Malý kapalinový raketový motor
Malý kapalinový raketový motor
Impulzem k pokusům s tímto pohonem bylo objevení poměrně starého dokumentu na netu:
HOW to DESIGN, BUILD and TEST SMALL LIQUID-FUEL ROCKET ENGINES
risacher.org nebo tady: cientificosaficionados.com
Autor popisuje výpočty a stavbu malého motoru podobné velikosti, jaký bych rád použil pro pohon modelu raketového letadla. Já jsem si z uvedeného popisu vazal základní rysy, chlazení vodou jsem zaměnil za regenerativní chlazení palivem a konstrukci přizpůsobil nižší požadované hmotnosti a svým výrobním možnostem.
Spalovací komora je vytlačena jako celek z měděné trubky, plášť je z tenkostěnné nerezi, dohromady pájeno Ag pájkou v místech, kde se předpokládá rozumná teplota. Doprava paliva je přetlaková ( CO2), regulovaná jehlovými ventily řízenými servy přes RC soupravu. Spalovací komora je upevněna na tenzometrickém trámku z elektronické váhy. Komora je v ochranném ocelovém krytu, ostatní zařízení je vně. Termočlánkem je měřena je teplota povrchu komory, dále se měří tlak v komoře, plnící tlaky, tah. Zapalování elektronickým VN zdrojem z TV transformátoru.
Palivo: etanol, okysličovadlo : GOX
Zatím se uskutečnil jeden pokus s malým plnícím tlakem, po chvíli hledání správné polohy ventilů motor hořel stabilně, na komoře bylo okolo 550 °C. Ruční regulace množství paliva je ale obtížná, objem pláště komory způsobuje velké zpoždění v odezvě. Ke konci pokusu došlo k propálení motoru z důvodů nevhodné manipulace s přívodem O2 v poměru s palivem (možná i pro nevhodný tvar vstřikovače kyslíku).
Pár fotek pro představu
výroba komory
díly před spájením pláště
regulační ventily
motor před zkouškou
hledání správného pomeru paliva
už to je lepší
už to je lepší
detail plamene bez blesku
po ukončení pokusu na betonu dohořívá líh a svíti rozžhavený konec komory
celkový pohled na zkušební zařízení
motor po zkoušce...
náčrtek první verze
komory pro nový motor
Nyní již připravuji novou komoru, o dalších pokusech zase něco napíšu.
Petr Stejskal
MK lipence
Diskutujte o totmto článku ve fórech (21 odpovědí).
V současné době pracujeme na vývoji elektrického zubového čerpadla pro pohonné hmoty a na vývoji ablativní komory. Pokud máte zájem s námi spolupracovat, dejte mi vědět. Díky. Zdraví Marek Otevřel, 777562559, Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.
dlouho jsem nenapsal o svých pokusech, tak alespoň krátké shrnutí. Novou spalovací komoru, kterou jsem jsem zde představil na několika fotkách před třemi měsíci, jsem několikrát zkoušel spustit, ale vždy to bylo s velkým přebytkem paliva, stěna komory se neohřála ani na 70 ° C, líh se neodpařoval, jak jsem předpokládal a směšování kapalina plyn neumožňovalo dobré hoření. Použitý regulační ventil nešel patřičně přiškrtit. Na další pokusy jsem dal ventil s menší světlostí a jemnější regulací a nastavil menší přetlak na hladinu paliva. Jemnou prací s přípustí paliva se podařilo komoru dostatečně ohřát, ale hoření bylo velmi nestabilní a nešlo najít rozumný poměr nastavení ventilů.
Moje vysvětlení toho jevu: pokud se krátkodobě v komoře vyskytly obě složky v dobrém poměru, prudce se zvýšil tlak na hodnotu blízkou plnícímu tlaku a poměr složek se rozhodil...
Závěr je: zcela přehodnotit systém dopravy paliva, udělat jiný vstřikovač - jeden centrální, schopný rozprášit tekuté palivo. Myšlenka odpařování paliva na vnější stěně komory nebyla dobrá - ale inspiroval jsem se modelářskými proudovými motory, kde se systém odpařovacích trubic úspěšně používá.
Současné studené počasí zastavilo moje pokusy a je čas přemýšlet. Jedna inspirace je tady:
www.kosmonautix.cz/2017/01/raketa-ktera-je-skutecne-na-baterky/
přikládám fotky z pokusů, které jsem dělal koncem listopadu - zajímavé byly i zvukové projevy, ale k praktickému použití to má ještě daleko.
