Suomen pienoismallirakettiharrastajien keskustelufoorumi

Nesteen syöttä tottelee painetta (sen neliöjuurta) ja toisaalta viskositeetti vaikuttaa. Kuitenkin tuollainen 18 g/s on niin pieni määrä, reilu litra minuutissa, että se on helppo saada läpi. Painemittari kehiin!
Kaasu on juonikkaampi siirrettävä. Volyymit ovat nesteeseen nähden monisatakertaiset. Jos paine-ero on kyllin suuri, virtaus riippuu syöttöpaineesta ja lopulta saavutetaan kriittinen virtaus 1Mach. Tällöin massavirtaa voi lisätä vain kasvattamalla virtaavan kaasun ominaispainoa eli nostamalla painetta.
Painehäviö on käsittääkseni luonteeltaan kitkahäviö. Letkun pituus lisää sitä, samoin kaikki nippelit, etenkin virtauksen mutkittelua aiheuttavat. Putken sisäpinnan on oltava mahdollisimman sileä. Laippaventtiili aiheuttaa reilun pudotuksen, palloventtiili vähäisemmän. Putken läpimitan kasvattaminen parantaa virtausta, intuitiivinen juttu.
Sarlinin sivustolla on painehäviölaskuri. se kysyy muun muassa lähtöpainetta ja virtauksen määrää. Eri nippeleiden aiheuttaman painehäviön voi myös laskettaa tällä. Jos haluaa testata eri arvoilla, laskuri on oiva simulaattori. Sivustolla varoitetaan sen rajoituksista. Painemittari juuri ennen moottoria vastaa kysymykseen paineesta sillä kohdalla, mutta ei suoraan siihen, mikä paine moottorin sisällä vallitsee moottorin toimiessa.

Painehäviöitä olen tässä miettinyt. Polttoainesyötössä ymmärrän kyllä että painehäviöitä on aika paljon koska moottorin sisärakenne on mitä on, 118 kappaletta pieniä jäähdytyskanavia joista polttoaine menee läpi. Mutta entäpä happipuoli? Kun laitan painesäätimeen 9 bar niin paljonko paine oikeasti on juuri ennen injektoria?
Eihän siinä ole juurikaan mutkia eikä mitään matkan varrella.
Selailin netistä painelaskureita ja vähän kokeilin. Oho. Happiletkun pituus vaikuttaa aika paljon. Ihan sama mitä laittaa laskuriin putken läpimitaksi tai virtausnopeudeksi, putken pituus lisää painehäviöitä. Minulla on 10 metrin putki, jos se olisikin 1 m niin tilanne olisi ihan toinen.
Eli käsittääkseni saan lisää painetta happipuolelta kun lyhennän happiletkun minimiin.

Kiitos kehusta ja laskelmista.
Tämän vuoden testit olivat sitten tässä, paljon sainkin tehtyä. Huippuhetki oli 11 sekunnin ajo ilman ongelmia, hyvältä tuntui.
Talvella onkin aikaa miettiä mitä teen seuraavana kesänä.
Vetäydyn talvilevolle - no ei nyt oikeasti, mutta siltä tuntuu kesän jälkeen.

