Гибридный Ракетный Двигатель

Насчёт шашки не скажу, но вообще капрон, капролон, нейлон - это названия одного и того же полимера - полиамида. Разные марки могут отличаться по прочности, износостойкости и т.д., но по химсоставу это одно и тоже с очень маленькими различиями.
Для шашки может иметь значение цвет и температура плавления.

NeOnFrOsT> Центаврус, можно ли вместо нейлона использовать капролон в топливной шашке?

В общем-то тебе уже ответили по поводу nylon-polyamide. В своих разработках я использовал nylon-poliamide 6. Но если хочешь, чтобы ответ был полнее, приведи рабочую формулу задуманного тобою ГРД. Какая топливная пара в нём будет использована. Какой объём бака, камеры. Ведь выбор горючего зависит от типа окислителя в том числе.

a_centaurus> приведи рабочую формулу задуманного тобою ГРД. Какая топливная пара в нём будет использована. Какой объём бака, камеры.
Окислитель- N2O. В качестве горючего хочу использовать капролон, видимо можно.
Посчитал по твоему расчету, вот что получилось:
Isp-210
Pc = 300 psi
Favg = 200 N
tt = 3 s
Ae/At = 4
Бак:
V-0.3 л
Инжектор:
расход: 0,083 g/s
dinj = 1.7 mm
Топливная шашка:
Скорость уноса в-ва: 0,6 mm/s
диаметр канала- 2cm
длина шашки ~ 30 см.
мин. диаметр шашки- 24 mm
Сопловая часть
пока неразобрался

NeOnFrOsT> Окислитель- N2O. В качестве горючего хочу использовать капролон, видимо можно.
NeOnFrOsT> длина шашки ~ 30 см.
NeOnFrOsT> NeOnFrOsT> Сопловая часть пока неразобрался.

Старайся мыслить сразу в категориях конструирования двигателя. То есть, обязательно нужно представлять себе геометрию двигателя. Его калибр, длину и вес. И материалы, из которых ГРД будет изготавливаться. Если, конечно, твоя задача пока не просто поиграть в модели.
Также необходимо определиться с рабочей схемой двигателя. Напомню, что этот стандартный расчёт (как и программы-калькуляторы) приведён к схеме monocoque придуманной независимо Урбанским и Колбурном. В ней имеется плавающий поршень-инжектор, поэтому очень высокие требования к внутренней поверхности и геометрии трубы-корпуса движка. Необходимо иметь нейлоновую трубку 6 мм высокого давления для заправки и использования в качестве клапана.
В общем расчёт вполне правдоподобен. Я бы уменьшил (и об этом говорится во всех алгоритмах расчётов ГРД) длину шашки до разумных размеров. Если ты выберешь калибр движка 1.5" (38 мм) то 300 г бак будет длиной около 320 мм. Тогда длину шашки лучше слегка уменьшить до 250-260 мм. Плюс сопло+плавающий инжектор + крышки = 670-700 мм. Ракета с таким движком получается супердлинная и с особыми требованиями по аэродинамике. Смотри в ранних публикациях в моём топике по ракете с ГРД... Собственно, когда я сделал ракету, то пускать мне её расхотелось и я стал дорабатывать движок до того вида как сейчас. С раздельными баком, камерой и клапанной головкой.
Диаметр сопла должен быть около 8 мм.

NeOnFrOsT> расход: 0,083 g/s
NeOnFrOsT> dinj = 1.7 mm

Если расход Nox, то kg/s.
У нас на испытаниях почти такой же расход получился на 200N тяги.

a_centaurus> Старайся мыслить сразу в категориях конструирования двигателя...
Вот конструкция двигателя.

a_centaurus>> Старайся мыслить сразу в категориях конструирования двигателя...
NeOnFrOsT> Вот конструкция двигателя.

Ура. Гибридчиков становится больше!!!
Извини, сразу влезу.
1. Стартовая шашка такого размера не нужна. На движках с тягой 200кг и диаметром канала ф70мм мы применяли шашку ЧП на нитросвязке весом 16гр. И был ресурс по ее уменьшению. Капролон, видимо, запускается труднее парафина, но не на столько.
2. И у стартовой, видимо, нужно предусмотреть ее собственную гильзу-теплоизолятор. Иначе она в самом начале цикла может разрушить теплоизоляцию у головки. По первости мы ее делали в отдельном алюминиевом кольце. Или стальном. Я не припомню.
Вообще, можно выбрать металл в теле инжекторной (мяса там много судя по эскизу) и там разместить и стартовую и пироклапан.
3. Какова конструкция пироклапана?
4. Не уточнишь, как бак окислителя стыкуется к камере? Если изображенная на эскизе верхняя часть головки заполняется окислителем, то крепежные отверстия должны быть глухими. Иначе закись свистеть оттуда будет. Уплотнения не помогут.
5. Теплоизоляцию заводи под сопло. На всю длину до упорного кольца. Даже на 1,5 сек работы корпус в этом месте раскаляется до 100С.
6. Теплоизоляцию заводи миллиметра на 3 под головку. Около головки будет "греть" стартовая шашка и стык там не к месту.

