Suomen pienoismallirakettiharrastajien keskustelufoorumi

Paineella nesteytetty ilokaasu onkin omituinen, se ei ole samanlaista kuin vesi. Se on eräänlainen liuos tai seos. Siitä lähtee kaasumaista muotoa ja siksi paineastiassa on aina myös kaasua. Jos pullossa ei ole pohjaputkea sifoniputkea), niin pullosta voi laskea kaasua aivan kuin muistakin kaasupulloista. Sairaaloissahan sitä käytetään ja pullot ovat oikein päin pystyssä. Mutta jos halutaan ilokaasu ulos nesteenä, tarvitaan joko tuo pohjaputki, jolloin pullon yläosan paineinen kaasu työntää pullon pohjalla olevan nesteen putkeen ja ulos. Tätä käytimme Haisujen laitteistossa. Jos pohjaputkea ei ole, on pullo käännettävä ylösalaisin Kuten Supikoiran laitteistossa tehtiin), mutta tällainen on tukala viritys. Pulloa hankkiessa tulee tehdä selväksi, että haluaa pohjaputkellisen version. Raketin säiliön täyttäminen nesteellä on välttämätöntä, koska muutoin ei saada riittävää massaa, kaasuhan on varsin kevyttä nesteeseen verrattuna. N2O:n kriittinen lämpötila on 37 C tienoilla, se jälkeen se ei pysy nesteenä missään paineessa.
Nestemäistä ilokaasua tulee sillä nopeudella, millä tulee = kuinka pienestä reiästä se pakotetaan kulkemaan. Hypertekin säiliön täyttö kestää minuutteja, koska injektorin kautta neste kulkee säiliöön ja reikä on pienenlainen.
Tähän väliin vielä, että Hypertekin systeemissä täytettävän säiliön yläosasta tulee ulos ohuenohut putki ja kun neste putken pään saavuttaessaan alkaa virrata ulos, se näkyy 'savupilvenä' ulostulokohdassa (tällöin täyttö lopetetaan ja raketti startataan).
Jos aikomuksesi kuitenkin on saada N2O kaasuna suoraan säiliöstä, ei nesteenä, niin silloin ei tietty käytetä pohjaputkea. Kaasun virtausnopeudesta tässä tilanteessa minulla ei ole kokemusta eikä tietoa. En ole toiminut testipenkkitilanteessa. (Lentävään rakettiinhan tankataan *nestemäistä* N2O).
Jossain (missä?) sanottiin N2O-kaasumuodon käyttäytyvän jotensakin hiilidioksidin tavoin, eli kaikki tavanomaiseen kaasun virtauttamiseen liittyvät näkökohdat vaikuttavat. Sairaaloiden kaasujärjestelmistä tästä voisi saada lisätietoja. Anestesiassahan ei tosin kulu montaakaan litraa minuutissa per henkilö; virtausnopeus on vähäinen.

Kiitoksia tiedosta.
En varmaan ymmärrä täysin ilokaasun käyttäytymistä paineessa. Kun ilokaasu pääsee ilmakehän paineeseen niin se höyrystyy, tämä selvä.
Se minua kiinnostaa että saako ilokaasusäiliöstä ulos pelkkää kaasua. Kuvittelen että jos on säiliö jossa on se siphon tube (mitä se nyt onkaan suomeksi) ja säiliö käännetään ikään kuin väärinpäin, niin neste pysyy säiliössä ja virtaus ulos on vain kaasua. Siis täysin eri lailla kuin on suunniteltu.
Saako kaasun ulos riittävällä virtausnopeudella?
Meneeköhän mun päätelmät oikein?

