Private Space Launch - создание ракеты на ГРД

FRC>> 2. Манометр на стенде врал безбожно.
Serge77> Как ты это узнал?
Сначала таблицу зависимости даления Nox в баллоне от температуры среды. Там указано, что ниже 31атм при 0С не опускается.
А потом в гараже измерял другим (более точным) манометром при тех же температурах. Все соответствовало справочным данным. Кроме того, в мастерской манометр был выше баллона (баллон был вверх вентилем), а на стенда он перевернут и манометр работает с "жидким" окислителем.
Наверно просто замерз...+ он маленького диаметра и шкала плохо читается.

FRC>> 3. Баллон будем греть электроодеялом, отслеживая давление по манометру.
Serge77> Очень опасно. Давление закиси очень сильно растёт с температурой в районе 20-30С, а одеяло имеет тепловую инерцию. Ты выключишь при нужном давлении, а температура ещё поднимется на несколько градусов, а может и больше.

Ты прав. Давление быстро растет при нагреве. При гаражных опытах за 2-3 минуты в теплом помещении,давление выскакивало за 40атм (предел для использованного в этих опытах манометра).
Обязательно учтем при подогреве.

ОСОБО ПРОШУ ОТМЕТИТЬ, что подогрев электроодеялом не есть наша выдумка. Это стандартная мера для автогонок и тюнинга, причем комплекты "термочехлы" продаются вместе с комплектами Nos, Zex и прочих именитых производителей систем впрыска закиси.

FRC>> 6. Может кто-то уточнить, растворяется ли O2 в N2O и дать ссылку на информацию если да?
Serge77> Да, недавно Центаурус давал ссылку на Нитрокс - это оно и есть.

Спасибо, погляжу. Станное название, Nitrox - в дайвинге смесь О2 с гелием и проч. для глубоководных погружений (технического дайвинга).

FRC> При проверке давления до и после прожига манометр (врезанный в линию) показал ок.20атм, что само по себе при +2-4С невозможно.

Это на каком прожиге? На третьем? Тогда температура закиси (и её давление) может быть гораздо ниже, потому что она охладилась на втором прожиге.

FRC> 472гр/сек

Т.е. ты хотел протолкнуть поллитра (даже больше) закиси в секунду через полтора метра четырёхмиллиметровой трубки? Как говорится, формул не знаю, но что-то не верится, что пролезет.

FRC> ОСОБО ПРОШУ ОТМЕТИТЬ, что подогрев электроодеялом не есть наша выдумка.

Я думаю (даже уверен), что на автогонках используют не бытовые электроодеяла ;^))
Там уж точно есть хороший термостат.

Serge77> Я думаю (даже уверен), что на автогонках используют не бытовые электроодеяла ;^))
Serge77> Там уж точно есть хороший термостат.

Да есть. Мы детально не обсуждали как будет регулироваться температура, что будет источником питания и проч. Просто оговорили, что греть будем одеялом. Близже к делу разберемся.

А на какую максимальную температуру расчитан баллон? ЕМНИП он на 91 атмосферу, это какой температуре соответствует?

GOGI> А на какую максимальную температуру расчитан баллон? ЕМНИП он на 91 атмосферу, это какой температуре соответствует?

91атм не могу сказать, у меня таблица до 36С (73,7бар). Я заеду сегодня в мастерскую и погляжу, что на баллоне написано по давлению рабочему.

a_centaurus> Только вы, дорогой товарищ, пока бы не замахивались на это...

Спасибо за замечания и ссылочку. Чем больше их - тем проще нам принимать правильные и безопасные решения.
По центробежной - учел просто сбросив 50пси из давления подачи окислителя.

А по своему пути... ты пишешь про путь человека, посвятившего себя научной работе. У меня нет такой цели и путь будет (а может и не будет) несколько иной. Сам понимаешь, сколько людей - столько мнений, и все субъективно правильные
Кстати, про смесь я завел речь исключительно в целях "лечения" недостатков магистрали. И то просто как вариант для обсуждения.

