Omatekoinen rakettimoottori

Post a reply


This question is a means of preventing automated form submissions by spambots.
Smilies
:D :) :( :o :shock: :? 8) :lol: :x :P :oops: :cry: :evil: :twisted: :roll: :wink: :!: :?: :idea: :arrow: :| :mrgreen:

BBCode is ON
[img] is ON
[flash] is OFF
[url] is ON
Smilies are ON

Topic review
   

Expand view Topic review: Omatekoinen rakettimoottori

Re: Omatekoinen rakettimoottori

by totalitor » 23 March 2020 10:39:03

Enismmäiset "lämpimät" päivät on tulleet, pääsee ulkona tekemään rakettijuttuja. Tulevaan rakettiin tein koepainesäiliön typpikaasulle 22 mm kupariputkesta. Juotin päihin 1 mm kuparilevyt ja käytin liitoksiin 4,75 mm ja 8 mm kupariputkia. Laitoin niin suuret paineet mitä pystyy eli 50 bar. Kaikki kesti. Testin jälkeen huomasin että tasaiset kuparilevyt olivat pullistuneet hieman. Tein siis vahingossa paineen avulla metallin muotoilua.
Adapteri happisäiliön ja 1/4 putkiosien välille tuli tehtyä myös.

Tuli mieleen yksi ajatus mikä ei vielä liity tähän rakettimoottoriprojektiin. Jos haluan lisää painetta moottoriin niin toistaiseksi ainoa keino minulla on lisätä syöttöpainetta typpikaasun avulla. Onko vaihtoehtoa? Voinko käyttää turbopumppuja? Oikeissa rakettimoottoreissa on erikseen turbopumput monimutkaisine systeemeineen, en pysty rakentamaan sellaista pienessä mittakaavassa. Mutta entä jos turbiinin käyttövoima onkin joku muu kuin kuuma kaasu? Mitä minulla on jo valmiina nykyisessä systeemissä? Vastaus: happipullon 105 bar paine. Mitä jos käyttäisin happipullon painetta ajamaan pumpun siipipyörää ja akselin välityksellä se pyörittäisi polttoainepuolen siipipyörää? Ei kuulosta kovin monimutkaiselta.

Re: Omatekoinen rakettimoottori

by Make_L » 08 March 2020 14:18:25

Kannattaa alkajaisiksi simuloida (OpenRocket tms), se antaaa raketin nopeuden lähtökiskosta irtautuessa, muun tiedon ohella. Simulaattori kertoo myös asioita tarvittavasta siivekkeiden koosta.
Mitä olen nähnyt 'safe liftoff speed' -asiasta, vaihtelee suuresti jossakin 10...15 m/s seudussa.
Jos raketti on hidas, se on arka sivutuulelle (kohtauskulma kasvaa = raketin ja tuulen nopeusvektorit lasketaan yhteen).
Hidas raketti vaatii pitkän lähtökiskon tai -tangon. Pituuden kasvaessa tulee tietysti huolehtia kyllin jäykästä rakeenteesta. Lähtötorni olisi mekaanisesti rakennettavissa hyvin jäykäksi, eikä mitään lugin ja kiskon välistä kitkaa olisi.
Toimiva gimbal-systeemi olisi toki asia erikseen, silloin 'riittävä aerodynaaminen nopeus' ei olisi ratkaiseva.

Re: Omatekoinen rakettimoottori

by totalitor » 18 February 2020 20:16:33

Sain kasattua vakautussysteemit ja pääsin kokeilemaan. Ei kyllä toimi ihan niin kuin ajattelin. Moottori on nivelliittimellä kiinni putkistossa ja servot liikuttavat moottoria. Hyvin toimii kun kokeilen radio-ohjauslaitteen tikuilla mutta kun laitan vakautussysteemin päälle niin kovin tahmealta tuntuu servojen liike, suunnat on vähän miten sattuu. Eihän tuota vakautuslaitetta ole suunniteltu raketille vaan lennokille, en voi tietää mikä algoritmi siellä on ja mitä käskyjä se antaa servolle. Pitäisi olla itse ohjelmoitava systeemi niin ehkäpä toimisi.
Lopputulos: yli-ihminen pystyy lentämään rakettia radiolaitteella itse ohjaamalla (mutta minä en ole yli-ihminen), vakautussysteemi ei toimi kunnolla.

Ehkä tämä idea täytyy unohtaa. Tulipahan kokeiltua.

Mitä jos laittaa laukaisukiskon? Kuinka nopeasti raketin pitää lentää ennenkuin aerodynaamiset voimat pitävät raketin siivekkeiden kanssa kulkusuunnassa? Voisi laskea kuinka korkea kiskon pitää olla.