Linkin artikkelissa käytettiin termiä 'mixed monopropellant', miten tulisi suonentaa? 'Sekoitemonopropellantti' kenties? Mutta jos alkoholia sekoittuu ilokaasuun, tullaan linkin mainitsemalle alueelle. Ilokaasu on potentiaalisesti instabiili yhdiste (muodostumisentalpia on positiivinen) ja sitä on käytetty monopropellanttina sellaisenaan(kin). En ole kuullut katalysaattorista, joka toimisi alhaisessa lämpötilassa N2O:n kanssa, joten siltä osin riski lienee pieni. Pointtini oli kiinnittää huomiota turvallisuuteen, jos seostumista tapahtuu.
Ajatus käyttää ilokaasua ikään kuin kaasugeneraattorina ansaitsee jatkopohdintaa kyllä! Jäin miettimään pneumaattisia työsylinteritä: Jos molemmissa päissä (eri puolilla mäntää) on liitäntä, niin toisella puolen mäntää voisi olla alkoholia ja toisella puolella ilokaasua. Normaalit työsylinterit toimivat alemmalla kuin 50 bar paineella, joten tiivisteiden pitävyys on epäselvä. Samoin seinämien kestävyys. Vältyttäisiin kuitenkin suoralta yhteydeltä kahden nesteen välillä. Yleisesti: N2O-tiivisteiden materiaalilla on merkitystä.
Kumpi on painavampi: Kyllin jykevä sylinteri tai muu säiliö, vaiko pumppu akkuineen? Kuollutta painoa kertyy paljon, joten työntöäkin on oltava. Korkea(mpi) kammiopaine on oleellinen tässä. -Aiemmin mainitsin Hypertek'in 300 cm3 N2O-tankin; se painaa 374 g. Lisäksi liittimet.
Erään tekstin perusteella: Paine ilokaasusäiliössä kyllä laskee sitä tyhjennettäessä, joskaan ei niin rajusti kuin jossain pelkkää kaasua sisältävässä. Moottorilaskelmissa on siksi usein käytetty keskipainetta (välillä käynnistysvaihe-burnout). Tällöin polttokammion paine on mitoitettu arvoon 33 bar, vaikka aivan alussa sinne tuleekin täydellä paineella ilokaasua. Sytytyksen tulee toimia heti, jottei palokammioon kerry valmista palavaa seosta liiaksi (hard start -riski). Eikä vallankaan nestemäistä N2O. Yleensä kyllä ilokaasu höyrystyy ravakasti tullessaan injektorista. Onneksi ilokaasun O/F-käyrä on laakeahko. Kyllin pitkä ja kyllin ohut putki sammuttaa ('quench') vastavirtaan pyrkivän liekkirintaman (tällainen riski on todellinen, koska epätasainen palaminen palokammiossa johtaa merkittäviin painevaihteluihin). Ilokaasunesteen loputtua säiliöön jää silti paljon ilokaasua, kaasuna. Kyllin kuuma kaasu voisi saada sen hajoamaan; ongelmia.

Unohdin että ilokaasu liukenee veteen ja alkoholiin. Tosin ehtiikö liueta? Ajattelin sellaista systeemiä missä ilokaasu (ei neste) venttiilin aukaisun yhteydessä paineistaa polttoainetankin. Jos haluan 10 sekunnin ajon niin ehtiikö liueta siinä ajassa mitenkään? En tiedä.
Tällä systeemillä ei tarvitsisi erillistä typpisäiliötä paineistamaan polttoaine, raketti ei painaisi niin paljon. Ja paineet pysyisivät samalla tasolla polttoaine- ja ilokaasusyötöllä - voisin suunnitella moottorin ehkä 40 bar kammiopaineelle.
En siis suunnittele monopropellanttirakettia.
Kunhan mietin jatkosuunnitelmia. Onpahan talvi aikaa.

Olen yökyöpeli ja asia alkoi painaa. Tällainen löytyi helposti: https://en.wikipedia.org/wiki/Nitrous_oxide_fuel_blend
Jos monopropellanttikäyttöä mainituilla seoksilla on kokeiltu, niin varmasti 'etsivä löytää' enemmänkin artikkeleita. Menestystä!