Serge77> Т.е. ты хотел протолкнуть поллитра (даже больше) закиси в секунду через полтора метра четырёхмиллиметровой трубки? Как говорится, формул не знаю, но что-то не верится, что пролезет.

Ниже приводится фрагмент переписки на эту тему с FRC

Привожу ниже утренние расчеты форсунок на уровне школьного знания механики.
И так имеем : дырку общей площадью S=6 мм**2. (это две форсунки по 2 мм диаметром)
Перепад давления P= 30 Ати=3 000 000 n/m**2
Плотность жидкости ρ=900 кг/м**3
Считаем расход жидкости из дырки при таком давлении. Это просто – если мы строим ракету, а не инерциоид, то должен выполняться закон сохранения импульса - I.
I=mv или
Ft=mv, где F – сила, а t – время , m-масса, а v- скорость.
Сила у нас, это площадь дырки на давление F=SP
Поскольку мы считаем расход, то время у нас равно 1.
Масса вылетевшей жидкости в таком случае равна площади дырки умноженной на скорость и плотность. m=Svρ
Подставляем : SP=Svρv
После сокращений и преобразований v**2=P/ρ или v ~60 m/c.
Ну вот, получили оценку сверху скорости истечения из форсунки – 60 метров в секунду при перепаде давления в 30 атмосфер.
Теперь считаем расход – Svρ= 0.32 кг. По моему, это оценка расхода закиси с последнего испытания.
Пошли дальше. Какая там у нас магистраль? Диаметром 4 мм? Тогда максимальный расход закиси при низком давлении в камере – менее 1 кг/сек. Больше не выжмешь, и это при отсутствии давления в камере и без учета сопротивления магистралей. Любопытно, а какой просвет в кране баллона?

FRC> 91атм не могу сказать, у меня таблица до 36С (73,7бар). Я заеду сегодня в мастерскую и погляжу, что на баллоне написано по давлению рабочему.
Перепутал немного, на 9,8 МПа они должны быть, ГОСТ меньшего давления не предусматривает. А на баллоне скорее всего написано 50 атмосфер

Vagrant> Привожу ниже утренние расчеты форсунок на уровне школьного знания механики.

Я сомневаюсь не за форсунки, а за саму длинную и тонкую магистраль. У вас магистраль 1.5 метра, а её сечение всего вдвое больше форсунок.
Поищите формулы, чтобы посчитать перепад давления в магистрали.

GOGI> Перепутал немного, на 9,8 МПа они должны быть, ГОСТ меньшего давления не предусматривает.
9,8Мпа - это рабочее или проверочное?

Serge77> Поищите формулы, чтобы посчитать перепад давления в магистрали.

Конечно надо поаккуратней делать магистраль, и по возможности считать базовые цифры.
Однако в формулы для таких расчетов, как сомножитель входит вязкость.
Где взять приблизительные цифры по вязкости газожидкостной смеси закиси азота при
давлении от 20 до 60 атмосфер и неопределённой температуре - мне не понятно.
Дело осложняется еще и тем, что просвет крана баллона тоже 4 мм. Так что
кардинального улучшения в любом случае не будет.
Видимо, надежней измерение при холодном прогоне, благо клапан работает быстро и
потери закиси будут невелики.

Vagrant> Где взять приблизительные цифры по вязкости газожидкостной смеси закиси азота

Закись азота по многим свойствам очень похожа на СО2. Наверно и вязкость похожа. Посчитайте хотя бы для жидкости, чтобы порядок величины представлять.

А можно и без вязкости. Прими её за 1 и просто сравни расчётные данные падения давления в разных частях системы - краны, трубы, форсунки. На форсунках должно быть больше, чем на всём остальном вместе взятом.

Vagrant> Дело осложняется еще и тем, что просвет крана баллона тоже 4 мм. Так что
Vagrant> кардинального улучшения в любом случае не будет.

Кран 4 мм и полтора метра трубы 4 мм - это очень разные вещи.