NeOnFrOsT> Вот конструкция двигателя...

По представленному эскизу камеры (not HRM). Как я понимаю, ты собираешься использовать "отпаянный" бак. И магистраль у тебя будет жёсткая с пайкой на местах соединений с инжектором и крышкой бака.
Тогда было бы желательно увидеть всю схему, а не только камеру. В двигателе нет не важных деталей. Если ты ошибёшься, например, в конструкции дренажного клапана, то просто не сможешь заправить бак. Имеет значение длина магистральной трубки и её термодинамические свойства. Не забывай, что NOх это криогенная жидкость со всеми вытекающими последствиями.
Таблетка пиросостава, названная тобою "пироклапан" в реальности является пока (в версии эскиза) неким элементом размерной цепочки компонентов сборки камеры сгорания. Первая грубая ошибка - это то, что в этом узле, находящимся под давлением 50 Атм, ты забыл УПЛОТНЕНИЕ (Вообще, несмотря на "демократический" кодекс Форума, я бы не советовал персонам, не имеющим хорошей лабораторной практики и соответствующих материальных возможностей или доступа к необходимому оборудованию, пытаться поиграть с газами под высокими давлениями. Это рано или поздно закончится по меньшей мере "сильными впечатлениями". В худшем - серьёзными ранениями или травмами. Ну и в самом худшем... Рекомендую зайти на сайт Space Propulsion Group и скачать материалы о NOx Safiety).
Вторая грубая ошибка - размер исчезающей мембраны, несовместимой с этим давлением. Как только ты поставишь o-ring под неё, её раздавит в пустом центре над каналом стартовой шашки.
Перечень можно в деталях продолжать (есть замечания по инжектору). Но и этого достаточно. Я когда-то советовал одному из участников Ф. (FRC) начать с КОПИРОВАНИЯ какого-нибудь известного образца ГРД. Такая копия позволит мягко войти в тему и пройти весь курс молодого бойца грдшника без потерь и разочарований. Подумай и ты над таким вариантом. И пиши поболее, не стесняйся излагать свои мысли.

FRC> Извини, сразу влезу.
Это пока только эскиз, делать буду такой двигатель еще не скоро.Для того и выкладывал чтобы оценили, критиковали. Спасибо вам за это.
А пока займусь копированием действующих двигов, как и советует центаврус. Буду делать двигатель его конструкции Me_H_10_M_01 (NOx/paraffin)

NeOnFrOsT> Ну, вроде пока все:)

А у тебя чертежи есть? Которые я выкладывал в pdf. Это, чтобы говорить об одном и том же. Декапсуляция происходит не при ПРИКРУЧИВАНИИ, а при накручивании колпачка на вошедшую в контакт с иглой стальную мембрану. Это транспортное положение. Очень важно выдержать всю размерную цепочку. И найти о-ринг, который устанавливается внутрь канала. Шейка капсулы должна мягко, но герметично входить в отверстия уплотнения, раздвигать его и в решающей фазе прижимать к стенкам ложемента. Если будет туго, не сможешь провернуть колпачок. Слабо - свистеть будет. Кстати, 8 г закиси вылетит за секунды, если есть течь. В качестве совета: игла-инжектор делается на 1-1.5 мм длиннее. Чтобы найти её оптимальную длину по месту, доработкой. Срез лучше делать прямой с заточкой кромок. Второй о-ринг укладывается с противоположной стороны под картридж. Оба о-ринга и шейка к. смазываются вакуумной смазкой (Dow-Corning) или смазкой для кислородной арматуры. Для деталей корпуса нужен хороший, твердый дюраль. Особенно важно сделать правильно и ЧИСТО (без задиров) резьбу на головке и колпачке. Лучше всего идет трапециидальная резьба, но и обычная метрическая работает. Надо только её пришлифовать. И использовать силиконовую смазку для уменьшения трения. Вообще, при правильном изготовлении, капсула легко вскрывается лёгким поворотом рук. Стопор на резьбе, конечно. Ты чертежи умеешь читать? Там все указано. Грамотный токарь-фрезеровщик это должен знать. Я бы эти планы, конечно перевыпустил в нормах ЕСКД. Чтобы не было заморочек при изготовлении. Изготовление пироклапана - это отдельная история. Когда ты будешь иметь на руках детали, сделаешь сборку и подгонку, тогда и обсудим. Там нет никаких экзотических компонентов. Все в дизайне. Шашка цельная , литая, из парафина с добавкой угля. Бронировка (стакан) - бумага.Канал -цилиндрический. Делается после остывания шашки. Выкладываю сборочный план, чтобы иметь референцию (говорим об этом).