M
Mám vyzkoušeno, co dokáže dobře namíchaná směs acetylenu a kyslíku fouknutá do PET lahve. Ale jen pokud se to úmyslně zapálí.
V nějakých Bezpečnostních doporučeních pro práci s O2 jsem se dočet, že samovznícení hrozí až od 30bar výše, tak profouknutí prostoru nad pístem tlakovým vzduchem po přistání před další manipulací by asi stačilo. U tribridu to asi neřeší?
P
pro letadlo bys stejně nádrže s písty potřeboval. Manévrující rakety (země-vzduch) je taky mají.
Odříznout z tribridu hybridní fázi a nechat jen spalování alkoholu se přímo nabízí a řekl bych, že je to hodně perspektivní cesta.
Dimenzování nádrží pro tlakovou dodávku paliva se u těchto malých motorů na hmotnosti moc výrazně neprojeví. "Čerpadlové" příslušenství vyjde těžší.
M
www.lietadla.com/vyzbroj/x-4.htm
je tam detailně popsán malý kapalinový motor s trubkovými pístovými nádržemi s pohonem stlačeným vzduchem, spalovací komora měla vnitřní průměr jen 53mm, kritický průměr trysky 13mm.
Takže by asi bylo reálné při použití N2O jako okyličovadla, stejné medium použít pro dopravu paliva do komory - viz tribridní motor v poslední fázi své činnosti. Dalo by se jít na slušný pracovní tlak v komoře a nebylo by potřeba redukčních ventilů. Stěny nádrže by se musely ale patřičně dimenzovat. Ale to až po zkouškách s motorem s GOX.
Petr
Přetlak bude asi skutečně jednodušší, potíž by mohla být s vhodnou (malou) tlakovou lahví.
Napadlo mě, jestli neexistuje třeba čerpadlo poháněné stlačeným vzduchem. To by mohla být cesta.
Generál Nědělin by asi také ocenil jinou kombinaci paliva a okysličovadla než byla ta hypergolická hrůza. A nejen on.
Držím palce
Michal
- To s těma čerpadly to byla jen úvaha . Přetlaková dodávka je mnohem jednodušší.
- Na letovém motoru samozřejmě není co regulovat - stačí pevně nastavené škrtící ventily, ale pokud zkouším úplně novou věc, tak ventily řízené ( na dálku přes RC) jsou k nezaplacení. To by soudruh generál Nědělin určitě ocenil.
přikládám narychlo namalované schema zkušebního zařízení a funkční nákres komory
Petr
podle uvedených údajů by měl být impuls motoru 1500 Ns. To není zrovna málo. Pokud budeme počítat Isp při tlaku v komoře 5 bar, okysličovadlo 50% H2O2 + C2H5OH, vyjde optimální směšovací poměr 1:8,8. Pokud směs obohatíme na, dejme tomu 1:5, máme Isp 110 až 120 s. Z toho nám vyjde, že stroj musí nést téměř 1,5kg pohonných látek. Přidejte čerpadla s motory a bateriemi, případně serva a další elektrické příslušenství a letadlo se nezvedne ze země. Podle mě jedině tlaková láhev s hnacím plynem a regulátor tlaku.
aeroconsystems.com/cart/reducing-regulat...-reducing-regulator/
Ten motorek je hrozně malý a jeho příslušenství nejde adekvátně zmenšit. Co třeba zvýšit tah a zkrátit dobu hoření?
A ještě k té regulaci. Nevím, jestli je třeba něco příliš regulovat. Zvolený směšovací poměr by měl zabezpečit vstřikovač. Motor by měl běžet bez vnějších zásahů.
A tlak v komoře by možná mohl být vyšší.
Ale mě se to povídá
M
Ivo
vzpomněl jsem si, že mám doma podávací čerpadlo z nádrže nějakého diselu, ale pro letový motor to je těžké a nepoužitelné, mám tam nyní dva jehlové ventily ovládané servy - zatím to nechám
jeden modelář - turbínář chtěl použít dvě palivová čerpadla z modelářských turbín, ale ta asi nedají potřebný tlak, tak jsme tu myšlenku dále nerozvíjeli
Petr
Tak mám skoro hotový nový motor. Průměr pláště je stejný jako u prvního motoru - 32mm, ale komora je z menší trubky - Cu 22/20mm. Ale hlavně konstrukce je demontovatelná pro kontrolu vnitřku a případné úpravy. Vstřikovač je úplně jiné konstrukce, ten první byl z velké míry viníkem samodemontáže motoru ještě během provozu...
zatím posílám pár fotek, se zkouškou nebudu pospíchat, abych zase něco neuspěchal
Petr
nejdřív bych uvedl na pravou míru pojem : fungující motor
jak jsem napsal výše, motor hořel stabilně, teplota komory byla na rozumné výši, ale tah byl minimální.
