Private Space Launch - создание ракеты на ГРД

Вопрос возник, может кто-то подскажет.
Есть два канала подачи окислителя. Один круглого сечения, а второй квадратный. В остальном они одинаковы. Если сравнивать с точки зрения расхода, то будет ли разница между ними, и какая примерно?

Попользуюсь форумом как записной книжкой. Может мысли в порядок придут.

После последнего разрушения двигателя, была полностью перекомпонованы пироклапан и инжекторная головка. Задача - локализовать возможные разрушения ИГ в результате не штатной работы РДТТ системы зажигания и обеспечить минимизацию давления, необходимого для открытия пироклапана. Устранить возможные "автоколебания" поршня клапана в случае скачков давления в камере сгорания.
Обеспечить гарантированное зажигание ГРД любых габаритов, без необходимости переделки головки.

Фактически, за месяц было изготовлено и подвергнуто холодным проливкам 4 варианта головок в сборе с баком. Управляющее давление в пироклапане создавалось опрессовщиком. Бак заправлялся газообразным окислителем при давлении 40-50 кг/см*2.

По мере испытаний, в каждый из последующих вариантов вносились необходимые доработки. В основном, они касались изменения площади поршня пироклапана, сечения впускного тракта окислителя, расположения уплотнений, формы и количества форсунок.

На варианте, который подготовлен к огневым испытаниям, удалось добиться уверенного открытия пироклапана при управляющем давлении 20-25 кг/см*2 против предыдущих 50-60 кг/см*2. Это должно существенно повысить надежность, т.к. можно увеличить сечение канала выпуска газов ПК. Раньше они попросту забивались продуктами сгорания.

Поршень, при открытии, ударяется в монолитное "тело" корпуса, а не во фланец, закрепленный винтами.
Разрушение ПК, не должно теперь приводить к попаданию продуктов сгорания пиросостава в бак. Да и навеска заряда может быть уменьшена, правда это надо проверить.

Совсем новым является введение пускового горючего, размещаемого в отдельном бачке внутри бака окислителя. Вытеснение горючего осуществляется окислителем, через подвижный поршень (как у ув. тов. a-centaurus)))).
Введение пускового горючего в процесс пуска ГРД - решение далеко не бесспорное. Вроде как лишний элемент, усложняющий конструкцию, увеличивающий габариты. Но идея появилась в результате отработки зажигания от микро РДТТ.
Было отмечено, что для уверенного запуска ГРД от РДТТ, выхлоп последнего должен быть направлен не вдоль канала (при наших габаритах ф50мм и более), а под углом 45-90град. и бить в парафин. Иначе, зажигание не гарантируется в наших габаритах.
Но даже при угле 90град, из-за удаленности сопла РДТТ от поверхности парафина, происходил (видимо) снос горячих газов потоком окислителя и выход на режим занимал до 0,3 сек. Это приводило к потере части окислителя.
Была введена пре-камера с отдельным парафиновым вкладышем (кольцевым). Именно в него был направлен поток от РДТТ с расстояния 20-30мм. и время выхода на режим сократилось до 0.07сек.
Кроме того, был реализован механизм "постепенного" наращивания расхода окислителя (правильное расположение каналов в ПК), что снизило потери окислителя и вероятность сноса выхлопа РДТТ.
Зажигание в этой конфигурации происходило почти всегда штатно (за исключением периодических разрушений, но там своя причина). Кстати, было на практике установлено, что использование пре-камеры дает равномерный (почти идеальный) разгар канала топливной шашки.
Должен оговориться, что был один случай, когда из-за выхлопа "под углом", струя РДТТ прожгла 20 или более мм. алюминиевой стенки камеры. Т.е. разрушила двигатель.
Сама по себе, пре-камера требовала отдельного снаряжения и увеличивала вес конструкции.

Поскольку назрела необходимость радикальной перекомпоновки системы подачи и уменьшения давления в ПК и РДТТ, пришла идея организовать выхлоп РДТТ вдоль канала, убрать пре-камеру в том виде, в каком она использовалась, и вписать к конструкцию систему подачи пускового горючего. Это и было сделано.
В головке предусмотрена форкамера, с одной форсункой окислителя и центробежной подачей пускового горючего. Фактически - это центробежная, двухкомпонентная, открытая форсунка с внутренним смешиванием. Соотношение компонентов можно менять сменой инжекторов. Время выхода пускового горючего (ПГ) предстоит выяснить при огневых испытаниях, но холодные проливки показывают почти мгновенный расход и хорошее распыление.
После расходования ПГ, форсунка окислителя работает на цикл ГРД.
Такое решение должно полностью снять вопрос зажигания. Это конструктивно несколько усложняет всю схему, но, похоже, тот случай, когда "просто" не позволяет сделать хорошо. Кажется, на форуме кто-то об этом уже говорил.

Еще приятный бонус состоит в том, что при замене О-рингов в ПК на фторопластовые манжеты, головка становится не обслуживаемой. Остается только менять заряды и заливать из "бутылки" горючее и все. А это СУЩЕСТВЕННО экономит время. Сейчас, на разборку /сборку головки-бака уходит не менее часа и повреждаются О-ринги, изнашиваются резьбы и проч.
Касательно веса, то при должной обточке (снятии лишнего металла), вес при калибре 115мм, укладывается в 1 кг и менее. А при замене некоторых элементов на стальные и пластиковые можно добиться 0,5 кг (оценочно).

Всего проведено больше 10-ти холодных проливок (потом бросил считать). Клапан всегда открывался, но выявились проблемы с герметичностью каналов. Эта проблема позавчера была устранена, но хочу еще сделать пару опрессовок или оперативно перейти на манжеты.