Спасибо за подробный ответ.
a_centaurus> А у тебя чертежи есть?
Да, есть.
a_centaurus>а при накручивании колпачка на вошедшую в контакт с иглой стальную мембрану.
Какого колпачка?
a_centaurus>найти о-ринг, который устанавливается внутрь канала.
Внутрь какого канала?
a_centaurus>Ты чертежи умеешь читать?
плохо, но стараюсь разбираться.
P.S. Извини за глупые вопросы.

NeOnFrOsT> Спасибо за подробный ответ.
NeOnFrOsT> P.S. Извини за глупые вопросы.

Это не глупые вопросы. Это вопросы от незнания. Но раз решился на постройку такого сложного устройства, коим является этот микродвигатель, хотя бы посмотри справочник по нормам на техдокументацию. Это, конечно, эскизные чертежи, но в основном нормам отвечают. Вот, посмотри увеличенный сектор основных узлов микро ГРД. Capsule support - "колпачок" имеет кинематическую связь через подпятник с полусферическим донышком капсулы. В свою очередь капсула, во "взведённом" положении, находится в контакте с иглой-инжектором. На самом деле, в таком положении упор колпачка в контакт с ободком injector support не входит. Остаётся 1 -1.5 витка, чтобы при накручивании CS и наезжании капсулы на иглу, пробивалась мембрана и ОТХОДИЛА внутрь горлышка под углом 90°. Это важно, чтобы отрезанный не до конца кружок стальной мембраны не прилип к отверстию иглы. Тогда будет "пшик", вместо тяги. Идём дальше: горлышко к. плотно входит в о-ринг, установленный внутри цилиндрического канала, куда вкладывается игла-инж. Номер о-ринга выбран (Catalog Parker) таким, чтобы шейка к. в него входила без зазора, а после декапсуляции и вовсе замыкала герметичный обьём с давлением 40 Атм. И держала это давление неопределённое время. По крайней мере - несколько минут до старта ракеты. С другой стороны стенки IS это давление удерживается пироклапаном через другой о-ринг, меньшего размера, работающим на замыкание сжатием по внешней плоскости (первый - на сжатие в радиальном направлении). Понятно, что "исчезающая стенка " проходного канала пироклапана должна также удерживать это давление. Причём, находясь в контакте с уже охлажённой при декапсуляции закисью азота. Как известно, низкие температуры серьёзная проблема герметичности. Так что этот узел является стержнем всей системы двигателя. Прежде всего нужно выстроить всю размерную цепочку и использовать материалы, указанные в спецификации. То есть, придётся поискать необходимые о-ринги, иначе ничего не выйдет.

NeOnFrOsT>> Спасибо за подробный ответ.
a_centaurus> То есть, придётся поискать необходимые о-ринги, иначе ничего не выйдет.

На этом фото показаны три o-rings, используемых в микро ГРД вместе с элементами размерной цепочки. Это: капсула (о-ring на шейке), пироклапан (о-ring под донышком) и сопло ((о-ring в проточке на корпусе). Это в дополнение к пояснениям выше.

a_centaurus>
Прочитал твою статью о предварительном расчете ГРД. Очень хорошая работа, все доступно и понятно. Но в одном месте меня переклинило:

"Эмпирическое значение O/F (окислитель/топливо) по массе для данной пары составляет примерно 5:1. Тогда масса окислителя:
Wnox=Wp-Wp/5"

Соотношение окислитель/топливо таким быть не может, так же как и топливо/окислитель. Значит подразумевалось наверно окислитель/горючее (O/F), но тогда что-то не так с расчетом. Расчет проведен как для случая топливо/горючее.
Может так: Wnox=Wp-Wp/(5+1) ?
Внеси пожалуйста ясность.
И еще вопрос, для каких пар с NOx известно такое отношение?