Houkutteleva ajatus sinänsä. Systeemi olisi monimutkaisempi kuin pelkkä paineistava neste polttoainenesteen (alkoholin) päällä: Ilokaasu liukenee ainakin veteen ja alkoholiin. Kaasuna se on ilmaa raskaampaa, mutta nesteen ominaispainoksi mainitaan eri lähteissä 0,9...1,2. Omp on sekin lämpötilasta riippuvainen. Pointtini omp:n suhteen on, ettei ole itsestään selvää, sekoittuisiko nestemäinen ilokaasu etyylialkoholi-vesiliuokseen painavamman nesteen valuessa. Tapahtuisiko jotain kemiallista reatiotakin, en osaa sanoa, koska en ole asiaan perehtynyt kemisti.
Ilokaasun höyrynpaine on huoneenlämmössä noin 50 bar, eli se alkaisi kyllä heti puskea polttoainetta tai polttoaine/ilokaasuseosta tällä paineella.
Ilokaasu voi hajota tietyissä olosuhteissa, varoitetaan. Dekomposoituminen on exoterminen, eli lämpöä tuottava reaktio ja voi kerran alettuaan jatkua itsestään.
Mielikuvaani aiheesta värittää seuraava: Turvaohjeissa varoitetaan kontaktista rasvan tai muiden palavien aineiden kanssa. Tästä syystä ilokaasuputkistolle tulee ennen käyttöönottoa tehdä ns. happipesu, jossa ensin alkoholilla ja sitten tislatulla vedellä huuhtelemalla ja lopuksi paineilmalla poistetaan rasva. Tämän tein Haisujen lähetyslaitteen putkille ja venttiileille ja testasin lopuksi vielä hapella, kuumeneeko jokin jossakin. Näin siksi, että mutkissa ja kaventumissa voi nopeasti virtaavan kaasun 'isku' virtauksen törmätessä johonkin esteeseen olla riskitekijä syntyvän iskuenergian vuoksi. Jos virtaava neste koostuu polttoaineesta ja siihen sekoittuneesta hapettimesta, tulee kyllä mieleen ajatus mahdollisuudesta itsesytytykseenkin.
Nuo putkistojutut ovat toki osin eri asia kuin toimiva rakettimoottori, mutta mielestäni ne antavat silti ajattelmisen aihetta.
Löytäisikö kuuluisa hakukone tästä lisää? Omien vajavaisten tietojeni pohjalta en uskaltaisi käyttää ilokaasua alkoholin ponnekaasuna. Olisi mukava kuulla, onko joku silti sellaisessa onnistunut.

Jos päädyn ilokaasurakettiin ja haluan edelleen pitää alkoholin polttoaineena niin onko mahdollista käyttää ilokaasun paineistavaa ominaisuutta samalla paineistamaan polttoainetankin? Kuulostaa kyllä aika pahalta, hapetin ja polttoaine samassa tilassa. Mutta eihän ilokaasun happi reagoi polttoaineen kanssa ennen kuin yhdiste on hajonnut typeksi ja hapeksi. Ja sehän tapahtuu vasta polttokammiossa lämmön avulla.

Tänään ajoin typpikaasua raketin happipaineenalentimen kautta ja tarkkailin mitä paineen muutos aiheuttaa. 50 bar paineeella tuli kunnon puhuria moottorista ulos mutta kun laskin sitä niin puhurin voimakkuus laski. Paineensäädin ei siis pysty pitämään suurta kaasun virtausta vakiona.
Pahus.

Epäilin tosiaan että TAXI-raketissa hapen virtaus ei vaan ole tarpeeksi suuri. Pullon ja painesäätimen välissä on adapteri ja siellä millin halkaisijaltaan oleva reikä. Porasin pari reikää lisää jotta happi virtaisi paremmin ja sitten kokeilin oliko vaikutusta. Ei ollut.
Mutta videossa näkyy mielestäni selvästi että aluksi kaikki on ok ja sitten kun kolmen sekunnin kuluttua paine happipullossa oli vähän laskenut niin syöttöpaine ei vaan riittänyt. Katsokaapa videosta 0:50 eteenpäin. Luulin että liekki loppui kokonaan mutta eipä loppunutkaan. Se sinnittelee vaikka O/F suhde on pielessä ja lopussa kun tulee viimeiset tipat polttoainetta moottoriin niin seossuhde on hetken kunnossa ja liekki on parempi.
Kai tästä voi päätellä että tällä systeemillä pidempää ajoa en voi saada. Joko paineensäädin ei pysty syöttämään tarpeeksi happea moottoriin tai pullon jousiventtiilistä ei pysty tulemaan nopeammin happea. Tätä paineensäädintä en ole käyttänyt testipenkissä, normaalilla pullosäätimellä kaikki on mennyt hienosti - ja myös isommalla happipullolla.
Ongelma siis ratkeaa sillä että käytän sitä normaalia paineensäädintä ja isompaa pulloa - ja raketille tulee massaa lisää 15 kiloa. Ei kiitos.

