Silniki hybrydowe by Kraków

Czyli serca naszych niebolotów !
Awatar użytkownika
Adam
Supersonic PROFI
Posty: 392
Rejestracja: niedziela, 30 sty 2011, 18:30
Lokalizacja: Kraków

Re: Silniki hybrydowe by Kraków

Post autor: Adam » sobota, 11 maja 2013, 11:34

Witam!
Przede wszystkim dziękujemy wszystkim za ciepłe słowa. Fajnie jest wiedzieć, że są ludzie, którzy czekają na wyniki i trzymają kciuki.
Odnośnie porównania silników hybrydowych i na paliwo stałe, to chyba nie ma się co zastanawiać. To inne konstrukcje, inny charakter pracy, inne zalety i wady. Trochę to tak jak ustalać czy lepszy samochód czy samolot. Zależy jakie parametry porównywać, zależy do jakich zastosowań chcemy je wykorzystać.
Czy zajmowanie się SRMami było stratą czasu? Nie sądzę. Jak opanujemy hybrydy, a może nawet kiedyś ciekłe paliwa, to "przeprosimy" bez wątpienia stałe. Mało co startuje bez boosterów (mam na myśli loty kosmiczne). Ja osobiście bynajmniej nie odpuszczam amonówce i karmelkom a temat rozmów z Ministerstwem itp. nadal jest aktualny. Poza tym całe modelarstwo kosmiczne oraz RDM to stałe paliwa. Chyba, że ktoś zacznie produkować hybrydy klasy A czy B, ważące tyle, co silniki na paliwo stałe :wink:
Inna sprawa, że w tym tygodniu znowu był nalot na jakichś hobbystów piro...
Ale do rzeczy.
Tak sobie rozmyślam, że o sukcesie silnika nie można tu mówić. Pracował 3 razy dłużej niż miał, więc uzyskany ciąg musiał być bardzo mały, a zatem i impuls właściwy był słaby. Start byłby fatalny. Tylko stosując kryterium takie jak dla paliw stałych (wybuchł lub nie) można mówić o sukcesie. W takim razie czy można mówić o sukcesie testu? Można. Test miał za zadanie sprawdzenie części mechanicznej całego układu: spójności koncepcyjnej całości, wytrzymałości konstrukcji, szczelności, działania zaworów, zdalnego sterowania, możliwości tankowania "do pełna", spadku temperatury przy przetaczaniu podtlenku, wytrzymałości gumy NBR i poliuretanu na ciekły N2O, możliwości odpalenia ziarna polipropylenowego, zachowania wtryskiwacza, ew. przepalenia ziarna, uszkodzeń wtrysku czy komory, i jeszcze wielu innych. W sumie (ponieważ nie wiedzieliśmy nic) to poprostu: wszystkiego. I ogólnie rzecz ujmując, wszystko się sprawdziło. Jednakowoż silnik jako generator ciągu spisał się kiepsko.

Wnioski z testu, pozytywne:
- szczelne i wytrzymuje :grin:
- zawory działają;
- da się zatankować zbiornik cieniutką linią z poliuretanu, widać moment wypełniania zbiornika fazą ciekłą, ale bardzo słabo, trzeba jednak ważyć;
- serwo radzi sobie z otwarciem zaworu głównego;
- zapłonnik (kilkadziesiąt gramów mieszaniny termit - fotobłysk na nadchloranie potasu
+ butapren) dał radę z dużym zapasem ale sam jest zapalny trudniej niż myśleliśmy;
- ziarno jest wypalone praktycznie równomiernie, nie widać tendencji do erozji przy wtrysku;
- wtryskiwacz wytrzymał;
- dysza i komora spalania zostały ogrzane słabiej niż myśleliśmy, mimo długiej pracy (to jest rewelacyjna wiadomość!), oringi na dyszy z pełnego grafitu są nienaruszone;
- wtryskiwacz nienaruszony, ale okopcony dość mocno.

Wnioski negatywne (w sumie ciekawsze):
- serwo do odpinania linii tankowania jest za słabe - do poprawek;
- tankowanie taką cienką rurką trwa długo, w pełnej skali to będzie pewnie ze 20 minut :???: można zwiększyć średnicę rurki ale to wymaga też większej szybkozłączki (wzrośnie masa, gabaryty i siła potrzebna do odpinania);
- czas pracy był za długi, trzeba ustalić, gdzie następowało dławienie, wtryskiwacz już rozwiercony do następnego testu :wink:
- trzeba uszczelnić ziarno przy wtrysku (w sumie oczywiste ale nie zrobiliśmy tego i powstał mały przedmuch do ściany komory;
- trzeba umożliwić grzanie zbiornika z utleniaczem, zależność od temp. otoczenia będzie wywracać testy (i oczywiście loty!) "do góry nogami";
- korzystając z modelarskiego zdalnego sterowania trzeba uważać na ryzyko złapania zakłóceń.

W następnym teście (pewnie w przyszłym tygodniu, o ile pogoda pozwoli) będą już jakieś liczby, porównamy impulsy.
Aha, jeszcze a' propos wtryskiwacza. W tym teście mieliśmy stosunek powierzchni dysza/wtrysk = 12, w następnym będzie 6. Wydaje mi się, że na ten parametr ma duży wpływ ilość otworów wtryskiwacza. Obstawiam, że im więcej otworów, tym niższy ten parametr ma być. Najprawdopodobniej, przy małych otworach mamy większe dławienie, niż to wynika z ich łącznej powierzchni. Zobaczymy.