RocKI> Прочитал твою статью о предварительном расчете ГРД. Но в одном месте меня переклинило:

RocKI> И еще вопрос, для каких пар с NOx известно такое отношение?

Да, конечно; "окислитель-горючее". Это руководство было изначально сделано, как компилляция из нескольких источников на английском. Где использовался NOx /HTPB, для которого O/F = 4:1. Потом переделывалось под свою задачу и перекладывалось на испанский, на русский... Где-то потерял контроль. Спасибо. Nадо так: Wnox=Wprop-Wprop/6; И в примере будет не 2.23 кг, 2.36 кг.
Ili: Wnox= ((Wprop/(Wprop/(5+1))*5; Где Wprop - расход комбинированного топлива. В принципе, для всех твёрдых полимеров O/F = 5-7:1. Для НОх/парафин =3.5-5:1. Зависит от качества, добавок и температуры. Могу порекомендовать програму RPA V 1.1 (by Alex Ponomarenko). С ней можно считать как ГРД, так и ЖРД и tripropellent. Имеет базы данных основных ракетных горючих и окислителей. В ней и можно/нужно подбирать оптимальное соотношение O/F. Используя свои экспериментальные данные. Как я понимаю, ты теперь участвуешь в работах бригады FRC ?. Надеюсь, что сможешь дать им хорошую закваску из наработок для ER.

a_centaurus> Могу порекомендовать програму RPA V 1.1 (by Alex Ponomarenko)

Пошукал в сети, вроде есть какие-то последние версии RPA и вроде даже бесплатно, но все время какие-то проблемы при скачивании. Может у тебя есть приличная ссылка?

Пока сделал себе считалочку в Экселе по твоей методе, если кому надо, могу выложить. Что-то по моим расчетам больно дохлый моторчик получается на 8-ми граммовом баллончике - полный импульс 16нс. Я не просчитался?
Где бы посмотреть закон уноса горючего (r=aG^n) для разных пар с NOx?

RocKI> Пошукал в сети, вроде есть какие-то последние версии RPA и вроде даже бесплатно, но все время какие-то проблемы при скачивании. Может у тебя есть приличная ссылка?

Интересно насколько адекватный результат дает расчет в этой программе. Выслал на ...kambio.com программу.

a_centaurus

Попадалась ли вам информация касательно использования гидрида титана в топливах?

RocKI> Пошукал в сети, вроде есть какие-то последние версии RPA и вроде даже бесплатно, но все время какие-то проблемы при скачивании. Может у тебя есть приличная ссылка?

Эту ссылку мне присылал автор (AP). Если нужно, могу скинуть его е-майл. Он как-то появлялся на Форуме (может в этой теме) и предлагал свою прогу для download. Так что copyright не нарушим.
RocKI> Пока сделал себе считалочку в Экселе по твоей методе, если кому надо, могу выложить. Что-то по моим расчетам больно дохлый моторчик получается на 8-ми граммовом баллончике - полный импульс 16нс. Я не просчитался?
Расчёт даёт для микро ГРД с 8 г капсулой ок. 17 N*s. Большинство коммерческих движков этого класса не превышают 12-14 N*s. В моих двигателях этой серии удавалось достигать от 17 N*s (nylon) до 25 N*s (парафин и комбинации с алюм. FOAM).
RocKI> Где бы посмотреть закон уноса горючего (r=aG^n) для разных пар с NOx?
В программе hybrid calc (прототип твоего калкулятора) есть вот такая табличка. Данные по парафину добавлены мною из разных источников. Были исследования группы SPG, французов, Bill Colburn, Jeff Jacobs, Dave Griffith... Имеем в виду Nox as oxidizer + fuel.
Fuel r p a n ISP
Polytethylene 1 1 0,007 0,65 195
HTPB 1,5 1,8 0,0127 0,65 210
PBAN 1,4 1,8 0,0127 0,65 205
PVC Bar 0,9 1,5 0,0052 0,65 180
PVC Pipe 1 1,4 0,0052 0,65 180
Polypropylene 1,25 0,96 0,0015 0,65 190
EPDM 0,1 1,8 0,0015 0,65 166
Nylon 1,13 0,002362 0,65 195
Paraffin 0,93 0,155 0,5 210
Paraffin 0,93 0,155 0,5 210

Yalex> Попадалась ли вам информация касательно использования гидрида титана в топливах?

