участника, который смог бы это смоделировать, но у него шашка другой системы и ему это не надо.

Уж не на меня ли ты намекаешь? )))
По этому поводу я уже дважды писал свою версию, но дважды не зашло.
Есть два закона в природе, которые здесь (на форуме) не рассматривают.
1. Закон изменения площади критического сечения. Его важность равна важности закона горения топлива.
2. Закон изменения толщины ТЗП.
Второй про эту конструкцию, которая ещё работает и на усилие, т.е. бронировка шашки здесь - это не чистое ТЗП - это несущая конструкция + ТЗП.

ksm> Мне кажется, что пора разобраться,каким должен быть правельный многошашечный двигатель и нюансы его сборки(зарядки).
Тут уже столько раз это обсуждали, не сосчитать.
Показываю последний раз))
Сборка демонстрационная, насухую - без смазки и др. расходников.



Мотор: Многоразовый стеклопластиковый корпус с графитовым соплом.
Заряд: Канально-торцевой, 5 шашек 47х80х18 мм. по 202 гр.
Трассер: Сорбитовая карамель, шашка длиной 50 мм.
ТЗП: Электрокартон на эпоксиде.
Топливо:
AMMONIUM PERCHLORATE (AP) 69,000
CUPRIC OXIDE 1,000
POLYURETHANE BINDER 11,000
ALUMINUM (PURE CRYSTALINE) 10,000
CASTOR OIL 9,000

Время работы 2,4 сек. Давление порядка 50 Атм.

Заметьте, шашки входят плотно, но легко - зазор есть.
Для того,чтобы газы во-всю не циркулировали между корпусом, ТЗП, и шашками - нужно бронировку шашек, внутреннюю и особенно внешнюю часть ТЗП хорошо смазывать жидким силиконом (без отвердителя) нет силикона, смазывайте солидолом, но силикон лучше - он равномерно растекается по смазываемым поверхностям, к тому же более устойчив к Т чем солидол.
Обильная смазка поглотит тепло, если оно выйдет на стенку корпуса.
На фото это хорошо видно: в 2-х местах прогар ТЗП, но при этом корпус не пострадал.

SashaMaks> Уж не на меня ли ты намекаешь? )))
А кого же ещё.

SashaMaks> бронировка шашки здесь - это не чистое ТЗП - это несущая конструкция + ТЗП.
Золотые слова.

Прошу сделай расчет, если не трудно. Вопрос же не в том, что мне это нужно больше чем другим – у меня вообще торцевики. Просто за «державу» обидно. КН считают, корпус на прочность считают, а такой важный аспект пропускают.

Основное это то, что ненужно сразу делать сложную модель, которая точно повторяет внутреннюю форму типового многошашечного двигателя. Сначала нужно на простом макете посмотреть порядок цифр – а вдруг я ошибаюсь.
Задача, следующая - ниже чертеж.
Отверстие Ф12мм справа это сопло дырка. Участок трубы Ф16 и L50 это канал шашки ближней к соплу. Переход трубки в емкость слева это торец шашки. Емкость слева это остальная часть двигателя, где горят остальные шашки и создают оббьем газа, который сначала протекает по каналу шашки а потом через сопло в атмосферу.
Суть. Нужно нарисовать такой объект как на эскизе. Создать в левой емкости давление, например 50атм. И узнать какое давление будет перед соплом – то есть определить какой перепад давления нужен, чтобы преодолеть канал шашки с учетом разгона газов в канале ну и если возможно с учетом трения.

LEVSHA> узнать какое давление будет перед соплом – то есть определить какой перепад давления нужен, чтобы преодолеть канал шашки с учетом разгона газов в канале ну и если возможно с учетом трения.

А что это нам даст? Какой вопрос решим?

Serge77> А что это нам даст? Какой вопрос решим?
Мы получим два важных ответа.
1. С какой силой бронировка шашки или шашка давит на сопловой блок. Если ты помнишь, я делал стенд для прояснения для себя этого вопроса и писал пламенные посты.
2. Мы узнаем, какой перепад давлений получается с двух торцов шашки и тогда будет проще и нагляднее понять, почему газы текут по внешней стороне и какой порядок этого течения.

ksm> .
Когда два года назад я лазил по всему интернету и смотрел конструкции любительских и фирменных двигателей. Что мне очень бросилось в глаза так это то, что наши иностранные товарищи не экономят на толщине картона бронировки – прагматики. А наш любитель от острого желания запихнуть побольше, топлива даже умудряется забронировать шашку в два слоя офисной бумагой.

ksm> Мне кажется, что пора разобраться...
Тут все от Саши зависит - будут цифры, тогда придет понимание и мотивация разбираться.