Применительно к вопросу подогрева окислителя. Исторически, подогрев понадобился при проведении прожигов в поле зимой, и его целью было обеспечение сходных условий испытаний. Система проста, т.к. заключается в стационарном размещении на головке оребренной трубки с размещенном в ней ТЭН (60х6мм) с термопарой. Элемент был куплен и испытан. Вывод проводов был с боку головки, между корпусом КС и бака. Выглядело не очень эротично. Питание 220вольт через ЛАТР.
На последних испытаниях, внутри бака активно все булькало, давление росло, но при отключении, так же активно падало. Как я понимаю, сошлись на том, что надо теплоизолировать бак, чтобы падение не было столь быстрым. А это уже не нужное усложнение. Или стартовать прямо после выключения нагрева, что возможно. Но вопрос обеспечения питания в поле остается.
Есть альтернативное предложение, возникшее из-за отсутствия на новой ИГ места для крепления ТЭН-а. Точнее, его можно найти, но это дополнительная фрезеровка и организация гермовывода.
Можно перед стартом наддувать бак, например, гелием, через заправочный штуцер, до необходимых 55атм. В этом случае, контроль давления осуществляется через манометр на дренажном вентиле (он там штатно). Источник давления - баллон 20 унций (рабочее давление 250амт). Магистрали - покупные, уже есть. Упрощенно - заправили NOX, повесили на стенд, наддули гелием, отсоединили наддув, стартовали. И не требуется 220вольт в поле организовывать, утеплять бак и проч. И, главное, не надо больше ничего переделывать.

Так же готовится к серии испытаний малый ГРД в коммерческом варианте.
Если все пройдет по плану, можно будет использовать их на мероприятиях.

Помимо работ по головке, ведется доработка бункера. На воскресенье приглашены рабочие для разбора и вывоза в нем мусора. Куплен металлический профиль и проч. стройматериалы. После освобождения площади от хлама, будет навешен на стену еще один вертикальный стенд без датчиков (для первого испытания). Зона обоих стендов будет обнесена мелкой рабицей - защита камеры и ламп от осколков. Проведена ревизия источников возгорания и их устранение. Устроена вытяжка. Так же дожидаются установки 2 прожектора по 1 кВт. Каждый, для подсветки зоны ОТИ. Есть мысли по устройству системы пожаротушения (CO2 или водяной), но это, видимо, ближе к испытаниям ЖРД.
Провода будут убраны в гофры, а электроника в металлический ящик.

Параллельно с техническими изысканиями, решены вопросы по земле для проведения пусков на малые высоты.

В целом, проект движется. Спешку "отменили".

Созрел вопрос общего характера.

Вот многие пишут про наноракеты, вывод 1-30 кг на орбиту и проч. А кто-то реально считал потребные характеристики ракеты и двигателя для такой задачи? Может есть программные средства, которые можно приобрести, для таких расчетов?

Купил два состава (полиуретановых) фирмы "Пента" для опытов с изготовлением манжет для клапанов:
- Пентафлекс. Твердость по Шору - 90, Прочность на раздир - 10 кг/см, Удлинение до разрыва - 130%, Предел прочности при растяжении - 60 кг/см*2

- Пентаэласт (п9950): Твердость по Шору - 50, Прочность на раздир - 20 кг/см, Удлинение до разрыва - 1000%, Предел прочности при растяжении - 60 кг/см*2

Оба очень удобны в работе. Первый заливал в форму из Д16Т, ставил в печку при +50С. Через 40 минут уже вынимал из формы, просто поддев краешек ногтем. Использовал Пентовский аэрозольный разделитель (наносится на форму). Изделие по твердости как автомобильная шина. Тянется плохо (процентов 15), а потом теряет форму. Рвется.... как изоляция на электрических проводах, только тянется меньше.
Выявлено, что при холодном и горячем отверждении компунда, он весь заполнен микроскопическими пузырьками. Думаю, надо вакуумировать смесь после заливки.
Второй состав твердеет 16 часов,так что еще в печи.

Так же проделал пару опытов с покупными автомобильными герметиками (силикон). С ними не так удобно, т.к. 1) долго вулканизируются, 2) при толщине 3-5мм в закрытой форме, не всегда вулканизация происходит по всей толщине, 3) слишком мягкие и тягутся сильно.
Я добавлял длинное стекловолокно в герметик и прессовал. Прочность на разрыв сразу повысилсь на порядки, но и "тягучесть" почти нулевая. Думаю, надо применять очень короткое волокно как наполнитель.

Для таких опытов и работы с пластиками купил вакуумный насос (42 л/мин; Остаточное давление 0,3Па). Сделаю термобарокамеру для сушки в ближайшие дни (сначала маленькую для уплотнений). ТЭН-ы Yalex принес.

Долгие приготовления к возобновлению испытаний закончились 22.10.11.

Испытывался не большой двигатель, а маленький со сменными капсулами на 266см*3 гр. Nox.
Именно он будет установлен на маленькую ракету для высот до 2000 метров. Потому мы проверяли конструкцию; проверяли систему зажигания и подачи окислителя (мембранную).
На этом же двигателе мы будем отрабатывать топливные пары для несколько большего двигателя.

Двигатель хорошо запустился и устойчиво работал. Результаты измерений оказались странными, потому не выкладываю.
Парафин сгорел весь. В одном месте, теплоизоляция (трубка картона со стенкой 1,5мм) прогорела до металла и корпус нагрелся. Думаю, что это в результате специфической формы прорыва в мембране.

Общее время работы - 2,86 сек.
Время тяги до резкого снижения - 1,37
Собственно тяга - неизвестно, но 20 кг, вероятно, получили.

Пара кадров.