Vagrant> Видимо, надежней измерение при холодном прогоне, благо клапан работает быстро и
Vagrant> потери закиси будут невелики.

При холодном прогоне в камере нет давления, значит и расход будет совсем другой.

FRC> 9,8Мпа - это рабочее или проверочное?
Рабочее. Это если баллон по ГОСТ 949-73 сделан конечно.

FRC> Спасибо за замечания и ссылочку. Чем больше их - тем проще нам принимать правильные и безопасные решения.
Больше "сссылочек" , хороших и важных. Ну что ж. Вот ещё одна: Rocket lab primed to launch new zealand’s first rocket into space | International Space Fellowship Двухступенчатая гибридная ракета NOx/polimer из Новой Зеландии. Частная группа Rocket Lab. Ну a "правильные решения" не всегда безопасные. (vice verca).
FRC> По центробежной - учел просто сбросив 50пси из давления подачи окислителя.
Дело тут не в давлении, а в геометрии зоны смешения двух компонентов топлива. Скорее всего из-за особенностей распыления окислителя из ц.б. форсунки в канале шашки возникает скачок давления, который лимитирует горение по внутренней поверхности канала.
FRC> А по своему пути... ты пишешь про путь человека, посвятившего себя научной работе.
Даже мой albañil (каменщик) читает специальные книги по своему ремеслу, в котором достиг высокой степени профессионализма. Твое отторжение общей философии познания не делает чести занятию, которое ты выбрал в качестве jobbe. А про "субьективную правильность мнений" погоди утверждать так безапеляционно. Не существует "субьективного подхода", например, в медицине. Нет и не может быть "субьективного выбора" в темах , напрямую связанных с основными законами. Как социальными, так и физическими. В ракетостроении, в частности. А ты пытаешься, не разобравшись в элементарных основах физического процесса, коим является конструкция и работа ракетного двигателя, усложнить его такой эклектикой, что не можешь (и не сможешь) разобраться в результатах.

FRC> Кстати, про смесь я завел речь исключительно в целях "лечения" недостатков магистрали. И то просто как вариант для обсуждения.
Кстати по "недостаткам магистрали". Если бы ты удосужился открыть любой из имеющихся в достатке учебник по проектированию ЖРД (например Синярев&Добровольский), то без труда нашёл бы простой алгоритм расчёта магистрали бак-головка инжекторов...

Serge77> При холодном прогоне в камере нет давления, значит и расход будет совсем другой.

Абсолютно так, но такие испытания позволяют уточнить расчёт по расходу топлива. Потом легко скорректировать (см.отчёт по гибридной ракете Stunford Uv) расход уже в камере с рабочим процессом.

Vagrant> Однако в формулы для таких расчетов, как сомножитель входит вязкость.
Vagrant> Где взять приблизительные цифры по вязкости газожидкостной смеси закиси азота при
NOx: Viscosity Gas fase@0ºC, 1 atm - 0.01362 centipoise, Viscosity Gas 25ºC,1 atm -0.01496 centipoise
Vagrant> Дело осложняется еще и тем, что просвет крана баллона тоже 4 мм. Так что
Vagrant> кардинального улучшения в любом случае не будет.
Улучшения чего? Ты уже доказал что существующее - плохо?

Vagrant> Видимо, надежней измерение при холодном прогоне, благо клапан работает быстро и Vagrant> потери закиси будут невелики.

Да, именно так и делается. Правда расход закиси будет таким каким ему позволит эффективное отверстие. Но "торг здесь неуместен". Лучше такой ценой определить расход через форсунку при P =1 атм и затем апроксимировать его на P =20 Атм, чем жечь и потом искать ошибки при н-неизвестных, заложенных как в конструкцию, атак и в схемы испытаний.

