Omatekoinen rakettimoottori

[totalitor]

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.

[Make_L]

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.

[totalitor]

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.

[tt]

Samaa polttoainetta raketin kanssa käyttävä turbopumppu on tosiaan melkoinen temppu harrastajan rakennettavaksi. Pykälää helpompaa olisi ajaa pumppuja vaikka vetyperoksidilla V2:n tapaan, mutta siinäkin riittää ongelmia. Ehdottamasi happitankin paineen hyödyntäminen kuulostaa mielenkiintoiselta. Osaisiko joku arvioida saako moottorin tarvitsemasta happivirrasta edes suunnilleen niin paljon energiaa että sillä voisi pumpata polttoainetta, vai käykö tuossa niin että happea menee moninkertainen määrä "hukkaan" pumpun pyörittämiseen verrattuna moottorin itsensä tarvitsemaan happimäärään?
Uusimmissa pienissä kantoraketeissa käytetään nykyään sähkökäyttöisiä pumppuja. Litium-akustot ovat kehittyneet jo niin hyviksi teho-paino-suhteeltaan että tuo kannatta. Sinullahan ei ole sitä ongelmaa vaan voit ajaa pumppuja vaikka 3-vaihevirralla
Paineistetut tankit ovat kuitenkin luultavasti kaikkein helpoin menetelmä.

[totalitor]

Joo painesyöttö on yksinkertaisin. Mutta ehdottamassani systeemissä happi ei menisi "hukkaan". Tottakai pumppusta tulee painehäviöitä mutta moottoriin riittää n. 12 bar happipaine. Normaalissa happipullossa on 180 bar.

Tänään kokeilin suurilla toiveilla vuoden ensimmäistä koekäynnistystä. Ei lähtenyt sitten millään. Olen uudella radiolaitteistolla säädellyt systeemejä niin että saan todella pienen happivirtauksen aluksi, sitten painan nappia ja kipinän pitäisi sytyttää rakettimoottori. Onkohan minulla jo liian pieni virtaus aluksi? Videota kun katselee niin bensiiniin kastettu pumpulinpala moottorin sisällä savuaa (paljain silmin en nähnyt sitä yrittäessäni sytytystä) mutta se oikein jaksa syttyä kunnolla.

Tämä täytyy korjata. Harmittaa.
Video tuttuun tapaan täällä: https://www.youtube.com/channel/UCf2lLs ... q7i2YKQ4Sg

[totalitor]

Sytytysongelma ratkaistu (toivottavasti). Jätin bensaan kastetun pumpulinpalasen pois, uitin pelkän johtimen bensassa vähän aikaa ja mitä sitten tapahtui? Hienoja sytytyksiä! Pumpuli olikin ihan turha ratkaisu sytytykseen, laitoin sen joka kerta eri lailla ja joka kerta sytytystapahtuma oli erilainen. Nyt pitäisi lähteä.

Kun katselin videota jälkeenpäin niin tajusin että moottori toimi vähän aikaa hybridirakettimoottorina. Se poltti johtimen ympärillä olevaa muovia polttoaineena. Parissa kohtaa kuulee jopa viheltävän äänen. Olipas vahinko mutta mielenkiintoinen sellainen.

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

[totalitor]

Tämän vuoden rakettikokeet on sitten aloitettu. Sytytys on vieläkin vähän epävarmaa mutta tein tänään kaksi testiä viime vuoden moottorilla. Uusi paineensäädin polttoaineelle, happiletkua lyhensin 8,5 m ja radiolaitteisto on uusi. Laitoin polttoainepaineen 11 bar. Piti ajatella kuinka paljon happiletkun lyhennys vaikuttaa happipaineen määrään. Arvasin paineen 10 bar, viime vuonnahan paineet olivat aikalailla samat hapella ja polttoaineella.

Arvaus meni yläkanttiin. Sain 50 g polttoaineella viiden sekunnin ajon eli polttoainetta meni ennätysvähän ja sen kyllä liekistä huomasi, Oli liian happirikas siis. Työntövoimaa oli 25 N (2,6 kg) joten ei mennyt kovin hyvin.

Toinen testi, laitoin happea 9 bar, polttoainepaine sama 11 bar. Paljon parempi! Työntövoimaa oli 33 N (3,4 kg) eli ihan sama kuin viime vuoden ennätys.56 g polttoainemäärällä tuli neljän sekunnin ajo. Liekki oli vieläkin läpinäkyvä viime vuoden viimeiseen testiin verrattuna, laittaisin mieluummin liikaa polttoainetta moottoriin jäähdytyksen takia.