Video täällä:

https://www.youtube.com/watch?v=YH6u_KOr1iM

Ilokaasu on hyvä ajatus, jos haluaa lentokelpoisen moottorin. Se toimitetaan nesteenä (oikeastaan eräänlainen hyperkriittinen liuos). Höyrynpainekäyrä on jyrkänlainen eli lämpötila vaikuttaa paljon paineeseen. Jutun juju on siinä, että vaikka ilokaasu sisältääkin typpeä, siinä on silti riittävästi happea moottorin toimintaan: Laske hapen paino kaasusäiliössä ja sitten taas ilokaasussa; nesteessä jonka ominaispaino on yli 1.
Tämä vertaantuu hieman siihen, miksi suuret nestemoottorit useimmiten toteutetaan nesteillä (LOX ja poltettava aine) eikä kaasuhapella.
Itsepaineistava hapetin säästää laitteiston yksinkertaisuudessa. Vain poltettava neste, kuten alkoholi, tarvitsee enää paineistaa.
Polttokammion paine on yleisesti se, mistä moottorin suunnittelu aloitetaan. Suurempi paine on tietysti parempi jos halutaan kunnolla työntövoimaa. Huoneenlämmössä N2O:n paine on noin 50 bar, joten laitteiston täytyy olla sen mukaisesti mitoitettu, varosyistä.
Kannattaa tutustua kaupalliseen laitteistoon ensin. Ne ovat pitkälle mietittyjä ja toimivia: http://www.hypertekhybrids.com/mainpage.html
Haisunäädissä käytettiin Hypertekin moottoreita. Koot ovat I-M. Niihin saa erikokoisia alumiinisia painesäiliöitä, alkaen 300 cm3. Ne ovat ilmeisestikin parempia kuin kupariputkesta tehdyt, muutenhan Hypertek'kin valmistaisi ne kuparista... Säiliöissä on kierrekiinnitys.
Mitään regulaattoreita ei Hypertekin systeemiin kuulu. Hypertekin moottoreihin on saatavissa eri kokoisia injektoreja, viittaan valmistajan sivustoille. Injektorit on mitoitettu Hypertekin moottoreille, jotka polttavat tiettyä muoviseosta. Injektori on yksinkertainen, lukitusruuvin näköinen, jossa on reikä keskellä. reikien koot tuumina .076, .098, .125, ja.172. Mikä injektorin oikea koko olisi esim. alkoholia poltettaessa, ei ole suoraan tiedossani.
Hypertekin lähetyslaite on sikäli konstikkaampi, että moottori käynnistetään hapella. Tämäkin valkenee valmistajan runsaasta materiaalista.
Muitakin valmistajia on. Minikokoisia on tehty ilokaasuampullien (á 8 g) ympärille. Suuremmat riittävät tunnetusti lähiavaruuden lentoihin.

Joo hybridiraketti olisi "helpompi", mutta näköjään mun täytyy tehdä kaikki vaikeimman kautta. On mukava oppia miten asiat toimivat ja miten ongelmat ratkaistaan.

Ongelmasta puheenollen - rakettitestissä havaitsin että hapen syöttö polttokammioon estyy tai ainakin vähenee.
Käyttämässäni systeemissä on n. 0,5 mm reikä josta kaikki happikaasu pitäisi mennä läpi. Vaadittava määrä on n. 20 g/s. Pullon paine alussa on 105 bar. Käykö tässä niin että heti kun paine laskee liikaa niin happea ei enää virtaa tarvittava määrä ja seossuhde muuttuu liikaa ja liekki sammuu?

Osaako joku laskea yritänkö mahdotonta? Vastaavaa ongelmaa ei ole ollut testipenkissä, vastaavaa pientä reikää ei siinä ole.