Re: Omatekoinen rakettimoottori

by totalitor » 13 February 2020 19:49:04

60 bar paine säätimen jälkeen? Ok mutta tulee ongelmia. Polttoainesäiliö (nyt letku joka kestää 14 bar, 16 bar testasin) menisi uusiksi, pitäisi olla metallia ja painoa tulee lisää. Jos haluan lisää painetta niin sitten pitää olla myös enemmän typpikaasua jotta riittää polttoaineen pumppaamiseen. Isompi säiliö typelle ja taas tulee lisää massaa. Minulla on säätimet max. 20 bar ja olen ajatellut että 12 bar syöttöpaine voisi olla optimi. Typpisäiliön voisi tehdä tavallisesta 22 mm kupariputkesta joka kestää 50 bar. Pysyy massa ja tilavuus aisoissa.

Siitä vakautussysteemistä: tilasin rc-kamoja, on vakautuslaite, pari servoa, vastaanotin ja akku ja kaikki tämä lisäsi painoa vain 122 g.
Niin ja nivelliitin jossa moottori on kiinni n. 50 g. Kiinnityssysteemit on vielä suunnittelematta mutta kokonaismassa on vieläkin kevyesti alle neljän kilon.

Minulla on nykyään tällaiset paineensäätimet:

http://valvesandregulators.aquaenvironm ... regulators

Polttoainelinjaan 142 g ja happilinjan 329 g - kovin on kevyet verrattuna perinteisiin säätimiin. Ainoa miinus on että paine pitää asettaa etukäteen mittarien kanssa. Itse rakettiin ei tietenkään tule mittareita, ne ovat ylimääräisiä osia.

Re: Omatekoinen rakettimoottori

by Make_L » 13 February 2020 18:53:34

Painesäädin, koka yltää 60 bar paineeseen. Tähän on ylletty modifioimalla jousta ja kotelointia. Säädin löytyy Gloor-nimisestä firmasta Sveitsistä.
Art. 5160-60 antaa hyvän virtaaman; Flow rate (Nm3/h on 60! Espoolainen Wilhtom myy.

Re: Omatekoinen rakettimoottori

by totalitor » 20 January 2020 19:52:08

Työntövoimaa ei ole koskaan liikaa. Voisinhan minä tehdä uuden moottorin suuremmalle työntövoimalle mutta sitten tarvittaisiin lisää polttoainetta ja happea. Samalla pienellä happipullolla ajoon riittäisi vähemmän happea. Entäpä jos laitan isomman happipullon? Ei auta, sitten tulee taas lisää massaa ja tarvitaan lisää tehoja...kierre on valmis.
TWR siis korkeintaan 1,35, vaikeata tulee olemaan. Mietinpä vakautussysteemiä seuraavaksi.

Re: Omatekoinen rakettimoottori

by Make_L » 20 January 2020 13:25:23

TWR 1,35 on kovin matala. Lähtökiskon täytyisi olla pitkä ja tuulen lähellä nollaa. Yleensä suhde 5:1 on suositeltavampi ja tuulen lisääntyessä paljon suurempi - huomioi kohtauskulma, joka on tuulen ja raketin nopeuksien funktio. Jollei raketti saavuta tiettyä nopeutta, sen siivekkeet eivät toimi, eli raketti on instabiili. Narujen käyttö on asiallista.
NFPA Code for High Power Rocketry ei määrää käyttämään suhdetta 5:1, mutta pitää pakollisena vähimmäissuhdetta 3:1 Frank Canepan kirja Modern High Power Rocketry sisältää tekstiosuuden teho/paino -suhteesta. Toki netistäkin löytyy paljon näkökohtia tästä aiheesta.
Jos TWR on 1, niin moottori vain leijuttaa rakettia eli tekee työtä yksinomaan painovoimaa vastaan. TWR:n kasvaessa työntövoimaa jää vasta sitten kiihtyvyyden nostoon, eli se ykkösen ylittävä osuus.
Avaruudessa asia on toinen vähäisen painovoiman takia. Kerbal ei ole ensisijainen referenssi, jollei nimenomaan ole kyse maapallon pinnalta tuulisella säällä tapahtuvasta lähdöstä.
Katsoin https://www.youtube.com/watch?v=WSAB2KNgVso. Hieno projekti sinänsä. Toimii moottorin toimiessa, sitten raketti on jälleen tuulen ja painovoiman armoilla ja siivekkeiden on oltava kyllin suuret lentonopeuteen nähden stabiloidakseen lentorataa.
Olisi hyvä lisätä työntövoimaa, jollei rakettia saa kevennettyä oleellisesti. Silti on varmasti hienoa nähdä sen nousevan edes hieman! Siitä on hyvä jatkaa.

