Omatekoinen rakettimoottori

Yleistä keskustelua ja kysymyksiä pienoismalliraketeista
Make_L
Posts: 291
Joined: 19 October 2006 20:28:45
Location: Espoo

Re: Omatekoinen rakettimoottori

Post by Make_L »

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.
totalitor
Posts: 98
Joined: 16 September 2016 09:01:33

Re: Omatekoinen rakettimoottori

Post by totalitor »

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?
Make_L
Posts: 291
Joined: 19 October 2006 20:28:45
Location: Espoo

Re: Omatekoinen rakettimoottori

Post by Make_L »

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.
totalitor
Posts: 98
Joined: 16 September 2016 09:01:33

Re: Omatekoinen rakettimoottori

Post by totalitor »

Pitkä hiljaiselo täällä päättyy ja projekti jatkuu. Hylkäsin ilokaasusysteemit ja jatkan hyväksi havaitulla kaasuhappi/etanolilinjalla.
Keskityin pudottamaan painoa raketissa ja päädyin käyttämään paintballtankkia hapelle ja myös painesäätimen löysin paintballkäytöstä. Vaihdoin jousia säätimen sisällä ja sain lopulta haluamani ulostulopaineen 10-12 bar. Säädin ei ole kovin tarkka. Normaali happisäädin painaa yli kilon, viime vuonna kokeilemani pienempi 340 grammaa mutta tämä vain 160 grammaa. Happitankki painaa 640 grammaa ja sinne mahtuu 1,2 litraa happea. Kestää vaikka 300 bar paineen. Polttoainetankin tein 0,5 mm kuparilevystä, sisällä kulkee happiputki läpi. Typpikaasupainetankin tein myös 0,5 mm kuparilevystä ja yllätys oli suuri kun se kestää 55 bar paineen.

Optiona on gimbalsysteemi (ehkä saan siihen ulkopuolista apua).

Kuivapaino tällä hetkellä on vähän päälle 2 kg. Siihen tulee vielä servot venttiilien aukaisulle ym.
Epävarmaa on mitä tapahtuu kun oikeasti kokeilen hapella. Tähän mennessä olen tehnyt painekokeita vain typellä. Happiosat on puhdistettu ja käytän säätimessä happikäyttöön soveltuvaa rasvaa.

Tässä kuva miltä raketti näyttää tällä hetkellä. Vielä on tekemistä.

https://imgur.com/MbZa4mM
totalitor
Posts: 98
Joined: 16 September 2016 09:01:33

Re: Omatekoinen rakettimoottori

Post by totalitor »

Testivaiheen raketti tuli valmiiksi.
Video täällä:

https://www.youtube.com/watch?v=3pkg3wQPYEw
tt
Site Admin
Posts: 670
Joined: 20 January 2003 16:09:08
Nimi: Timo Toivanen
Location: Espoo

Re: Omatekoinen rakettimoottori

Post by tt »

No nyt on komea moottori. Lämmittää insinöörin silmää :D
“Scientists dream about doing great things. Engineers do them.”
- James A. Michener
totalitor
Posts: 98
Joined: 16 September 2016 09:01:33

Re: Omatekoinen rakettimoottori

Post by totalitor »

Ensimmäiset testi on tehty. 0,2 l tankkiin ei todellakaan mahdu paljon happea varsinkin kun painetta sain isosta happipullosta sinne vain 65 bar (kun ei ole täysinäistä pulloa tällä hetkellä).
Eikös se lasketa näin: m=0,2 l * 1,43 g/l * 65 bar=18,6 g.
Moottori kuluttaa ehkä 20 g/s happea. Ei vaan ole tarpeeksi happea.
Seuraavaksi isompi pullo tai sitten pidän linjan auki isosta pullosta ajon ajan.