Ilokaasusta on täällä runsaastikin kokemuksia. Seuramme isot hybridiraketit Haisunäätä ja Iso-Haisu käyttävät ilokaasua hapettimena. Ilokaasu kiehuu nopeasti ja paineistaa itse itsensä, mutta menee ainakin näissä raketeissa nesteenä palokammioon. Myöskään näissä ei ole mitään säätyvää venttiiliä ja käsittääkseni massavirta pysyy jokseenkin vakiona polton aikana. Sinäänsä ilokaasun kanssa voi käyttää normaaleja paineilmaosia, kunhan ne on speksattu hapelle sopiviksi.

Onko kellään kokemusta ilokaasusta rakettimoottorin hapettimena?

Olen miettinyt kannattaisiko siirtyä kaasuhapesta ilokaasuun. Asia ei taida olla niin yksinkertainen kun ensin ajattelin.
Kaasuhapessa ei ole mitään vikaa paitsi raketissani kayttämäni säiliön paino: 1320 g josta happea taitaa olla 140 g. Aika huono suhde.
Ilokaasua käyttämällä saisin tuon suhteen paremmaksi. +20 C lämpötilassa tarvitaan silti 50 bar painetta kestävä tankki. Helppoa jos käytän 22 mm kupariputkea, se on nyt jo typpipaineistuksen tankkina ja hyvin kestää sen paineen.
Mutta ilokaasu on N2O eli siinä on turhaan typpeä, hapen määrä onkin pienempi eli saman työntövoiman saavuttaakseni tarvitsen sitä enemmän polttokammioon. Toisaalta jos pidän O/F suhteen samana kuin kaasuhapen käytössä niin liekin lämpötila on pienempi, voisin ehkä käyttää puhdasta alkoholia kompensoimaan työntövoiman menetystä. Nykymoottori kaasuhapella ei kestä puhdasta alkoholia, tai ainakaan se ei toimi paria sekuntia kauempaa.
Ja sitten on miettiminen miten ilokaasu tulee injektoriin: nesteenä vai kaasuna? Injektorin reiät täytyy mitoittaa eri tavalla eri olomuodoille.
Jos tankissa on 50 bar ja injektorissa haluan sen olevan vaikkapa 9 bar niin veikkaan että se tulee kaasuna.
Entäpä regulaattori tankin ja injektorin väliin? Netistä löydän joitakin joissa on valmiiksi säädetty ulostulopaine. Korkein paine minkä löysin on 8,6 bar, toivoisin vähän korkeampaa painetta. En tiedä toimivatko tavalliset regulaattorit ilokaasun kanssa kun ilokaasulla on kaksi eri olomuotoa.

Keksin että -45 C lämpotilassa ilokaasutankin paine on vain 8 bar, limsapullo kestää sen siis. Sitten tajusin että sittenhän menetän sen itsepaineistusominaisuuden. Olipa hieno idea hetken aikaa. Tai hetkinen - jos jäähdytän tankin ehkä -40 C lämpötilaan niin paine tankissa on 10 bar ja voisin jättää regulaattorin välistä pois. Lämpötilan säädöllä paineensäätö? Aika monimutkaista.

Paljon kysymyksiä, vähän vastauksia ja kaikki tämä vain sen takia että raketti tulisi kevyemmäksi.
On niitä turhempiakin harrastuksia (kai)?

Joo, polttoaineen kulutus on (suhteellisen) iso. Tosin vain 16 g/s mutta kyllähän se nopeasti hupenee.
Polttoaineena on 74% (paino) etanoli, eiköhän pullo tuota kestä.
Ekaa kertaa sain mitattua ainakin suurin piirtein hapen kulutuksen. Jotain 20 g/s tai varmaankin alle.
Ehkä sekoitussuhde on 1:1 niinkuin ajattelin sen olevan.

Tuostahan näkee kivasti mitä vauhtia moottori juo polttoainetta.

Limsapullo ei välttämättä kestä bensaa ja muita liuottimia pidemmän päälle vaan saattaa haurastua ja paukahtaa paineistettuna. Periaatteessa PET kestää hyvin kemikaaleja, mutta kannattaa testailla.