Kapalinový motor PEPE-200
Vývoj profi kapalinového motoru PEPE-200.
Tímto článkem bych rád seznámil všechny Rakeťáky o zatím úspěšné snaze naší amatérské skupiny OteSpace vyvinout bi-kapalinový motor PEPE-200 (Peroxide Propulsion Element) o tahu 200N (~20kgf).
Přes svoji značnou konstrukční jednoduchost se motor vyznačuje (na rozdíl od jiných) schopností měnit světlost injektoru a tedy možností postupného a pomalého náběhu a kontrolovatelné měnitelnosti tahu v širokém rozsahu. Díky této koncepci je zásadně zvýšena uživatelská přívětivost a také bezpečnost celého systému jak při startu, tak i při letu, protože po celou dobu je možné motor kdykoliv přiškrtit či vypnout - a eventuálně znovu "nahodit". V červnu loňského roku proběhly první úspěšné testy prototypu s nechlazenou komorou, které demonstrovaly schopnost opakovaného a bezpečného zážehu směsi a měnitelnost tahu. Video zde:
V současné době probíhá vývoj čerpacího systému a ablativní komory vhodné pro delší běhy. (Desítky sekund až minuty.) Pohonné hmoty budou čerpány pomocí zubových čerpadel hnaných elektromotorem, tj. nebude potřeba tlakových nádrží. Tah bude řízen výhradně pomocí otáček elektromotoru - tj obdobně jako u klasického vrtulového pohonu.
Motor pracuje s koncentrovaným stabilizovaným (!) peroxidem o koncentraci 87%, který získáváme díky vakuové destilační aparatuře vlastní konstrukce. Jako palivo slouží speciální směs "HYPPO" (Hypergolic polar mixture), která, jak název napovídá, reaguje samo-zápalně při kontaktu s peroxidem. Díky této vlastnosti není potřeba žádného zážehového systému. HYPPO směs (samozřejmě) neobsahuje hydrazin ani jiné jedy a je rozpustná ve vodě. Manipulace s oběma složkami je velmi komfortní, za předpokladu dodržování základních bezpečnostních pravidel - a zdravého rozumu. (Pokud možno neochutnávat a hlavně skladovat odděleně.)
Vzhledem k tomu, že naše cíle jsou značně ambiciózní (viz www.otespace.eu, nebo zde v mých dalších článcích, které přijdou později…) velmi rádi přijmeme mezi sebe další nadšence (šílence), kteří by s námi na našich současných i budoucích projektech rádi spolupracovali. V případě zájmu mne prosím kontaktujte. (Marek Otevřel, Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript., 777-562-559)
Tagy: Informace
Diskutujte o totmto článku ve fórech (12 odpovědí).
Díky Hozovi i Pandymu za reakci na akci.
Ohledně komory, spolupracujeme nyní s firmou 5M.cz na komoře na bázi silica/phenolic kompozitu. První vzorek by měl být koncem Února 2019. Uvidíme, jak na tom budem s čerpadlem - protože já už nemám moc chuť u toho stát... S trochou štěstí by se dalo zkoušet někde kolem Březen/Duben 2019.
Ohledně komory, spolupracujeme nyní s firmou 5M.cz na komoře na bázi silica/phenolic kompozitu. První vzorek by měl být koncem Února 2019. Uvidíme, jak na tom budem s čerpadlem - protože já už nemám moc chuť u toho stát... S trochou štěstí by se dalo zkoušet někde kolem Březen/Duben 2019.
Zkuste chlapi přijet na Koprnik .Tam se sejde hodně chytrých hlav a určitě něco vymyslí on se ten váš motor zas tak neliší od našich ,jen tou dobou tahu ,já souhlasím s Pandym ale spalovací komora z bakelitu je skoro nevyrobitelná takže grafit a to je reálné H
Zkuste starý dobrý bakelit. Jednak jej používá Aerotech v svých motorech jako trysky a druhák formaldehydové pryskyřice /je jich ale spoustu typů/se používá v boostrech na raketoplánech .
Výhodou formaldehydových pryskyřic je ta že formaldehyd kondenzuje s širokou škálou hydroxylem zakončených sloučenin např fenol /ten typ je v těch boostrech/ kresol, resorcin a pod.
Výhodou formaldehydových pryskyřic je ta že formaldehyd kondenzuje s širokou škálou hydroxylem zakončených sloučenin např fenol /ten typ je v těch boostrech/ kresol, resorcin a pod.