В каких топливах? На-вскидку не смогу ответить. Для ГРД на N2O список открывает Al. Использовался Mg, Li. Сам я делал исследования комбинированных топлив (выкладывал отчёт года три назад) с использованием Al. Причём, Al в качестве горючего (no additive). Лучшие результаты (Isp ок. 230 с) давала комб. шашка с вкладышем из Al FOAM. Но использование металла в ГРД на закиси - достаточно проблематично. Не хватает кислорода. В продуктах много конденсата. Эррозия сопла и другие проблемы. Когда стал работать с парафином, этих проблем не стало, а достигаемый импульс достаточно высок. Может быть когда-нибудь доведу идею использования Al FOAM матрицы в комбинации с парафином. В природе, чем чище, тем лучше. Как О2+H2. И надо не экзотику искать, а конструкцию двигателя и ракеты отрабатывать. Простой и надёжный двигатель с 210 s стратегически предпочтительнее форсированного, на экзотических компонентах, имеющего рекордные 230 s. На вершинах живут только боги, а смертные туда только поднимаются. Чтобы спуститься, или упасть...

a_centaurus> Эту ссылку мне присылал автор (AP).
Спасибо, скачал.
a_centaurus> Расчёт даёт для микро ГРД с 8 г капсулой ок. 17 N*s.
Значит я не ошибся. Считалочка работает. Сделал вариант расчета не от ТТД, а от бака.
a_centaurus> В программе hybrid calc (прототип твоего калкулятора) есть вот такая табличка.
a_centaurus> Fuel r p a n ISP
Извини, данные есть в твоей статье, я проглядел.
Для этой таблицы уточни пожалуста, r и p - это унос при конкретном рабочем давлении? Почему для последних трех топлив r не укзан?

Yalex> Интересно насколько адекватный результат дает расчет в этой программе. Выслал на ...kambio.com программу.
Спасибо, на работе тоже нужна.

RocKI> Для этой таблицы уточни пожалуста, r и p - это унос при конкретном рабочем давлении? Почему для последних трех топлив r не укзан?
Это называется: "русские вопросы". В старые времена на радио "Свобода" была такая программа... Эта таблица - результат большой работы многих участников "гибридного движения". Создавалась по крохам, собираемым энтузиастами ГРД на закиси азота+... делали эксперименты, писали отчёты, статьи, обсуждали выводы... Так образовался некий "малый круг" алгоритмов, достаточных для прикидок практический конструкций. Шаг вправо, шаг влево - начинай всё сначала. ГРД плохо поддаётся масштабированию в расчётах. Посмотри у G.Sutton главу о ГРД и станет понятно, почему расчёт 8" двигателя не совпадает с таким же, но 11". Хотя пара (LOx /HTPB) одна и та же. Известны несколько калькуляторов для ГРД. Paul Kelly сделал hybrid calc, Todd Moore из Sky Ripper Sys. написал Hybrid Design Spreasheet, базированный на расчётах, сделанных Bill Colburn в его книге:" Manual for Hybrid Propulsion System Design". Оба имеют целью дизайн двигателя схемы monocoque. С ограниченным числом propellent, выбранными авторами. Поэтому, расчёт двигателя на парафине, выполненного по схеме с разделёнными баком и камерой, был уже собственным up-grade. Для парафина rdot имеет значение - 6.1 by A. Karabeyoglu (SPG). p - это плотность, а не давление.
Давление в камере выбирается defoult в зависимости от давления в баке NOx. То есть - 300 psi. Поэтому все остальные параметры приведены к этому давлению. Могу приложить статью (frances) "Analyse et conception d'un moteur - fusee hybride". В ней подробно, как нигде дан алгоритм расчёта ГРД с примером. Если французский разберёшь, то можешь почерпнуть много интересного. Про работы с парафином лучше всего на SPG site. У них выложено много работ по этой тематике. Также с расчётами и эмпирическими коэффициентами.

a_centaurus> Известны несколько калькуляторов для ГРД...

Было бы несправедливым забыть калькулятор на русском, сделанный biostar 37. Вот он:

a_centaurus> Это называется: "русские вопросы".
Да я только въезжаю.

a_centaurus> Было бы несправедливым забыть калькулятор на русском, сделанный biostar 37
Гы-ы, копия моей считалки. Источник, видать, один.

a_centaurus> На этом фото показаны три o-rings...
Спасибо за ответ!!! Вот теперь все стало понятно.
a_centaurus> придётся поискать необходимые о-ринги, иначе ничего не выйдет.
Какие кольца подойдут из вот этих для сопла, пироклапана и шейки капсулы?(прикрепленный файл)

P.S. не мог зайти на форум, поэтому зарегился снова.