РДТТ конструкции технологии материалы 2020

Максим656565> Приветствую всех участников форума! Данный участник форума поведал кому-нибудь из здешних тайну этого чудо состава?
Максим656565> РДТТ конструкции технологии материалы - XVIII
Максим656565> Кому нибудь из местных удалось достичь подобных результатов?

Кое-что, что я знаю об этих "чудо-двигателях"

Действительно, есть модельные двигатели, способные работать 8-12 секунд (используются для класса радиоуправляемых ракетопланов) и полным импульсом до 40Н.с.
Но все зависит от следующих условий:
В базовом режиме тяга составляет 300-450g, что определяет относительно низкое рабочее давление в камере, а именно 8-10 атм.
Топливо конечно с окислителем перхлорат аммония, но есть и существенная добавка для снижения температуры горения!!!
Сопло изготавливаются из шамота и каолина в соотношении 2:1 или только из шамота, без оксидов циркония и прочей экзотики.
Сопло и топливо запрессованы в картонную трубку под давлением 1800-2200кг/см2.

Примерная зарядка корпус ф20/16мм L=95мм

Шамот 3-4 грамма (в зависимости от геометрии сопла)
Дымный порох - 4 грамма (это необходимо для хорошей стартовой тяги и надежного воспламенения основного состава)
Основное топливо спрессовано порциями по 4 грамма, всего 20-24 грамма.
Действительно, во время работы сопло загорается как лампочка, НО только в районе критического сечения, а не во всем его объеме.
Следует отметить, что для возможности работы в течение 10 и более секунд также необходим подходящий корпус, поэтому используются очень качественные трубки производства Словении, правда, достаточно дорогие.

А вот примерный состав топлива, в котором опять же нет никакого чуда
Перхлорат аммония 68-75%
Цинковая пыль 8-15% (понижает температуру)
фенольная смола 10-15%
Катализатор - оксид меди обыкновенный 2-3%
Технологическая добавка 1-2%

Также возможны составы с оксидом цинка вместо цинковой пыли, а также другие органические топлива вместо фенольной смолы.
Кстати скорость горения в значительной степени зависит от вида органического топлива.Например у идитола(российского производства)скорость горения выше чем у фенольной смолы европейского производства.Просто остаточного фенола в идитоле больше

В качестве технологической добавки для обеспечения надежного сцепления отдельных прессовок используют дополнительные клеи – клей для каучука (полихлоропренового) или бутадиен-стирольного каучука, вводимые в смесь в виде раствора.
Эти добавки также помогают гранулировать состав для более удобной работы.

Эти виды топлива удивительно долговечны и демонстрируют стабильные характеристики в модельных ракетных двигателях даже после многих лет хранения.

В заключение-чудо таких двигателей заключается в достижении качественной работы,материалы и оборудования, а так же в большом опыте людей производящих такие двигатели!

SashaMaks>> Циркониевое сопло 734с без разгара:
Mihail66> Занятная конструкция.
Mihail66> Очень интересна роль графита в этом "бутерброде".
Теплоотвод и несущий элемент. Роль графита в таких конструкциях многогранна.
Кстати, вместо оксида циркония может быть карбид вольфрама. Обычно на вольфраме. Т.е. вкладыш из вольфрама толщиной около 1 мм и на нём слой карбида циркония в 100-200 микрон.

PerX> В заключение-чудо таких двигателей заключается в достижении качественной работы,материалы и оборудования, а так же в большом опыте людей производящих такие двигатели!

Благодарю за столь развернутый ответ! Скорее всего это и есть те самые секреты NRG)). А каков примерный у.и. там получается?

Б.г.> Кстати, вместо оксида циркония может быть карбид вольфрама. Обычно на вольфраме. Т.е. вкладыш из вольфрама толщиной около 1 мм и на нём слой карбида циркония в 100-200 микрон.

А каким образом на вальфрам наносится слой карбида циркония?