Zdravím po delší době. Poslední rok se pachtíme s vývojem vhodných čerpadel. Pár verzí máme za sebou, některé i fungují ale stále to ještě není TO. Vyzkoušeli jsme nedávno i ablativní komoru (kartit + grafitová tryska, viz foto). Grafit se osvědčil, kartit má příliš rychlou "regression rate" - tj. moc dlouho nevydrží. Máme v plánu vyzkoušet další materiály.
Protože se podařilo sehnat nějaké malé finance, začneme s vývojem motoru o nominálním tahu cca. 120kg. Po předchozích zkušenostech začneme s čerpadly... budeme je řešit souběžně s čerpadly pro nynější verzi.
Protože se podařilo sehnat nějaké malé finance, začneme s vývojem motoru o nominálním tahu cca. 120kg. Po předchozích zkušenostech začneme s čerpadly... budeme je řešit souběžně s čerpadly pro nynější verzi.
Zdravím, sú nejaké pokroky ?
Dosť ma to zaujíma....
Díky, W.
Dosť ma to zaujíma....
Díky, W.
Díky za akci a reakci 
. 87% peroxid není o nic větší "sjarajt" než 70% peroxid. Když si tím polijete ruce, budete mít na nich cca. 2 hodiny bílé fleky. Možná to bude trochu štípat 
Rozhodně je dobrý nápad co nejdříve omýt zasažená místa vodou. Kapalný peroxid NENÍ samovýbušný (toto je obecně rozšířený omyl), je "pouze" nestabilní. Navíc tato nestabilita není ani zdaleka tak velká, jak je obecně míněno a vhodné stabilizátory ji navíc mohou výrazně omezit. Samovýbušné jsou pouze peroxidové výpary, ale vzhledem k tomu, že tenze par peroxidu je podstatne nižší než tenze par vody (konkrétně zhruba 10-krát), je toto celkem irelevantní - dokud má peroxid teplotu řekněme pod 80degC, což je vždy splněno a to i během destilace (ve vakuu). Navíc koncentrace par nad 90% peroxidem je "jen" cca 60%. Riziko koncentrovaného peroxidu (nad 70%) je především v tom, že energie uvolněná při jeho (exotermickém) rozkladu je schopna vypařit veškerou vodu (tj. tu vzniklou reakcí H2O2 -> H2O + 1/2*O2 a také tu, co už tam byla předtím). tj, výsledkem je "suchý", horký, na kyslík bohatý plyn, což je samozřejmě noční můra všech hasičů... (Osobně bych ale mnohem raději skladoval větší množství koncentrovaného peroxidu než byť poloviční množství TPH - ať už homogenní či heterogenní.) Další riziko peroxidu (nezávlsle na koncentraci!) spočívá v tom, že např. s acetonem a mnohými jinými chamikáliemi reaguje za vzniku vysoce výbušných organických peroxidů. Ta reakce sama o sobě nebezpečná není, ale pokud takový roztok necháme vyschnout, pak získaný prášek je opravdu něco, čemu by se soudný člověk rád obloukem vyhnul. Takže nemísit s acetonem (nebo jinými ketony), diethyl etherem (nebo jinými ethery). Ostaně organické peroxidy mohou vznikat i bez peroxidu vodíku jen za pomocí atmosférického kyslíku, což je vždy potřeba brát v úvahu při skladování ketonů a etherů, ale to sem už nepatří... My získáváme 87% peroxid vakuovou destilací na aparatuře vlastní výroby a to ze 70% suroviny - technical grade peroxide, který už sám obsahuje značné množství stabilizátorů. Navíc tyto zůstávají v koncentrátu, takže dochází k jejich zahuštění. Naše zkušenost s touto chemikálií je velmi pozitivní přesto, že (celkem záměrně) pracujeme v ne příliš čistém prostředí. Vlastně se jeden musí celkem dost snažit, aby přiměl peroxid k rozkladu natolik bouřlivému, že by to nadledvinkám stálo za trochu toho adrenalinu. Samozřejmě je potřeba dodržovat pár základních bezpečnostních zásad, např. nikdy nenechat peroxid nasáknout do přírodní látky nebo kůže! A když se to stane co nejdříve polít vodou - jinak riskujete samovznícení. Vůbec polití vodou je jednoduchá a v podstatě univerzální metoda řešení problémů s peroxidem. Ovšem z pricipu je každé okysličovadlo problém, protože člověk je z chemické podstaty palivem a peroxid není v tomto aspektu výjimkou. A co se týká dlouhodobé stability, skadoval jsem destilovaný 87% peroxid přes 2 roky (v polouzavřeném kanystru, tj. k výparu prakticky nedocházelo), a koncentrace se v rámci přesnosti měření nezměnila. Ohledně přepravy - zatím jsem to přepravoval jen párkrát a v nepatrném množství, takže jsem to prostě neřešil. Asi jsem trochu porušil zákony, ale žádná sranda na světě není bez rizika. A odkaz na video z testů mám v článku, nicméně rád uvádím znovu:
. 87% peroxid není o nic větší "sjarajt" než 70% peroxid. Když si tím polijete ruce, budete mít na nich cca. 2 hodiny bílé fleky. Možná to bude trochu štípat Rozhodně je dobrý nápad co nejdříve omýt zasažená místa vodou. Kapalný peroxid NENÍ samovýbušný (toto je obecně rozšířený omyl), je "pouze" nestabilní. Navíc tato nestabilita není ani zdaleka tak velká, jak je obecně míněno a vhodné stabilizátory ji navíc mohou výrazně omezit. Samovýbušné jsou pouze peroxidové výpary, ale vzhledem k tomu, že tenze par peroxidu je podstatne nižší než tenze par vody (konkrétně zhruba 10-krát), je toto celkem irelevantní - dokud má peroxid teplotu řekněme pod 80degC, což je vždy splněno a to i během destilace (ve vakuu). Navíc koncentrace par nad 90% peroxidem je "jen" cca 60%. Riziko koncentrovaného peroxidu (nad 70%) je především v tom, že energie uvolněná při jeho (exotermickém) rozkladu je schopna vypařit veškerou vodu (tj. tu vzniklou reakcí H2O2 -> H2O + 1/2*O2 a také tu, co už tam byla předtím). tj, výsledkem je "suchý", horký, na kyslík bohatý plyn, což je samozřejmě noční můra všech hasičů... (Osobně bych ale mnohem raději skladoval větší množství koncentrovaného peroxidu než byť poloviční množství TPH - ať už homogenní či heterogenní.) Další riziko peroxidu (nezávlsle na koncentraci!) spočívá v tom, že např. s acetonem a mnohými jinými chamikáliemi reaguje za vzniku vysoce výbušných organických peroxidů. Ta reakce sama o sobě nebezpečná není, ale pokud takový roztok necháme vyschnout, pak získaný prášek je opravdu něco, čemu by se soudný člověk rád obloukem vyhnul. Takže nemísit s acetonem (nebo jinými ketony), diethyl etherem (nebo jinými ethery). Ostaně organické peroxidy mohou vznikat i bez peroxidu vodíku jen za pomocí atmosférického kyslíku, což je vždy potřeba brát v úvahu při skladování ketonů a etherů, ale to sem už nepatří... My získáváme 87% peroxid vakuovou destilací na aparatuře vlastní výroby a to ze 70% suroviny - technical grade peroxide, který už sám obsahuje značné množství stabilizátorů. Navíc tyto zůstávají v koncentrátu, takže dochází k jejich zahuštění. Naše zkušenost s touto chemikálií je velmi pozitivní přesto, že (celkem záměrně) pracujeme v ne příliš čistém prostředí. Vlastně se jeden musí celkem dost snažit, aby přiměl peroxid k rozkladu natolik bouřlivému, že by to nadledvinkám stálo za trochu toho adrenalinu. Samozřejmě je potřeba dodržovat pár základních bezpečnostních zásad, např. nikdy nenechat peroxid nasáknout do přírodní látky nebo kůže! A když se to stane co nejdříve polít vodou - jinak riskujete samovznícení. Vůbec polití vodou je jednoduchá a v podstatě univerzální metoda řešení problémů s peroxidem. Ovšem z pricipu je každé okysličovadlo problém, protože člověk je z chemické podstaty palivem a peroxid není v tomto aspektu výjimkou. A co se týká dlouhodobé stability, skadoval jsem destilovaný 87% peroxid přes 2 roky (v polouzavřeném kanystru, tj. k výparu prakticky nedocházelo), a koncentrace se v rámci přesnosti měření nezměnila. Ohledně přepravy - zatím jsem to přepravoval jen párkrát a v nepatrném množství, takže jsem to prostě neřešil. Asi jsem trochu porušil zákony, ale žádná sranda na světě není bez rizika. A odkaz na video z testů mám v článku, nicméně rád uvádím znovu:
On tam píše že je stabilizovaný čo znamená že má zníženú rozkladnú ( a tym pádom aj reakčnú ) schopnosť. Dosahuje sa toho napr. pomocou močoviny alebo kys. fosforečnej. Ale tiež by ma zaujímalo nakoľko sa pritom znižuje nebezpečenstvo samovýbuchu.