Ensiksi haluan kehua tosi kivaa videota!
Sitten palaan suutintestihärpäkkeeni laskelmiin. Kanootistani oli unohtunut rannalle se inkkari, joka muisti kaasuyhtälöt. Oudoksuin laskelmiani itsekin. Ugh, uusi yritys:
Kaasun virtaus voidaan määrittää tilavuuden perusteella, kuten m³/s. Tai sitten massavirtauksena, tyyliin kg/s. Kaasun tiheys antaa yhteyden tilavuuden ja sen massan välille. Tiheys SI-yksiköissä on kg/m³, mutta tässä käytän g/L. Myös L/s.
Oletan nyt, että moottori tarvitsee happea 18 g/s. Hapen tiheys on 1,4 g/L, määritettynä 1 bar ja 0ºC . Esimerkiksi jos paine on 10-kertainen, niin tiheyskin on. Hapen massavirta 18 g/s josta saadaan (18/1,4) tilavuusvirraksi 13 L/s (1 bar, 0ºC). 13 L/s = 770 L/min (1 bar, 0ºC).
Jospa moottoriin saisi hapen 10 bar paineella, jolloin sen tiheys olisi 10-kertainen = 14 g/L. Saaataisiin (18/14) tilavuusvirraksi 1,3 L/s = 78 L/min.
Härpäkemittaus (rotametri) 1,5 mm suuttimella antoi tilavuusvirran 280 L/min = 4,7 L/s.
Tämä mitattiin 8 bar paineessa, jossa ilman tiheys on 8-kertainen (8*1,3 g/L = 10,4 g/L). Tuloksena on massavirta 49 g/s (ilmaa. Hapella tulisi 52 g/s).
Jälleen mietityttää; härpäketestissä massavirta oli lähes kolminkertainen tavoitearvoon nähden.
Regulaattoreita on monenlaisia, vakiopaine ei välttämättä pysy suurilla virtauksilla, jolloin se putoaa voimakkaastikin. Tämä selviäisi regulaattorin virtauskäyrästä. Sellaisen puuttuessa on tehtävä mittauksia, tilavuusvirtauksen mittaus vaikkapa rotametrillä ja painemittaus. Näistä arvoista saadaan sitten massavirta /g/s). Virtaavan hapen paine putoaa se kulkiessa suuttimen läpi. Lukema palokammion paineeseen nähden on tietysti olennainen.
Nesteen virtauttaminen on selkeämpää, se tottelee paine-eroa eikä puristu kokoon. Nesteenkin virtausta voi mitata vaikkapa rotametrillä. Netistä löytyy erilaisia testikammioviritelmiä.
Kaasuasioissa on (lähes liian) paljon ’liikkuvia osia’ kuten suurista volyymeistä, kokoonpuristuvuudesta, virtausnopeudesta ja komponenteista johtuvia. Yhdellä koesysteemillä tehtyä mittausta ei aina voi soveltaa toiseen 1:1. Mittauksilla pääsee lähemmäs totuutta.
Jos paine kyetään pitämään vakiona, niin suuremmasta suuttimen reiästä menee tietysti enemmän happea. Mutta onko se tarpeen; vrt härpäketestin lukemia.

Testasin tänään uutta RUD-12 moottoria jossa on hieno törmäytininjektori. Odotukset olivat ehkä liian korkealla, lisää työntövoimaa tuli mutta ei paljon.
Jos vertaan RUD-10 moottoriin jossa on samat mitat ja tilavuudet mutta yksinkertaisempi injektori niin 9 bar paineilla tuli lisäysta 27 N (2,8 kg)...>31 N (3,2 kg) eli 4 N (0,4 kg). Eli 14 % lisäys.
Paineilla 9,5 bar lisäystä tuli 31 N (3,2 kg) ...> 33 N (3,4 kg) eli 2 N (0,2 kg). Eli 7 % lisäys.
Ei kovin dramaattista siis.
Jälkimmäisellä poltolla tankki oli täynnä mutta moottori kävi vain kolme sekuntia, olisi pitänyt käydä ainakin kymmenen sekuntia. Vaikka olin happimittarin säätänyt 9,5 bar niin testin jälkeen se näyttikin 10 bar. Epäilen että kävi samoin kun pari kertaa aikaisemmin RUD-10 moottorin kanssa: jostain syystä happipainetta on enemmän kuin polttoainepainetta ja happipaine estää polttoaineen virtauksen polttokammioon. Pitäisi säätää happipainetta alemmaksi kuin polttoainepaine mutta sitten seos käy vielä enemmän polttoainerikkaammaksi.
Olen ajatellut että moottoreissa on happireikien pinta-ala vähän liian pieni. Jos reiät olisivat isompia niin en tarvitsisi niin paljon painetta hapensyöttöön. Meneekö päättelyni oikein?
Ja työntövoima pitää katsoa heti kun mittari jotain näyttää eikä silloin kun poltto päättyy. Se näyttää testipenkin keventymisen ja lopussahan polttoainetta ei enää ole ja tulee suurempi luku. Eikö vain?