PerX> В базовом режиме тяга составляет 300-450g, что определяет относительно низкое рабочее давление в камере, а именно 8-10 атм.
Думаю, что больше бы просто не выдержало для пресс-порошков в топливе и сопле.

PerX> но есть и существенная добавка для снижения температуры горения!!!
PerX> Сопло изготавливаются из шамота и каолина в соотношении 2:1 или только из шамота
Логично для только шамота и каолина.

PerX> без оксидов циркония и прочей экзотики.
Вот конкретно NGR, насколько мне известно, заморачивался с экзотикой, но что именно он делал я не знаю. Вероятно, пытался повысить УИ для топлива без снижения температуры горения...

Б.г.> Кстати, вместо оксида циркония может быть карбид вольфрама.

"В 2019 году коллектив учёных МИСИС получил разновидность
карбонитрида гафния с химической формулой HfC_0,5N_0,35
Потенциальное применение:
"Ракетно-космическая промышленность («материалы прямого нагрева», теплозащитные и теплоотводящие поверхности, лопатки)."
Новый тугоплавкий композит на основе карбонитрида гафния для аэрокосмических применений получили ученые НИТУ «МИСиС».

PerX>> В заключение-чудо таких двигателей заключается в достижении качественной работы,материалы и оборудования, а так же в большом опыте людей производящих такие двигатели!
Максим656565> Благодарю за столь развернутый ответ! Скорее всего это и есть те самые секреты NRG)). А каков примерный у.и. там получается?

Относительный импульс не превышает 160-175с у двигателей 20мм и около 135с в двигателей диаметром 10мм.
Такое топливо в металлических двигателях при рабочем давлении около 20атм способно дать 180-185с
Скорость сгорания топлива в двигателях находится в пределах 6-10 мм/с в зависимости от состава.

Б.г.>> Кстати, вместо оксида циркония может быть карбид вольфрама. Обычно на вольфраме. Т.е. вкладыш из вольфрама толщиной около 1 мм и на нём слой карбида циркония в 100-200 микрон.
Максим656565> А каким образом на вальфрам наносится слой карбида циркония?

Пардон, карбида вольфрама, конечно.

Б.г.> Пардон, карбида вольфрама, конечно.

Ок!) Ну и как он туда наносится?

Б.г.>> Пардон, карбида вольфрама, конечно.
Максим656565> Ок!) Ну и как он туда наносится?

Наносят графит и греют в аргоне до 2200 градусов. Вихревыми токами.

Б.г.> Наносят графит и греют в аргоне до 2200 градусов. Вихревыми токами.

Сделаю вид, то что я как бы знаю что это и как !))

Максим656565> ... Потому что здесь много опытных технарей и химиков.

Плитку похожую как "тротуарную" у нас продают - очень внешне похожа - наверно схожая технология.

У меня свой вопрос к "Потому что здесь много опытных технарей и химиков":
Я о "своем" - двигатель в ПП трубе. Хочу сделать сопло "как рекомендует Накка". У него в качестве материала сопла (кроме шайбы) используется Fast Plug or Anchoring Cement.
Вопрос: чем можно заменить такой "цемент"?
Варианты: цемент, цемент-песок, алебастр, "холодная сварка". Жидкость: вода, ПВА, канц клей/жидк стекло.
Что лучше?
Критерии: чтоб к стенкам ПП трубы прилипло, но к оснастке из PLA - нет (может достаточно масла капнуть перед трамбовкой).

apakhom> У меня свой вопрос к "Потому что здесь много опытных технарей и химиков":
apakhom> Я о "своем" - двигатель в ПП трубе. Хочу сделать сопло "как рекомендует Накка". У него в качестве материала сопла (кроме шайбы) используется Fast Plug or Anchoring Cement.


Попробуй такую смесь. 70-80% цемента+ 30-20% листового асбеста. Все эти доли по весу. Загружаются в кофемолку на секунд 30-40. Потом в пакет+ 10% воды. Всё это дело месится и мнётся. Консистенция получается как влажная земля или твердый пластилин. Из неё пресуется сопло и передняя заглушка РДТТ. Хорошая стойкость к карамельным топливам. Добавка волокн асбеста, значительно меняют свойства цемента в лучшую сторону для ракетных целей.