Mutta pääasia että systeemit toimii, ei räjähtänyt.
Make_L
Posts: 291
Joined: 19 October 2006 20:28:45
Location: Espoo

Re: Omatekoinen rakettimoottori

Post by Make_L »

Noinhan se laskelma menee. Sitten vielä se, että virtauksen myötä paine laskee tasaisesti pullossa ja virtaus pysähtyy pullopaineen ollessa sama kuin palokammion. Työntövoimahan on suoraan riippuvainen kammiopaineesta, joten allhaisilla paineilla ei hyödytä pelata.
Kaasupullon voi keventää vaikkapa hiilikuiduttamalla ohutseinäisen metallipullon. Linkkisi kuva ehkä jo esittääkin jotain tällaista ratkaisua?
HyperTek'in järjestelmän pienin pullo on 0,3 L (seuraavat 0,440 ja 0,835 L). 0,3 L:aan mahtuva N2O sisältää noin 87 g O2. Kaasuhappea (GOX 50 bar) siihen menisi 21 g. Aivan vertailumielessä seuraava: Hypertekin J-moottorijärjestelmällä (pienin 300 cc pullo) päästään 1,5 sek ajaksi 70..50 paunan työntöön (=Hypertekin työntökäyrät). Pienikään O2-määrä ei tuota ongelmaa, jos työntö riittää. Mutta N2O-hybridimoottorissa paine pysyy yli 30 bar -tasolla, O2-kaasusyötöllä paine laskee koko ajan ja työntö heikkenee paineenlaskun myötä.
Menestystä kokeiluihin, tuollainen 65 bar antaa jo toisenlaista potkua!
Palaan vielä aiempaan viestiisi: Ilokaasusysteemisi olisi ollut sangen mielenkiintoinen nähdä toiminnassa. Itsepaineistuva N2O eliminoisi eräitä murheita. Lisäksi N2O:n laakea O/F-käyrä sallii laajoja heittoja syötön suhteen, kun taas nestehapella vastaava käyrä on jyrkkä, eli säätö on tarkempi. (En löytänyt kaasuhapen osalta vastaavaa. Olisi kiva jos ehtisit sellaisenkin mittauksen tekemään).
totalitor
Posts: 98
Joined: 16 September 2016 09:01:33

Re: Omatekoinen rakettimoottori

Post by totalitor »

Tein MAXI raketin kokeiluja ja vältin pienen pullon ongelman siten että pidin kaasujen (happi ja typpi) syöttöputket kiinni raketissa ja syöttöventtiilit auki. Sain siten isosta normaalihappipullosta happea niin paljon kuin halusin. Ei kyllä mennyt niin kuin piti. Oli sytytysvaikeuksia ja sitten kun sain moottorin toimimaan niin työntövoima oli surkeata 10 N luokkaa (siis 1 kg). Testipenkissä sama moottori tuotti parhaimmillaan 35 N. Videoita katsoessani huomasin että pieni liekki pysyi moottorissa mutta suurin osa polttoaineesta ei palanut. Seossuhde on siis aivan väärä.
Epäilin taas (niinkuin viime vuoden TAXI rakettitesteissä) että happea ei tule tarpeeksi. Tein "tieteellisen" testin: kokeilin hapen virtausta moottorin suuttimesta sormella. Toimivan testipenkin virtaus on "se repii sormet irti" mutta raketin virtaus on "kyllähän tämä puhaltaa". Eli jossakin on pullonkaula hapen virtauksessa.
Minulla on komposiittipullo 1,2 l, kokeilen sitä seuraavaksi. Voi olla että nuo kaasujohtojen paikallaan pitämiset aiheuttivat syöttöpainehäviöitä. Jos happi tulee komposiittipullosta suoraan moottoriin niin ehkä tilanne on parempi. On vielä pientä toivoa saada raketti toimimaan.
Paintballpullo ja -säädin toimivat hapella ihan hyvin.
Laitan videota youtubeen vasta kun testaan isommalla pullolla raketin.
totalitor
Posts: 98
Joined: 16 September 2016 09:01:33

Re: Omatekoinen rakettimoottori

Post by totalitor »

Tänään testasin rakettia 1,2 l happipullo asennettua, letkut irti. Tai ainakin yritin, typpisäiliö hajosi kun täytin sitä 50 bar paineeseen. Osasin ennakoida sen koska se oli edellisissä testeissä vähän pullistunut. Ei vaaraa mutta kova pamaus. 0,5 mm paksuinen säiliö ei vaan kestä, palaan takaisin 1 mm paksuuteen.