Я бы посоветовал FRC следующий план по испытаниям изделия.
1. Если нет возможности укоротить линию подачи окислителя, поставить на вход eхpander - устройство смягчающее пульсации потока о. В простом виде это цилиндр диаметром 8-10 мм и длиной 10-150 мм. Тогда запаса НОх в таком накопителе будет достаточно для уверенной работы двигателя без сильных флуктуаций.
2. Заменить ц.б. форсунку на струйную ф. и пересчитать дизайн камеры по известному алгоритму.
3. Изготовить по возможности сопло с тремя вставками в критику размеров, отличающихся от расчётных на 10%. Это позволит экспериментальным путём оптимизировать рабочий процесс. Начать испытания с большего диаметра.
4. Сделать проливку с. форсунки и определить расход ок. за известное время (5 с) при 1 атм и температуре tº. Лучше это сделать в полной сборке и через канал шашки и сопло.
Можно попытаться сделать запись тяги на холодном газе. (Посмотреть отчёт СУ).
5. Прокалибровать стенд при температуре ок.среды. (лучше всего сделать с небольшим РДТТ).
6. Произвести огневые испытания, открыв подачу закиси на 5 с. Тогда будут (в случае успеха) реперные данные для интерпретации результатов.

В принципе этого должно хватить для первого этапа КДИ этого двига. Сделав 3-5 ог. испытаний можно будет уже судить о возможных изменениях дизайна или процесса.

Вот, кстати, иллюстрация "замечательных" свойств ц.б. форсунки по организации внутри себя газового пузыря с давлением, равным давлению в камере. Наверное в случае ГРД на автопресурризованном окислителе с давлением, зависящем от tº, её использование нежелательно. И, особенно, на первом этапе проектирования. Это из Синярева.

a_centaurus> NOx: Viscosity Gas fase@0ºC, 1 atm - 0.01362 centipoise, Viscosity Liquid 25ºC,1 atm -0.01496 centipoise

Непонятно, в каком смысле Liquid 25ºC,1 atm ? При таких условиях закись не жидкая, а газообразная.

a_centaurus>> NOx: Viscosity Gas fase@0ºC, 1 atm - 0.01362 centipoise, Viscosity Liquid 25ºC,1 atm -0.01496 centipoise
Serge77> Непонятно, в каком смысле Liquid 25ºC,1 atm ? При таких условиях закись не жидкая, а газообразная.
Опа! Конечно там для gas phase. Только для другой температуры. В таблице раядом была Density, Liquid (be-phase), вот и описался. Для жидкой фазы пока не нашёл. В NIST надо зайти.

Вот этот пример расчета магистрали из Синярева/Добровольского. Попробуйте посчитать.

Vagrant> Дело осложняется еще и тем, что просвет крана баллона тоже 4 мм. Так что
Vagrant> кардинального улучшения в любом случае не будет.
Вот именно, поэтому и советовали Антону не мудрить с баллоном, а делать отдельный бак, но советы - дело неблагодарное, Центаурус правильно все писал про эмпирический путь познания (исследования), рекомендую перечитать и все же задуматься, прежде чем изобретать велосипед, иначе (ИМХО) топик просто обрастет выше процитированными постами. А так, в целом, молодцы.

a_centaurus> ...учебник по проектированию ЖРД (например Синярев&Добровольский), то без труда нашёл бы простой алгоритм расчёта магистрали бак-головка инжекторов..

Не поверишь, "Жидкостные ракетные двигатели" (Добровольского) у изголовья кровати лежит Внимательно изучаю такую литературу, но как ни пытался разобраться в формулах - не выходит. Ну нет ни знаний к этому ни способностей! Потому и важны мне ваша помощь и комментарии.

a_centaurus> Я бы посоветовал FRC следующий план по испытаниям изделия.

Ок, спасибо. Две форсунки струйные сделал (однопортовая с ф4мм, и двухпортовая с ф каждого канала 2мм). Остальное железо постараюсь приготовить к выходным (есть задумка испытания повторить).
А по п.1 - принципиально где демпфер врезать в магистраль? Логика подсказывает, что надо около инжекторной головки. Но удобнее между баллоном и электроклапаном и на демпфере сделать точку измерения давления.
Или как вариант - см. вложение (изображение верхнее - нормальное расположение, нижнее - удобное для меня).