LEVSHA> А наш любитель от острого желания запихнуть побольше, топлива даже умудряется забронировать шашку в два слоя офисной бумагой.

Не всегда! )))
И иностранный любитель тоже иногда жгёт. Видимо на больших размерах начинают напрягать финансы и, вообще, масса корпусных элементов двигателя уже становится какая-то не такая малозаметная - начинают экономить в итоге:

Градация давления в КС безусловно тоже вносит свой вклад, но на старте ракеты шашки просто садятся друг на друга в основном за счёт инерции. Что тут начинается на стыках...
А на стендовых испытаниях всё может быть безупречно.

Пока вот так выглядит график давления в КС подобного многошашечного двигателя. Завтра прогоню поточнее. Немного не попал с давлением, да и смесь газовую установлю ближе к реальной.
Ну и под давлением никакого трения там между шашками и корпусом уже не будет. Корпус раздует, а шашки обожмёт. В итоге плотная посадка перейдёт в свободную, и шашки будут просто болтаться внутри.

SashaMaks> .
У меня сегодня праздник. Даже не знаю, как тебя благодарить. В общем, ОЧЕНЬ СПАСИБО за содействие.
Надеюсь, что твой труд оценят и другие участники.
По делу.
Мне тяжело оценить насколько полученная картина отвечает реальным процессам, но по графику видно, что тенденции правильные.
Прошу прощения за наглость, но если сможешь, сделай такой, же расчет когда канал у шашек Ф14мм и 12мм.

SashaMaks> Градация давления в КС безусловно тоже вносит свой вклад, но на старте ракеты шашки просто садятся друг на друга в основном за счёт инерции. Что тут начинается на стыках...
Безусловно, стенд и полет это разные вещи. Но твоя модель показывает что усилие, которое создает перепад давления больше чем даже достаточно резвый старт.
SashaMaks> Ну и под давлением никакого трения там между шашками и корпусом уже не будет. Корпус раздует, а шашки обожмёт.
Ты меня наверно неправильно понял я имел ввиду о трении газа по стенке канала шашки, которое, тоже вносит свою лепту.

Резюме. При работе многошашечного двигателя калибра 35мм с каналом в шашке в полтора раза больше критики, на нижнюю шашку с учетом ускорения может оказываться усилие ~80-100килограм.
Если канал будет меньше, все будет намного плачевнее.

LEVSHA> ~80-100килограм.

Расчёты дело хорошее, но как узнать, правильные ли они? Варбан писал, что разница давлений на всей длине двигателя - несколько процентов. А тут 20%.

LEVSHA>> ~80-100килограм.
Serge77> Расчёты дело хорошее, но как узнать, правильные ли они? Варбан писал, что разница давлений на всей длине двигателя - несколько процентов. А тут 20%.
Да вырос хороший. Выскажу пару соображений.
1. То, что с перепадом давления проблема есть и что она серьезная я в этом уверен. Мои опыты это подтверждали + мой отец, работавший в лаборатории газовых смесей говорил, что так и будет.
2. Но ведь хочется доказательств. Как можно проверить?
У нас на форуме есть как минимум два продвинутых физика. Так как нам не нужно делать расчеты до десятых долей процентов можно сделать простой расчет.
Определяем очень приблизительно плотность продуктов сгорания при рабочем давлении, например 50атм. Потом канал шашки приравниваем к участку трубопровода. Потом задаем расход газа, который производят верхние шашки, и рассчитываем скорость потока в нашей трубе. Имея скорость потока, узнаем, сколько кинетической энергии приобрел газ при разгоне + трение и узнаем какой перепад давления для этого нужен.
Вообще проблема лежит на самой поверхности, но она настолько неочевидная, что форумчане её не замечают.
P.S. Практически всё давление, создаваемое в двигателе тратится на разгон газа в критике сопла. А так как скорость газа в канале шашки если он тонкий почти как в критике значит и энергия на его разгон потрачена в канале шашки а не в критике а для этого нужен перепад давления.
То есть теоретически, если канал шашки равен критическому сечению сопла в первый момент времени сопло не разгоняет рабочее тело, разгон происходит в канале шашки и все давление остается в ней, а перед соплом остается пару атмосфер.