Максим656565> Попробуй такую смесь. 70-80% цемента+ 30-20% листового асбеста. Все эти доли по весу. Загружаются в кофемолку на секунд 30-40. Потом в пакет+ 10% воды. Всё это дело месится и мнётся. Консистенция получается как влажная земля или твердый пластилин. Из неё пресуется сопло и передняя заглушка РДТТ. Хорошая стойкость к карамельным топливам. Добавка волокн асбеста, значительно меняют свойства цемента в лучшую сторону для ракетных целей.



При такой технологии используется портландцемент марки 400 - 500. Металлическая шайба не нужна. Может держать и без нее...

Nec> Ну, тогда, "под шумок", и я задам свой вопрос опытным технарям и отчасти химикам. Предположим, есть задача забронировать канал в шашке рдтт. Какие бы материалы и способы вы использовали?


Каковы цели и задачи? Зачем канал, если его предпологается бронировать?

Максим656565> Каковы цели и задачи? Зачем канал, если его предпологается бронировать?

Вопрос скорее теоретический. Но есть и практические мысли. Корни этой мысли растут из программы Рокки мотор - в ней предлагается выбрать наличие бронировки канала. Вот я и задумался как это можно организовать. С одной стороны по нему текут газы с адской температурой, с другой стороны, бронировка охлаждается топливом. Вот,поэтому пока что и встал теоретический вопрос как и из чего сделать, и на какое время работы мотора хватит такой бронировки.

Nec> Вот,поэтому пока что и встал теоретический вопрос как и из чего сделать, и на какое время работы мотора хватит такой бронировки.


Наверняка сам Рокки знает ответ на этот вопрос!))

Mihail66> Только при использовании анизотропного композита с соотношением прочности 2:1 можно сделать циллидрическую оболочку максимально легкой и без существенных потерь прочности.

Это правило, как раз работает для композитов, а не для изотропных материалов.
Его надо понимать, как то, что у композитов может быть псевдоизотропия.
Изотропию композиту можно придать минимум в двух слоях под 90° - это будет не идеальная изотропия в плоскости, но уже близкая к ней. При этом толщины слоёв берутся одинаковыми - это универсальный случай.
При этом будут следующие потери прочности от прочности волокна:
1. Падения напряджений на матрицу до 2-х раз;
2. Падение напряжений на слойность - кратно число функциональных слоёв, т.е. то же до 2-х раз.
В итоге прочность такого псевдоизотропного композита будет ниже, чем у исходного волокна минимум в 4 раза во всех направлениях.

Для цилиндра такая схема не выгодна, так как напряжения в оболочке имееют соотношение 2:1 и есть возможность один слой облегчить в два раза, чтобы получить такую же прчность при меньшей массе.

Всё, больше ни для чего это правило соотношения 2:1 не относится.

Ничего подобного у изотропных материалов нет, особенно по п.2, поэтому они и прочнее. У них с любой толщины и стороны идёт сразу одинаково прочное сопротивление, а у композитов для этого надо делать минимум 2 слоя под углом. При этом остаются боковые площадки, где у однонаправленного слоя в композите нет никакой разрывной прочности, а у изотропов она есть:

Mihail66>> Только при использовании анизотропного композита с соотношением прочности 2:1 можно сделать циллидрическую оболочку максимально легкой и без существенных потерь прочности.
SashaMaks> Это правило, как раз работает для композитов, а не для изотропных материалов.

Ага, ну вот теперь ты наконец-то обозначился. И теперь стало понятно что ты имеешь ввиду под термином "изотропный материал". Вот только ненадо его сюда пропихивать, т.к. я использую композит, и ты тоже используешь конпозит. И у наших с тобой композитов изотропные и анизотропные свойства проявляются только по двум осям. Поэтому мы имеем дело с анизотропными и изотропными композитами, ровно так как по твоей ссылке - ( Анизотропные и изотропные композиционные материалы ).