Täällä videoita:

https://www.youtube.com/channel/UCf2lLs ... 4Sg/videos

Moottori tuli valmiiksi. Laitoin videon kokoonpanosta youtubeen.
Testi tulossa sitten kun ehdin.

https://www.youtube.com/watch?v=hNSOsEjS11I

Ja uuden injektorin testausta. Vaimo ja minä puhalletaan vettä.

https://www.youtube.com/watch?v=TSjih9fXQUM

Mielenkiintoista testailuja. Ihmeissäni minäkin välillä olen kuin pitää miettiä testien tuloksia kun en ole mikään asiantuntija.
Tuota t-liitossysteemiä voisi kokeilla ehkäpä ensi vuonna.
Uusi moottori on loppukokoonpanoa vailla. Kovajuotan kaikki kiinni ja siinä voi mennä vielä kaikki pieleen. Saan kyllä kevyen ja tiiviin rakenteen mutta jos haluan esim. kokeilla uutta injektoria niinkuin nyt niin koko moottori täytyy rakentaa uusiksi. Vähän hölmöä mutta tälläinen on rakentamissysteemini tällä hetkellä.

Lisää mittaustuloksia. Edellä siis järjestely, jossa sukelluspullo-tavanomainen sukelluspullon regulaattori-letkua- painemittari-suutinhärpäke. Staattinen paine regusta oli 10 bar. Halkaisijaltaan 1,5 mm suuttimella paine oli 8 bar. Laitoin 3 mm suuttimen ja paine 6 bar. Poistin suuttimen, jolloin käyttämäni putken sisämitta 4,3 mm jäi 'suuttimeksi' ja paine oli enää 2-3 bar (30 bar asteikolla olevan mittarin lukematarkkuus vaatimaton). Olen hieman ihmeissäni siitä, miten näitä tuloksia tulee tulkita. Ilmaa kulkee valtavasti, vaikka paine putoaakin.
Flow factor -haulla löytyy jos jonkinlaisia sivustoja ja taulukoita. Silti kaipaisin jotakuta asiantuntijaa tulkitsemaan tilannetta.
Tämä mittailuni pätee tietenkin vain tuohon käyttämääni systeemiin. Voimakas paineen aleminen oli toki odotettavissa; usein 10 L:n pullo (2000 L sisältö) riittää sukeltajalle tunniksi; tämä vastaisi virtausta 33 L/min eli 0,6 L/s. Nyt testatussa systeemissä virtaus oli paljon suurempi, kymmenkertainen ja enemmänkin.
Miten olisi painemittarin laitto mahdollisimman lähelle moottoria, hapen syöttöputkeen, T-liittimen avulla? Silloin ei tarvitse tunkea moottorin päätyyn lisää reikiä. Koekäytöllä, ilman polttoainetta, selviäisi ainakin se, millä paineella O2 tulee moottorille.
Jos käyttämäsi paineenalentaja on tarkoitettu hitsaushapelle, sen suorituskyky on varmasti erilainen kuin sukelluslaitteen regulaattorin, mutta näin mitaten saisi ainakin jotain suuntaa-antavaa. Hienoa olisi saada virtausmittari, jonka asteikko riittää näin suurille virtauksille. Käyttämäni rotametri (max. 260 L/min) on Kytölän valmistama. Kenties jostain löytyisi suurempiakin malleja?