Tästä onkin hyvä mennä eteenpäin. Polttoainepainetta saan laitettua 20 bar saakka mutta happipainetta vanhalla säätimellä vain 10 bar saakka. Ehkä 10,5 bar jos säätimen varoventtiili ei laukea. Jos saisin 44 N (4,5 kg) niin olisin tyytyväinen.

Videoita täällä:

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

[totalitor]

Alkaa hermostuttamaan kun en saa luotettavaa sytytystä aikaiseksi. Tänään yritin tehdä e-matches youtuben ohjeiden mukaan mutta vaikka lanka kuumenee niin se ei vaan sytytä tulitikkua. Millä te sytytätte omat rakettimoottorinne? Mikä on luotettavin tapa? Minulla on siis auton sytytysjärjestelmä mutta siitä on vaan jätetty tulppa pois, kipinä tulee kahden johtimen välille.

[Make_L]

Valokaarella sytytetään ainakin öljylämmitin (useita kilovoltteja), samoin bensiinimoottorissa. Mielenkiintoinen asia, että bensamoottorissa märkä sytytystulppa ei toimi kunnolla. Öljypolttimessa sytytetään valokaarella suuttimesta tuleva öljysumupilvi, hapetin on ilmaa tietenkin. Jos epäilee modatun auton sytytysjärjestelmän tehoja, niin öljypoltinhuollosta läytyy muuntaja ja kärjet (niitä joutunee sovittamaan).
'Kärkiväli' on tärkeä, jotta jännite riittää. Kärkiväli hoituu hybridimoottorin sytytyksessä sillä, että parikaapelissa väli pysyy luonnostaan vakiona.
Kyllä hehkuvan langan pitäisi riittää alkoholi/happiseoksen sytytykseen. Kaikilla palavilla aineilla on oma syttymislämpötilansa. Asiaa ja samalla tarvittavaa hehkutuslämpötilaa voi helposti testata alkoholi/vesisumupilvessä erikseenkin.
Pyrotekninen sytytin kannattaa toteuttaa paremmilla aineilla kuin tulitikulla. Päällystys nitroselluloosalakalla, koska vesiseosta roiskuu päälle.
V2:ssahan poltettiin 75% alkoholi/vesiseosta. Mutta miten sen sytytys: Jossain väitettiin sytyttimen olleen pyrotekninen, jossain taas sähköinen, vieläpä pyörivä (spinwheel). Revitään siitä! Mikä totta, mikä tarua? Jos pääsen matkaamaan kirjakaapilleni, palaan asiaan jos tarkempaa löytyy.
V2:n sytytystapahtuman kulku esitettiin jossakin niin, että ensi vaiheessa annettiin painovoiman hoitaa polttoainevirtaus ja se sytytettiin. Vasta kun nähtiin moottorin käyvän, käynnistettiin turbopumput. Tunnetusti suhde oli 4900 kg happea / 3700 kg sitä 75-prosenttista ( jota oli terästetty metyylialkoholilla, jottei kenttähenkilökunta joisi polttoainetta).

[totalitor]

Purin hiustenkuivaajan ja otin sieltä vastuslankaa ja rakensin "elektronisen tulitikun". Saan liekin syttymään radio-ohjauksella jo ilman hapen virtausta, joten tämän pitäisi olla "varma" systeemi. Näkeepähän sitten kun tulee tarpeeksi lämmintä uusille testeille.
Kipinäsytytys on hylätty.

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

[Make_L]

Hyvä että onnistui! Lupasin palata A4/V2 sytytykseen. Sytytysjärjestelmän kuvaus on kolmessa kirjassa nolla, kahdessa jotakin niukkaa. Uusi erä Googlen kanssa vei tänne: A4 Fibel, American version of the launch manual of the German V2 Rocket
Kirjoitustyyli on jotenkin leikkisä, mutta tässä tekstissä olevan kuvan esittämä härpäke on myös e.m. saksalaisen kirjan kuvaama. Kovin monimutkainen sytytin joka tapauksessa, eipä sitä osaa suositella kun kerran yksinkertainen ja selkeä menetelmä on jo löytynyt!
Kiinnostava 'sivuseikka' Aggregat 4 -sivustoilta: Sekoituskammion polttoainesuuttimet ja nestehapen nebulisaattori olivat messinkiä; sekoituskammio pysyi eri keinoin kyllin viileänä, messingin kannalta 'vaarallinen' kuumuus kehittyi vasta palokammiossa. Terästä ei käytetty sen korroosiohaittojen takia, sanottiin.