Re: Omatekoinen rakettimoottori

by totalitor » 17 January 2020 17:02:37

Ensimmäinen "lento " tulee olemaan raketti naruilla kiinni sidottuna mutta kuitenkin siten että nousua tulisi ehkä metrin verran. Tiedän että vakauden kanssa tulee olemaan ongelmia. Tyontövoima/massasuhde (TWR) tulee olemaan pieni eli alussa kiihtyvyys on hidasta. Kun kerroin vaimolle eri rakettien TWR-lukuja niin hän sanoi että 1,35 olisi hyvä. En tiedä mistä sai päähänsä mutta tähdätään siihen. 3,4 kiloa massaa joten työntövoimaa pitäisi olla 4,6 kiloa. Sitä sitten yritetään kevään testeissä vanhoilla moottoreilla mutta isommilla paineilla.
Olisi hienoa yrittää rakentaa vakautuslaitteisto joka liikuttaisi itse moottoria. Periaatteessa ihan mahdollista mutta painoa alkaa kertymään liikaa. Oletteko katsoneet Youtubesta hakusanalla BPS? Kaveri tekee kaikennäköistä pienillä raketeilla, myös vakautuslaitteisto toimii.

Re: Omatekoinen rakettimoottori

by tt » 16 January 2020 18:59:49

Olisihan tuollainen komeaa nähdä lentämässä. Harrastajien voimin tehtyjä nesteraketteja ei ole maailman mittakaavassakaan tehty turhan montaa.
Jotta laite käyttäytyisi rakettina, pitää työntövoimaa olla moninkertaisesti sen massaan verrattuna. Pelkästään aerodynaamisesti vakautettu raketti pitää kiihdyttää lähtötelineen matkalla niin kovaan nopeuteen että siivekkeet alkavat toimia. Aktiivisella ohjauksella ei ole pakko lähteä niin nopeasti, mutta se on oma tarinansa.
Rakettia voi kokeilla myös vaakatasossa kiskoilla tai jonkinlaisena autona ja silloin vähempikin työntövoima riittää. Sytytyksen jälkeen kiihtyvyys painaa polttoaineet tankin pohjaan.

Korkealle nousevan raketin lupaviidakko on sitten oma juttunsa, mutta tuskinpa kukaan suuttuu lyhyestä hypystä jossain riittävän kaukana asutuksesta...

Re: Omatekoinen rakettimoottori

by totalitor » 15 January 2020 19:38:00

"Ei mene millään alle 3,4 kilon..." - vai ei? Komponenttien tarkalla valinnalla ja kovalla miettimisellä olen kasannut ensimmäisen version tulevasta TAXI-raketista. Tällä hetkellä painoa on alle 3,4 kiloa. Puuttuu vielä laskuvarjosysteemi (mikäli sellainen edes siihen tulee), siivekkeet ja aerodynaaminen kuori (ehkä ei tule sitäkään). Odotettavissa ei ole kovinkaan korkeata lentoa, olen iloinen mikäli raketti lentäisi suoraan ylöspäin.
Isoin möhkäle kuvassa on happisäiliö ja siihen on teipattu molemmin puolin tasapainon takia paineistussäilö ja paineensäätäjä. Kuvasta puuttuu niitä yhdistävä putki. Happisäiliöstä alaspäin (tai siis kuvassa oikealle) on paineensäätäjä, venttiili ja moottori. Käytän polttoainesäiliönä kevyttä letkua joka kestää painetta 16 bar.
Ei näytä kovin kauniilta viritelmältä mutta vain paino ja toimivuus on pääasia. Hymyilyttää kun käytän ilmastointiteippiä osien kiinnitykseen - ja kuplamuovia metallipintojen välissä...

Mitäs sanotte?

https://imgur.com/jGJsaHG

Re: Omatekoinen rakettimoottori

by totalitor » 18 October 2019 12:36:58

Olen kasaillut komponentteja ja tuleva raketti alkaa vähän hahmottua. Happilinja näyttää kuvan mukaiselta ja painoa on kertynyt jo 2600 grammaa. Siihen päälle vielä polttoainesäiliö, paineensäädin polttoaineelle, typpikaasusäiliö paineistamiseen, putkisto ym. Ei mene millään alle nykyisen työntövoimaennätyksen eli 3,4 kilon. Ainoa keino on siis lisätä työntövoimaa, kilokin olisi jo paljon. Lisää painetta siis.

https://imgur.com/a/GrXBgF9

Re: Omatekoinen rakettimoottori

by Make_L » 30 September 2019 21:12:09

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.

Re: Omatekoinen rakettimoottori

by totalitor » 30 September 2019 10:54:12

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.

Re: Omatekoinen rakettimoottori

by totalitor » 21 September 2019 14:17:27

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.

Re: Omatekoinen rakettimoottori

by Make_L » 21 September 2019 11:32:49

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.

Top