Záměr při prvním zážehu byla zkouška při plnícím tlaku 5 bar. Ten jsem nastavil na palivové nádrži regulátorem CO2, ale na regulátoru O2 mi to nějak ujelo dolu a všiml jsem si toho až po seřízení plamene jehlovými ventily. Tak jsem začal zvyšovat tlak na regulátoru O2 a nekoukal co se děje na motoru a hlavně jsem neotevíral současně palivový ventil. Přebytek kyslíku a nedostatečné chlazení udělalo své dílo.
Cíl celého vývoje je ( pokud by to vyšlo) kapalinový motor o tahu okolo 50N, s dobou hoření přibližně půl minuty, pro realistický pohon modelu raketového letadla.
Jsem letecký modelář se zájmem o reaktivní pohon, a před lety jsem postavil a v modelu provozoval amatérský proudový ( turbínový ) motor - podle dostupné německé dokumentace. Nyní jsem objevil práci již zmíněného L. J. Krzycki a opět mi to nedalo to nezkusit...
například Koroljovův RP 318 o rozpětí 4m by unesl dostatečnou zátěž a pro bezpečný let by stačil relativně malý tah motoru
Petr
předem je na místě gratulace, fungující motor na KPH se nevidí na každém rohu.
Chci se zeptat, jestli máte nějaký plán vývoje? Tím myslím, jestli to má být nakonec letový exemplář, jaké jsou cílové parametry, tedy tah, doba chodu, hmotnosti atd.
Tohle totiž koncepci motoru na KPH hodně ovlivní.
Děkuji
tady se pokusím odpovědět na nastíněné otázky
- Motor běžel pouze jednou, odhaduji to tak na půl minuty, bohužel jsem nezapnul záznam na kameru. Jen jsem stačil mezi zásahy do regulace vzít foťák a udělat pár snímků.
- Chlazení palivovým filmem jsem nepoužil, spíše uvažuji o ředění lihu tak 20% vody, jak to dělali Němci.
- GOX také nepovažuji za výhodný pro praktický provoz, ale chtěl jsem navázat na práci v odkazu zmíněného Leroy J. Krzycki, a pokud takový motor stabilně poběží, uvažuji o použití peroxidu vodíku ( padesátiprocentní se dá koupit a neměl by být moc nebezpečný) ale to je na delší diskuzi - to by znamenalo přeřadit reakční komoru s katalyzátorem, kde by se H2O2 rozkládal a postupoval dál do směšovače. Obsah O2 nebude ve vzniklém paroplynu 100% a tak bych mohl použít vydatnější palivo ( kerosin) - ale to by zase mohl být problém s chlazením komory...
Druhák k GOX jsem velmi skeptický,protože ho je především málo v objemu hustota GOX proti LOX je neskonale někde jinde ,tento motor / GOX / dle mě sotva unese sám sebe. Něco jiného by byl ovšem LOX ale práce s ním není jen tak ,jak již nastínil autor nademnou ..kyslík a především kaplný je pěkná sviňa .
Seřídit vstřikovací ventily do správného poměru je taktéž kapitola sama o sobě ,při této příležitosti si vždy vzpomenu na soudruha generála Nědělina , jak sedi na tom křesle u startovací rampy sovětské rakety N1 řve na techniky ,personál se snaží kladivama a šroubovákama seštelovat na poslední chvíli vstřikovací ventily plně natankované rakety................... a pak jim to znenadání jeblo................ smrt generála byla dozajista rychlá a s ním i přes 200 techniků.
Ale jinak držím palce ,přeji hodně úspěchů a těším se na dozajista pravidelný report jak to pokračuje.
Druhák do motoru si vstrekoval kvapalný O2 alebo plynný. Inak pozor na spätné šľahnutie plameňa do fliaš , O2 je desná sviňa. Inak toľko práce a neistý výsledok no uf. Zajímalo by ma dosahované ISP ,ale to by sa muselo merať hmotnosť spáleného Paliva a O2. Inak neviem či nekecnem , ale ten raketový lieh neviem či neriedili s H2O pomer tuším 70-80% lieh a 30-20 voda. Tak držím palce a som desne zvedavý na výsledky soudruhu šéf konstruktére mi strana a vláda chceme výsledky ,výsledky...