Čtu správně, že používáte 87% peroxid?
Vždyť to je poměrně slušnej sajrajt ne?
Co já vím tak v koncentracích nad 70% může být samovýbušný...
NAvíc to se asi nedá jen tak koupit, zejména kvůli přepravě na záda bych si to nedal a v autě to bude dost složité kvůli ADR bych tipnul.
Prozradíte nám k tomu něco?
Jinak přeji mnoho zdaru.
Nějaké video by nebylo?
Vždyť to je poměrně slušnej sajrajt ne?
Co já vím tak v koncentracích nad 70% může být samovýbušný...
NAvíc to se asi nedá jen tak koupit, zejména kvůli přepravě na záda bych si to nedal a v autě to bude dost složité kvůli ADR bych tipnul.
Prozradíte nám k tomu něco?
Jinak přeji mnoho zdaru.
Nějaké video by nebylo?
Díky za komentář a za podporu. Zatím jsme testovali jen nechlazenou komoru. Právě je ve výrobě ablativní komora z kartitu (papír/fenolový kompozit) s grafitovou tryskou. Vyzkoušíme a uvidíme... V plánu máme rovněž vyzkoušet komoru chlazenou regenerativně peroxidem. Hrubý design už je hotový. Co setýká DMLS (3D-tisk kovu) tak to je samozřejmě alternativa, kterou sledujeme už dlouho, nicméně poněkud drahá (pro naše rozměry odhadem 500Eur), takže napřed chceme vyzkoušet levnější obráběnou verzi - i když hmotnost bude patrně o něco větší. Pro naše účely (tj. především projekt R2D2 - Reusable Rocket Drone Demonstrator) těch pár stovek gramů navíc nevadí a rozhodně nestojí za ten cenový rozdíl. O klasické raketě zatím neuvažujeme, z mnoha důvodů (především "legislativních" a bezpečnostních) se chceme zatím držet pěkně při zemi. Naším cílem není odpálit raketu a čekat, až spadne, ale provést start, plně kontrolovatelný zhruba minutový let, a motorické přistání a během letu se držet do výšky max. 100m. Až toto rutinně zvládneme, pak začneme létat výše...
Co se týká SiC, tak ten by finančně asi nebyl levnější než DMLS a navíc peak teplota v komoře (2200degC) přesahuje limit materiálu (1600degC). Je pravda, že díky designu injektoru dochází k axiálnímu víru uvnitř komory, který vytlačuje horké plyny směrem do středu komory, takže by to mohlo fungovat. Nicméně my chceme najít nejlevnější fungující altrnativu, takže do toho půjdeme jen pokud levná řešení selžou.
Ohledně VUT, tak tam jsem se už ptal a moc nadšeně se netvářili. Ovšem přiznávám, že jsem na ně moc netlačil a že by možná nakonec povolili, ale jak říkám, není to v současné chvíli priorita.
Co se týká injektoru, tak snad jen řeknu, že se celkem podstatně liší od klasického "impinging" injektoru. V našem designu vstřikujeme PH tangenciálně (nikoliv axiálně) a k promíchání dochází na splash plate. Atomizace tedy není tak dobrá, ale o to je účinnější promíchávání, navíc dochází k zmíněnému vířivému pohybu a také k chlazení filmem. Navíc jsou otvory (pouze dva, jeden pro palivo, druhý pro okysličovadlo) uzavíratelné, tj. tlakový spád (a tedy stabilní hoření) je zajištěn i při zásadním přiškrcení tahu. Tento přístup se nám zatím osvědčil, tak se ho budeme držet.
Marek.