Sinolin käyttöturvallisuustiedote kertoo: Etanoli 90-100%, Propan-2-oli 1-5%, Metyylietyyliketoni 2%, Metyyli-isobutyyliketoni 2%. Isopropanoli on palavaa sekin. Nuo ketonit ovat jonkinlaisia liuottimiakin, mutta käyttö denaturointiin lienee tässä se pääasia. Koska tiedotteessa luetellaan vain vaaraa aiheuttavia aineosia, on prosenttien ulkopuolelle jäävä osuus kai vettä. Voihan vettä lisätä hieman, olettaen että etanolia olisi vähintään tuo 90%.
Menestystä rakettitehtaalle!

Joo olisi kiva tietää paljonko happea menee g/s. Polttoaineen kulutuksen voin laskea kun tiedän paljonko tankissa on ja kuinka kauan poltto kestää.
Huomaa että moottorissani on kaksi kertaa 3,2 mm aukkoa hapensyötölle. Paineen mittaussysteemi on aika vaikea rakentaa kun ei ole oikein tilaa injektorissa mihinkään ylimääräiselle.

Koska kesää on vielä jäljellä niin teen vielä yhden version moottorista. Olisi joitakin yksityiskohtia joita kaikkia voisi muuttaa ja sitten nähdä tulisiko enemmän työntövoimaa. Ongelma on vaan että jos menen muuttamaan monia kohtia moottorista en tiedä mikä kohta aiheuttaa mitäkin. Eli keskityn nyt vain injektorin parantamiseen. Sain tehtyä injektorin jossa kaksi 0,8 mm reiästä lähteävää suihkua kohtaavat toisensa 60 asteen kulmassa. Ja sen jälkeen kaksi 3,2 mm happireikää tulevat 15 asteen kulmassa ja osuvat polttoaineeseen. Teoriassa sekoittuminen tehostuu ja sitä kautta työntövoima.
Muutoin moottori on samanlainen kuin hyvin toiminut RUD-10.

Ajattelin myös että käytänkö oikeasti 70 % alkoholia polttoaineena? Sinolista sanotaan että se sisältää 90 % alkoholia ja loput on sitten jotain muuta (vettä, muita kemikaaleja?). Jos se on vettä ja laitan lisää vettä niin taitaa mennä alkoholin osuus reilusti alle 70 %.

Rakettitehdas toimii...

Jäin miettimään, saako moottori sen ajatellun O2-määrän; noin 18 g/s. Hapen tiheys 1,4; saan 12,8 L/s eli 770 L/min. Painehäviöitä tulee paineenalentajan jälkeen letkuissa ja nippeleissä. Saman saisi laskettua, jos tietäisi virtauskertoimet. Tulin niin uteliaaksi, että kokosin sukelluspullosta tulevalla ilmalla toimivan mittahärpäkkeen. Siinä on suutin koteloituna niin, että ulos virtaava ilma menee rotametrin läpi. Harmi kyllä, mökiltä löytyi vain sellainen rotameri, jonka asteikko on max 260 L/min (eli 4,3 L/s). Koska tämä olisi kaukana tavoitearvosta, laitoin 1,5 mm halkaisijaltaan olevan suuttimen. Painemittari sijaitsi juuri ennen suutin/kotelointi -rakennelmaa. Sukelluspullon antama staattinen paine oli noin 10 bar. Kun tulpan tilalle tuli 1,5 mm suutin ja virtaus alkoi, painemittari näytti 8 bar. Rotametri löi lähes tappiin, arviolta 280 L/min ainakin. Kun (jos olen ymmärtänyt oikein) käyttämäsi suuttimen halkaisija on 3 mm, sen pinta-ala on yli neljä kertaa suurempi eli massavirran pitäisi yltää tavoitearvoon. -Paineilmaa muuten kului tuhottomasti testaillessa, kyllä pienestäkin reiästä mahtuu kulkemaan paljon kaasua
Hitsauskaasun, hapen, paineenalentajan mittari yltää 15 bar asti. Ovatkohan paineenalentajat säädettävissä niin, että antaisivat tuon 15 bar? Voi tietysti olla, että jotkut direktiivit teknisten syiden ohella estävät sellaiset säädöt?
Silti ehdotan, että moottorissa olisi palokammion paineen mittausmahdollisuus. Sellainen vähentäisi teorettista pähkäilyä.