[totalitor]

Tänään tein testejä hullun lailla. Tuhlasin 13 kpl itsetekemiäni sytyttimiä ja sain aikaan viisi ajoa. Kaikki sytyttimet toimivat, ongelma on vaan saada rakettimoottori käyntiin. Kuinka paljon happea laitan virtaamaan aluksi, kuinka nopeasti laitan polttoainetta virtaamaan sytytyksen jälkeen, kuinka syvälle moottorin työnnän sytyttimen - on paljon säädettävää vielä.
Kokeilin eri paineita hapelle ja polttoaineelle ja parhaiten onnistui yhdistelmä polttoainepaine 12 bar ja happipaine 10,5 bar, työntövoima 35 N (3,6 kg). Tein samoilla arvoilla testin kahdesti, sama tulos.
Onpa vaikeata saada kunnolla enemmän työntövoimaa. Seuraavaksi taidan kokeilla enemmän alkoholia sisältävää polttoainetta.

Videoita täällä:

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

[totalitor]

Ja lisää testejä tänään. Vaihdoin polttoaineen 80% Sinolia 20% vettä kokeillakseni tuleeko lisää työntövoimaa. Kyllä tuli, nyt on ennätys 37 N (3,8 kg). Tarkkaan kun katsoo videoita niin näkyy että moottori liikuttaa vähän testialustaa joka on kiskoilla. Se painaa kuitenkin n. 7 kg joten lentoon ei vielä lähdetä. Kokeilin erilaisia sytytysmalleja, eri säätöjä ja mikään ei meinannut lähteä kunnolla. Tuhlasin kuusi sytytintä ja sain aikaiseksi kaksi ajoa peräkkäin joten systeemit toimii tai sitten se oli vaan hyvää tuuria.
Taas kaikki sytyttimet toimivat mutta se sulava käynnistys sen jälkeen on vielä hakusessa.

Videoita:

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

[totalitor]

The suuri testipäivä oli tänään. En ollut tyytyväinen polttoneste Sinoliin sillä tuoteselosteessa sanotaan että se sisältää etanolia 90-100 %. Liian epämääräistä. Vaihdoin Polarin bioetanoliin (87 %), laimensin sitä 80 % pitoisuuteen (älkää kysykö onko paino- vai tilavuusprosentteja, tässä menee melkein sekaisin jo). Isosta kanisterista saa taatusti samanlaisia polttoainesekoituksia tehtyä, ei vaihtele prosentit enää.

Moottori käyntiin paineilla happi 10,5 bar ja polttoaine 12 bar. Uusi työntövoimaennätys 39 N (4,1 kg). Näytti happirikkaalta, laitoin polttoainepainetta 12,5 bar. Pieni ero ulkonäössä ja työntövoimaa aavistuksen vähemmän. Lopuksi ajattelin laittaa pitkän ajon jotta voin laskea käytetyn polttoainemäärän g/s. Mutta sitten tulikin ongelma. Moottori ei suostu käymään paria sekuntia enempää vaikka polttoainetta olisi n. 10 s ajoon. Onko vika moottorissa? Vaihdoin vanhempaan RUD-10 moottoriin jolla olen saanut parhaimmillaan 11 s ajon, tosin pienemmillä paineilla. Ei auttanut, moottori kävi vain pari sekuntia ja työntövoimaa on vähemmän kuin RUD-12 moottorilla.

Ajanko liian kovalla happipaineella? Paineensäädin on max. 10 bar sanoo ohjekirja, mutta 11 bar aukeaa varoventtiili. Mitä tapahtuu sillä välillä? Onko syy paineensäätimen toiminta?

Minulla on rakettiin tuleva paineensäädin mutta en asenna sitä standardihappipulloon, on npt-kierteet. Ehkäpä alan kasata rakettia ja kokeilen moottoria sitten kun kaikki on kasassa. Rakettiin tulevat paineensäätimet kestävät 20 bar, sittenpähän selviää oliko vika standardipaineensäätimessä.

Tänään kaikki sytyttimet toimivat ja sain aikaan kuusi ajoa - kaikki käynnistyivät hienosti. Ainakin jotain olen tehnyt oikein.

Laitoin kaksi parasta ajoa samaan videoon.

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

[totalitor]

Päivän mietittyäni eilisiä testiajoa väsäsin videon kuudesta ajosta. Menkääpä katsoman ja miettikää mikä on vialla. Sama polttoaine, melkein samat paineet, kaksi eri moottoria, eri määrät polttoainetta mutta silti käyntiajat ovat lähes täsmälleen samoja.

Minulla on teoria mitä tapahtui.

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