SashaMaks> Его надо понимать, как то, что у композитов может быть псевдоизотропия.

Ты сам это придумал?

SashaMaks> Изотропию композиту можно придать минимум в двух слоях под 90° - это будет не идеальная изотропия в плоскости, но уже близкая к ней. При этом толщины слоёв берутся одинаковыми - это универсальный случай.

Великолепно! Это как раз твой случай.

SashaMaks> При этом будут следующие потери прочности от прочности волокна:
SashaMaks> 1. Падения напряджений на матрицу до 2-х раз;
SashaMaks> 2. Падение напряжений на слойность - кратно число функциональных слоёв, т.е. то же до 2-х раз.
SashaMaks> В итоге прочность такого псевдоизотропного композита будет ниже, чем у исходного волокна минимум в 4 раза во всех направлениях.

И это тоже именно твой случай.

SashaMaks> Для цилиндра такая схема не выгодна, так как напряжения в оболочке имееют соотношение 2:1 и есть возможность один слой облегчить в два раза, чтобы получить такую же прчность при меньшей массе.

И вот теперь ты облегчаешь продольный слой, и делаешь это за счет увеличения шага. И наверно захочешь еще уменьшить шаг в кольцевом слое. Сделать это со стеклом не получится, но виртуально можно и такое представить.

SashaMaks> Всё, больше ни для чего это правило соотношения 2:1 не относится.

А нам больше ни для чего и не надо.

SashaMaks> Ничего подобного у изотропных материалов нет, особенно по п.2, поэтому они и прочнее.

Все! Забыли про изотропные материалы. Картинку зачеркнули, и больше про нее не вспоминаем.
У нас композиты и только.

И вот теперь, после того как мы разложили все по полкам, начинай объяснять откуда возмется потеря прочности в моем анизотропном композите аж в 1,5 раза? И почему в твоем изотропном композите этих потерь не будет, хотя он у тебя уже перестал быть изотропным.

SashaMaks>> Его надо понимать, как то, что у композитов может быть псевдоизотропия.
Mihail66> Ты сам это придумал?
Нет - это из учебника по сопромату.

SashaMaks>> В итоге прочность такого псевдоизотропного композита будет ниже, чем у исходного волокна минимум в 4 раза во всех направлениях.
Mihail66> И это тоже именно твой случай.
И Ваш тоже.

Mihail66> Все! Забыли про изотропные материалы. Картинку зачеркнули, и больше про нее не вспоминаем.
Mihail66> У нас композиты и только.
Mihail66> И вот теперь, после того как мы разложили все по полкам, начинай объяснять откуда возмется потеря прочности в моем анизотропном композите аж в 1,5 раза? И почему в твоем изотропном композите этих потерь не будет, хотя он у тебя уже перестал быть изотропным.

У меня в этом расчёте: (Высотные ракеты SashaMaks II [SashaMaks#01.12.22 22:28])
использован изотропный материал, всё остальное я писал для Вашего просвещения.
Расчёт с изотропным материалов проще в простоении и всегда даёт идеальный максимум, выше которого быть не может, как в PROPEP - теоретический УИ.
И вопрос был не относительно прочности разных видов намотки, а о прочности корпуса с большим полюсным отверстием.

SashaMaks> Напряжения =F/S!
SashaMaks> Т.е. площадь сопротивления увеличится ещё в 2 раза, а напряжения упадут до 0,75ГПа - вот именно этого недостатка лишины изотропные материалы.
SashaMaks> В итоге прочность такого псевдоизотропного композита будет ниже, чем у исходного волокна минимум в 4 раза во всех направлениях.
Mihail66> И это тоже именно твой случай.

Исходные данные:
(Высотные ракеты SashaMaks [Mihail66#19.11.20 18:15])
Давление расчётное 188атм;
Внутренний диаметр 43мм;
Толщина стенки по факту измерения у автора 0,9мм для двух слоёв уложенных под углом.
Тогда для цилиндрической части:
Mihail66> с равнонагруженной раскладкой +45/-45/90
Будет 3 слоя с толщиной 0,9*3/2=1,35мм.