Поверхность канала горит, и выдувает из себя самой газы. Приравнивать в своих рассуждениях газодинамические св-ва газогенерирующей поверхности канала к простой трубе, как к препятствию на пути ею же производимых газов - это имхо не то чтобы странно, но как-то самобытно, нет?

LEVSHA>>> ~80-100килограм.
Serge77>> Расчёты дело хорошее, но как узнать, правильные ли они? Варбан писал, что разница давлений на всей длине двигателя - несколько процентов. А тут 20%.
LEVSHA> Да вырос хороший. Выскажу пару соображений.
Вот специально нашел советский ролик в котором экспериментально и наглядно показан этот эффект. «Уравнение бернулли»

LEVSHA> можно сделать простой расчет.

Любая задача имеет очевидное простое решение, неправильное.

То, что ты предлагаешь вот так просто посчитать, институты считают всю жизнь, и то не очень.

LEVSHA> А так как скорость газа в канале шашки если он тонкий почти как в критике значит ......

значит двигатель спроектирован неправильно и будет эрозионное горение.
Площадь сечения канала должна быть хотя бы в 1.5 раза больше, чем площадь критики.

Non-conformist> Поверхность канала горит...
Мы с тобой не общаемся – ну ты в курсе.
Но тут тот случай, когда истинна дороже.
Ты говоришь о том, что на поверхности канала шашки имеется газовая подушка – да конечно. Но надо разобраться, на что она влияет. Конечно на трение.
И вот тут и есть основное заблуждение – все думают о трении.
А нужно посмотреть под другим углом.
Чтобы газ в нужном объеме прошел через канал шашки он должен это делать с определенной скоростью и эта скорость офигенная.
Так как газ имеет массу для его разгона нужно потратить энергию – создать перепад давления.
P.S. Если мне удастся донести свою мысль, то я буду считать что хоть одно полезное дело я сделать для форума за два года.

LEVSHA>> можно сделать простой расчет.
Serge77> Любая задача имеет очевидное простое решение, неправильное.
Serge77> То, что ты предлагаешь вот так просто посчитать, институты считают всю жизнь, и то не очень.
Категорически не согласен.
Я же написал, что точность расчетов будет ± лапоть но порядок цифры будет правильный.
Нас – кустарей не интересуют даже ± десять процентов главное понимание порядка величин.
Основные затраты идут на приобретение газом кинетической энергии.
Ладно, поступим проще. Любой процесс имеет сопутствующие потери, и они только усугуб** ситуацию – правильно?
А я предлагаю посчитать только прямую затрату энергии – на разгон газа.
Или кто-то хочет переписать законы преобразования энергии?

LEVSHA> Но тут тот случай, когда истинна дороже.

Будь осторожнее, не подставляйся.

LEVSHA> Ты говоришь о том, что на поверхности канала шашки имеется газовая подушка – да конечно. Но надо разобраться, на что она влияет. Конечно на трение.

она не подушка, она подвод. Гуглить "полутепловое сопло".

LEVSHA> И вот тут и есть основное заблуждение – все думают о трении.
LEVSHA> А нужно посмотреть под другим углом.
LEVSHA> Чтобы газ в нужном объеме прошел через канал шашки он должен это делать с определенной скоростью и эта скорость офигенная.

Нет. Эта скорость может быть офигенной, а может и не быть. Суть в том, что если у нас уже есть скорость, нам не так нужно давление, и наоборот, тормозя разогнанный газ, мы давление восстанавливаем.

LEVSHA> Так как газ имеет массу для его разгона нужно потратить энергию – создать перепад давления.

И чо? Теплу из двигателя всё равно деться некуда. Даже диссипативные силы, если они внутри камеры, нам не мешают, т.к. не уменьшают потенциальную энергию рабочего тела. А уж задача сопла - превратить её в кинетическую.

LEVSHA> P.S. Если мне удастся донести свою мысль, то я буду считать что хоть одно полезное дело я сделать для форума за два года.