Hienon näköistä taas!
Huomasin kakkospolton lopussa että liekki oli selvästi vihreä. Sekin kertoo että moottori kävi kuumana ja saattoi vähän kärsiäkin.

Erinomaisesti toiminut RUD-10 moottori pääsi ehjänä eläkkeelle. Testissä siis seuraavaksi RUD-11. Samat mitat kuin edellisessä moottorissä ja sama injektori mutta lisäksi film cooling neljällä 0,3 mm reiällä. Film cooling-tekniikassa osa polttoaineesta ei mene pääsuihkuun moottorin sisällä joten tehoa hukkaantuu. Mutta kuinka paljon?
Ensimmäinen testi: paineet polttoaineella (70 % alkoholi 30 % vesi) 9 bar ja hapella samoin. Työntövoimaa oli vain 19,6 N (2 kg) verrattuna RUD-10 29 N (3 kg). Film cooling todellakin toimi sillä moottori ei ollut kovinkaan kuuma testin jälkeen.
Mutta jos jäähdytys on tehokkaampi niin voinko sitten käyttää raakaa alkoholia? Kokeilenpa.
Toinen testi: paineet samat kuin edellisessä, tyontövoima 24 N (2,5 kg). Hyvältä näyttää mutta moottorin kupariputkeen tuli värimuutoksia eli kova kuumuus on moottorin sisällä. Kestääkö pitkää ajoa?
Kolmas testi: paineet 9,5 bar ja tankki täyteen. Huono sytytys ja polttoaine paloi ulkopuolella, työntövoima surkea. Eipä liekinheittimestä työntövoimaa tule.

Johtopäätös: tämä kokoisessa moottorissa pitäisi olla vielä pienemmät reiät film cooling-tekniikalle mutta pienempiä en pysty tekemään. Työntövoima oli huonompi kuin normimoottorissa eli edellinen RUD-10 vei voiton. Hylkään film cooling-tekniikan, en tarvitse sitä.
Parempaa työntövoimaa saan paremmalla injektorilla, vähentämällä veden määrää polttoaineessa tai lisäämällä kammiopainetta.
Sitä ennen täytyy kehittää sytyttämistekniikkaa, tänään oli suuria ongelmia sytytyksen kanssa. Kuudesta yrityksestä vain kolme onnistui ja viimeinenkin huonosti.

videoita täällä:

https://www.youtube.com/channel/UCf2lLs ... 4Sg/videos

Noniin, tuossahan alkaa vähitellen olla voimaa johonkin liikkuvaan viritykseenkin.

Painelaitteissa olisi hyvä olla aina reilusti marginaalia takapotkujen yms. varalta, mutta 10 barin jälkeen kaikki alkaa muuttua kalliimmaksi ja painavammaksi.

Tänään tein testin suuremmilla paineilla. Sekä polttoaine- että happipaineet olivat 9,5 bar. Jos uskoo tyontövoimamittaussysteemiin niin lisätyöntövoimaa tuli. Aikaisemmin n. 29 N (3 kg) ja nyt n. 32 N (3,3 kg). Kokeilin aluksi 10 bar paineilla mutta ei lähtenyt kunnolla käyntiin. Maksimipaineet säätimissä on 10 bar, ehkä meni liian lähelle paineet ja ei vaan toiminut.
Samannäköistä liekkiä kuin ennenkin eli kammion tilavuus riittää vieläkin polttotapahtumaan.
Ehkäpä minun pitäisi hankkia enemmän painetta kestävät laitteet. Ruokahalu kasvaa...

Video täällä
https://www.youtube.com/watch?v=qNIFawKpaqU