Mihail66> Прочность корпуса на растяжение вдоль оси – 47кгс*58ниток=2726кгс.
Осевые, а также и окружные, напряжения для сферической части будут равны:
2726кГс*9,81/((43мм+0,9мм)*3,14*0,9мм)=216МПа.

И где здесь 3ГПа?????

Идём дальше…
Окружные напряжения для цилиндрической обечайки:
Mihail66> с равнонагруженной раскладкой +45/-45/90
С толщиной данного корпуса 1,35мм составят:
σ=0,5*P(D/S+1) – ГОСТ 14249-89 формула (9);
σ=0,5*188кГс/9,81*(43мм/1,35мм+1)=315МПа.

И где здесь 3ГПа?????
315МПа и 216МПа – это даже не соотношение 2:1!!!

Mihail66> Только при использовании анизотропного композита с соотношением прочности 2:1 можно сделать циллидрическую оболочку максимально легкой и без существенных потерь прочности. И никакие изотропные расклады не смогут быть легче и прочнее.

Берём титановый сплав ВТ22 с изотропной прочностью 1200МПа по всем направлениям, тогда толщина стенки для цилиндрической титановой обечайки на давление 188атм составит:
S=PD/(2σ-P) – ГОСТ 14249-89 формула (9);
S=188кГс/9,81*43мм/(2*1200МПа-188кГс/9,81)=0,346мм;

Толщина стенки для сферической части из титана будет равна:
S=PR/(2σ-0,5P) – ГОСТ 14249-89 формула (53);
S=188атм/9,81*0,5*43/(2*1200МПа-0,5*188атм/9,81)=0,172мм.

Плотность титана 4,5г/см ³;
Плотность стеклопластика 1,9 г/см ³;

Таким образом, цилиндрическая оболочка из изотропного титана будет:
1,35мм/(0,346мм*4,5/1,9)=1,65 раз легче!
Таким образом, сферическая оболочка из изотропного титана будет:
0,9мм/(0,172мм*4,5/1,9)=2,21 раз легче!
Это при том, что данный изотропный материал будет прочнее и легче при меньшей толщине стенки, чем у композита на сфере.
При такой разнице и такой же удельной прочностью, как Мишин стеклопластик, будет обладать обыкновенная сталь с изотропной прочностью 1200МПа, а высокопрочная сталь с изотропной прочностью 2000МПа так же, как и титан превзойдёт его стеклопластик по удельной прочности.

Mihail66> И вот теперь, после того как мы разложили все по полкам, начинай объяснять откуда возмется потеря прочности в моем анизотропном композите аж в 1,5 раза?

(Высотные ракеты SashaMaks [Mihail66#19.11.20 18:15])
Толщина стенки по факту измерения у автора 0,9мм для двух слоёв уложенных под углом.
Mihail66> Прочность корпуса на растяжение вдоль оси – 47кгс*58ниток=2726кгс.
Осевые, а также и окружные, напряжения для сферической части будут равны:
2726кГс*9,81/((43мм+0,9мм)*3,14*0,9мм)=216МПа.
4526кГс*9,81/((62мм+0,4мм)*3,14*0,4мм)=566МПа.

Окружные напряжения для цилиндрической обечайки:
Mihail66> с равнонагруженной раскладкой +45/-45/90
С толщиной данного корпуса 1,35мм составят:
σ=0,5*P(D/S+1) – ГОСТ 14249-89 формула (9);
σ=0,5*188кГс/9,81*(43мм/1,35мм+1)=315МПа;
σ=0,5*150кГс/9,81*(62мм/0,9мм+1)=534МПа.

Гидравлические испытания:
(Высотные ракеты SashaMaks II [SashaMaks#21.11.22 19:09])
(Высотные ракеты SashaMaks II [SashaMaks#25.11.22 19:07])