Videota täällä:

https://www.youtube.com/watch?v=UIy3s5fxvV0
totalitor
Posts: 98
Joined: 16 September 2016 09:01:33

Re: Omatekoinen rakettimoottori

Post by totalitor »

Testit jatkuvat. Nyt menikin aika hyvin.
Raketin happisäiliö happea täyteen (170 bar), polttoainetta niin paljon kuin menee ja typpeä paineistukseen 50 bar (asensin uuden säiliön, pitäisi kestää). Ja sitten letkut irti ja sytytys. Itsenäisesti toimiva raketti ... toimi.
Mutta ei ihan niinkuin haluaisin. 12 sekuntia kävi ennen kuin polttoaine loppui (tai syöttöpaine). Uusi työntövoimaennätys 44 N (4,5 kg) mutta edelleenkään happipaineensäädin ei toimi siten että se antaisi tasaisesti happea moottoriin. Työntövoima putosi tasaisesti polttoaineen loppumiseen saakka ja oli lopussa 23 N (2,4 kg). Eli mitä enemmän testi kesti niin sitä polttoainerikkaammalla seoksella moottori toimi. Sen näkee videosta aika selvästi.
Testiraketti painaa ajoaineineen n. 2,6 kg ja lopussa alle tuon 2,4 kg eli teoriassa tuo olisi lentänyt tuon 12 sekuntia.
Tämä raketti ei lennä, vielä pitää miettiä monta asiaa. Kevennystä yritän vielä, on joitakin ideoita.

Video täällä:

https://www.youtube.com/watch?v=yVC38ocjAqk
Make_L
Posts: 291
Joined: 19 October 2006 20:28:45
Location: Espoo

Re: Omatekoinen rakettimoottori

Post by Make_L »

Mukavaltahan videosi näytti! Työntövoiman melko tasainen lasku sopisi kaasun paineen laskuun takin/tankkien tyhjetessä. Vain aivan ajatuksena; miten nozzle käyttäytyi? Ehtikö sen aukko, liekin voimasta, 'syöpyä' paljonkin suuremmaksi?
Hapen ja polttoaineen suuttimia ehkä voisi kokeilumielessä suurentaa. Tarvittava polttoaikahan saa olla paljonkin lyhyempi kuin 12 s, jos saadaan suuri työntö. Onne kokeiluille!
totalitor
Posts: 98
Joined: 16 September 2016 09:01:33

Re: Omatekoinen rakettimoottori

Post by totalitor »

Väliaikatietoja: testiä odottaa raketti työntövoimamittausalustalla uudella happipaineensäätimellä. Isompi aukko, parempi virtaus - toivon mukaan.
Mutta nämä kelit. Ei voi valittaa helteestä ja auringosta mutta rakettiharrastusta tämä häiritsee: ei uskalla tehdä rakettikokeita näin kuivalla maastolla.
totalitor
Posts: 98
Joined: 16 September 2016 09:01:33

Re: Omatekoinen rakettimoottori

Post by totalitor »

Kuivuus on ohi, testipäivä. Uudempi happisäädin ei tykännyt liiasta paineesta. SIsäinen tiivistys taisi pettää sieltä mistä olin poraillut aukkoa suuremmaksi.
Eipä hätää, nyt on selvää että käytän vanhempaa happisäädintä. Se toimii riittävän hyvin.
Raketin rakenteeseen tulee muutoksia. Hylkään pallomaisen polttoainetankin jonka sisällä kulkee happiputki. Saan raketin lyhyemmäksi laittamalla kaksi polttoainetankkia rinnakkain muiden komponenttien kanssa.
Ulkokuoreksi tulee pahviputki, tai ei ehkä sitäkään.
Ensimmäiset pudotustestit on tehty 140 cm läpimittaisella jätesäkistä tehdyllä laskuvarjolla. Lopullinen laskuvarjo on 155 cm läpimittainen kevyttä kangasta.
Post Reply