Co se týká SiC, tak ten by finančně asi nebyl levnější než DMLS a navíc peak teplota v komoře (2200degC) přesahuje limit materiálu (1600degC). Je pravda, že díky designu injektoru dochází k axiálnímu víru uvnitř komory, který vytlačuje horké plyny směrem do středu komory, takže by to mohlo fungovat. Nicméně my chceme najít nejlevnější fungující altrnativu, takže do toho půjdeme jen pokud levná řešení selžou.
Ohledně VUT, tak tam jsem se už ptal a moc nadšeně se netvářili. Ovšem přiznávám, že jsem na ně moc netlačil a že by možná nakonec povolili, ale jak říkám, není to v současné chvíli priorita.
Co se týká injektoru, tak snad jen řeknu, že se celkem podstatně liší od klasického "impinging" injektoru. V našem designu vstřikujeme PH tangenciálně (nikoliv axiálně) a k promíchání dochází na splash plate. Atomizace tedy není tak dobrá, ale o to je účinnější promíchávání, navíc dochází k zmíněnému vířivému pohybu a také k chlazení filmem. Navíc jsou otvory (pouze dva, jeden pro palivo, druhý pro okysličovadlo) uzavíratelné, tj. tlakový spád (a tedy stabilní hoření) je zajištěn i při zásadním přiškrcení tahu. Tento přístup se nám zatím osvědčil, tak se ho budeme držet.
Marek.
Zdravím, zaujímalo by ma, ako riešite chladenie komory - filmom peroxidu, alebo vyslovene iba ablatívnym plášťom ?, poprípade, ako ste riešili výrobu injektora ( ak to nie je technologické know-how ). Pokiaľ môžete napíšte mi do ss o tom ablatívnom materiáli.
Inak zaujímavým materiálom pre konštrukciu takto malých motorov je SiC, celá komora sa dá v podstate vytlačiť na 3d tlačiarni (vyjde to na cca 300€ na komoru okolo veľkosti 50mm/150mm- odhadom,ja som si zistoval ohladom tlače z inconelu ). Na VUT, alebo univerzite Komenského by mali mať také tlačiarne k dispozícii, viac tu congress.cimne.com/eucass2013/admin/files/fileabstract/a511.pdf
Teda neviem nakolko vám to pomôže, ale výrazne to šetrí hmotnosť ak uvažujete o sondážnej rakete.
Držím palce, a v prípade pokroku sa nezabudnite pochváliť
Inak zaujímavým materiálom pre konštrukciu takto malých motorov je SiC, celá komora sa dá v podstate vytlačiť na 3d tlačiarni (vyjde to na cca 300€ na komoru okolo veľkosti 50mm/150mm- odhadom,ja som si zistoval ohladom tlače z inconelu ). Na VUT, alebo univerzite Komenského by mali mať také tlačiarne k dispozícii, viac tu congress.cimne.com/eucass2013/admin/files/fileabstract/a511.pdf
Teda neviem nakolko vám to pomôže, ale výrazne to šetrí hmotnosť ak uvažujete o sondážnej rakete.
Držím palce, a v prípade pokroku sa nezabudnite pochváliť
Díky za podporu! Ohledně vaší otázky, pak Messerschmitt Komet poháněl kapalinový motor Walter HWK 509. Asi jediným, nicméně zásadním společným prvkem je použití H2O2 jako okysličovadla. (V případě HWK tzv. T-Stoff, tj. 80-85% peroxid vodíku, v našem případě 87% stabilizovaný peroxid.) Palivo je ovšem v našem případě jiné. U HWK to byl tzv. C-Stoff, tj směs methanolu a hydrátu hydrazinu s katalyzátorem K3Cu(CN)4. Zde je zásadní rozdíl v tom, že naše palivová směs "Hyppo" neobsahuje hydrazin, který je mimo jiné silně jedovatý a karcinogenní, zkrátka hnus 
. Hyppo měs není jedovatá, je biologicky rozložitelná. Je jen mírně korozivní. Co se týká konstrukce, nemohu moc srovnávat, protože toho o HWK moc nevím. Každopádně byl HWK mnohem silnější, než PEPE-200. .
. Hyppo měs není jedovatá, je biologicky rozložitelná. Je jen mírně korozivní. Co se týká konstrukce, nemohu moc srovnávat, protože toho o HWK moc nevím. Každopádně byl HWK mnohem silnější, než PEPE-200. .
ahoj hodně fandím tomuto projektu ,jen tak dál. Nepoužíval se tento pohon u Cometu náhodou. Honza