подставляешься опять.

Теория двигателей такова, что процессы, происходящие до начала сужения, в общем случае неважны. Мы имеем дело с газом с таким-то расходом и такой-то температурой. Ещё важна средняя молекулярная масса. ВСЁ! При известной форме сопла этого достаточно, чтобы определить и абсолютную тягу, и удельную тягу.

Давление в камере в формулу УИ не входит, лишь степень расширения. Давление может влиять опосредованно, через среднюю молекулярную массу.
Так что в вакууме на УИ давление в камере влияет только через ограничение размера и массы сопла.
В атмосфере мы, конечно, лимитированы противодавлением, но, сказать честно, для того, чтобы разогнать поток почти любого газа в сопле до сверхзвуковой скорости при подходящей форме сопла, достаточно как раз трёх-четырёх атмосфер

Так что, даже если бы ты был прав, это бы не работало так, как ты думаешь.

А реально такого падения давления вдоль канала при соблюдении хотя бы минимального запаса площади по отношению к критике, ни за что не будет.

Serge77> Площадь сечения канала должна быть хотя бы в 1.5 раза больше, чем площадь критики.
Это просто цифра.
Ведь тебя не устроит формулировка, что площадь критического сечения сопла должна быть всегда в сто раз меньше чем площадь горения?
Я всего лишь пытаюсь подвести базу под данный вопрос.

LEVSHA> Надеюсь, что твой труд оценят и другие участники.

Я тоже надеюсь, но скептики...

LEVSHA> По делу.
LEVSHA> Мне тяжело оценить насколько полученная картина отвечает реальным процессам, но по графику видно, что тенденции правильные.

Конечно правильные, качественно и в отношении тем более.

LEVSHA> Прошу прощения за наглость, но если сможешь, сделай такой, же расчет когда канал у шашек Ф14мм и 12мм.

Я уже делал такой расчёт для бессопловых двигателей предельно близкий к конкретному двигателю. Результат расчёта совпал с практическим идеально, расхождение всего несколько процентов:

Подобные симуляторы проверялись неоднократно и не только мной, счётная ошибка составляет по разным источникам 1-3%.

LEVSHA> Безусловно, стенд и полет это разные вещи. Но твоя модель показывает что усилие, которое создает перепад давления больше чем даже достаточно резвый старт.

Все эти процессы завязаны во времени. Канал быстро раздует и градиент давлений по длине уйдёт, а инерция останется.

LEVSHA> Ты меня наверно неправильно понял я имел ввиду о трении газа по стенке канала шашки, которое, тоже вносит свою лепту.

Возможно. Я имел в виду, главное - это то, что шашки лишившись своей торчащей бронировки сядут торцами друг на друга под действием n-ого количества сил и привет корпусу.

Serge77> Варбан писал, что разница давлений на всей длине двигателя - несколько процентов. А тут 20%.

А что за двигатель был? Или с одного на все перенялось?

LEVSHA> Так как газ имеет массу для его разгона нужно потратить энергию – создать перепад давления.

Всё так и есть.

LEVSHA> P.S. Если мне удастся донести свою мысль, то я буду считать что хоть одно полезное дело я сделать для форума за два года.

Эта мысль мною уже давно понята. Численная модель для расчёта сплошных сред очень простая, а точность вычислений у неё точно такая же, как у модели для расчёта полёта высоты ракет. Единственная сложность заключается лишь в том, что мы не знаем заведомо куда и чего потечёт, поэтому вынуждены просчитывать каждую точку пространства в отличие от простой кривой траектории полёта - это существенно сказывается на времени расчёта.

Serge77> Любая задача имеет очевидное простое решение, неправильное.
Serge77> То, что ты предлагаешь вот так просто посчитать, институты считают всю жизнь, и то не очень.

Ты просто даже примерно не представляешь себе, как такие расчёты делаются. Поэтому тебе и кажется всё таким сложным и ошибочным.

LEVSHA> Так как газ имеет массу для его разгона нужно потратить энергию – создать перепад давления.
LEVSHA> P.S. Если мне удастся донести свою мысль

Чего тут доносить, я же написал ИЗМЕРЕННЫЕ данные - перепад по всему двигателю несколько процентов.