Awatar użytkownika
jaskiniowiec
Administrator
Posty: 2277
Rejestracja: niedziela, 30 sty 2011, 18:30
Lokalizacja: Kraków
Kontakt:

Re: Silniki hybrydowe by Kraków

Post autor: jaskiniowiec » sobota, 11 maja 2013, 16:36

Cóż, możemy tylko gdybać, aczkolwiek tak naprawdę nie wiemy prawie nic. Brak było pomiaru ciągu. Sądząc z jasnego płomienia, zawierał on sporo sadzy, więc bilans tlenowy był ujemny. Płomień był długi na około 2m. Coś go musiało jednak wywołać. Równe wypalenie paliwa to też bardzo dobry znak. Ciekawe jest stabilne trzymanie się ciśnienia w butli przez większą część czasu pracy silnika. To też akurat przydatna rzecz, choć świadczy o wolnym wypływie ze zbiornika. Jak na flarę niezły huk.
Moim zdaniem szkoda Adam, ze już rozwierciłeś wtrysk. Zmniejszyć dziury z powrotem nie tak łatwo. A można było ten test powtórzyć z użyciem zbiornika N2O podgrzanego do jakiś 5MPa. Może zagadało by inaczej. No i mielibyśmy pomiar ciągu.
Do podgrzewania zbiornika można by użyć czegoś takiego:
Ogrzewacz lusterka samochodowego.
Najczęściej występują w formie samoprzylepnej, elastycznej folii grzejnej. Jedyny minus to zasilanie 24V, ale pewnie można by też z 12V, tylko będzie słabiej grzało (nawet dobrze). Zaleta jest możliwość równomiernego ogrzewania sporej powierzchni zbiornika, najlepiej równo na obwodzie. Można by np zawsze grzać do 5MPa. Dało by to wyeliminowanie jednej zmiennej.

P.S.
Tak przy okazji...otwór we wtryskiwaczu możemy mieć spory. Zawór od podtlenku ma przecież sterowanie proporcjonalne z serwa. Nic nie każe zaworu otwierać na full. Ewentualnie można dawać w łączeniach kryzę metalową z dziurką. Wydatek zawsze można określić po czasie pracy silnika przy znanej masie utleniacza. Do pomiaru ciśnienia w komorze możemy wykorzystać czujnik ciśnieniowy z komory testowej.

Awatar użytkownika
robercik
Supersonic PROFI
Posty: 1362
Rejestracja: niedziela, 30 sty 2011, 18:30
Lokalizacja: Gdynia
Kontakt:

Re: Silniki hybrydowe by Kraków

Post autor: robercik » sobota, 11 maja 2013, 21:41

Cześć
Adam pisze: - tankowanie taką cienką rurką trwa długo, w pełnej skali to będzie pewnie ze 20 minut Obrazek można zwiększyć średnicę rurki ale to wymaga też większej szybkozłączki (wzrośnie masa, gabaryty i siła potrzebna do odpinania);

- czas pracy był za długi, trzeba ustalić, gdzie następowało dławienie, wtryskiwacz już rozwiercony do następnego testu :wink:

- trzeba uszczelnić ziarno przy wtrysku (w sumie oczywiste ale nie zrobiliśmy tego i powstał mały przedmuch do ściany komory;

W tym teście mieliśmy stosunek powierzchni dysza/wtrysk = 12, w następnym będzie 6. Wydaje mi się, że na ten parametr ma duży wpływ ilość otworów wtryskiwacza. Obstawiam, że im więcej otworów, tym niższy ten parametr ma być. Najprawdopodobniej, przy małych otworach mamy większe dławienie, niż to wynika z ich łącznej powierzchni. Zobaczymy.
Długie tankowanie wychładza wszystkie elementy bardzo mocno, przede wszystkim obniża to znacznie ciśnienie w zbiorniku (poniżej oczekiwanych wartości). Z tą masą szybkozłączki nie przesadzajcie, choć w lato rakieta na wyrzutni po zatankowaniu dojdzie do zakładanego ciśnienia bardzo szybko.

Długi czas pracy spowodowany był przede wszystkim niskim ciśnieniem w zbiorniku. Zbiornik jest sprawdzony. W następnym teście proponuję ogrzanie zbiornika do minimum 5 Mpa.

Z naszego doświadczenia także wynika, że najgorszym miejscem do uszczelnienia w hybrydzie jest wtrysk. Z kolei łatwiej jest z uszczelnieniem przy dyszy (odwrotnie niż w stałopaliwowcu).

Rozwiercenie wtrysku to dobry ruch, dławić silnik ma dysza a nie wtrysk. Z drugiej stony zmiana kilku istotnych parametrów na raz nie jest rozsądna. Z oglądu istniejących rozwiązań wynika, że im więcej otworów, tym lepiej. Znam silnik, w którym wtrysk dużego silnika ma 120 otworów. Dobry wtrysk ma mały otwór i długi kanał na 4-12 średnic. Moim zdaniem w Waszej konstrukcji lepiej dowiercić otwory (bo jest miejsce) niż rozwiercać istniejące.

pzdr

Awatar użytkownika
Adam
Supersonic PROFI
Posty: 392
Rejestracja: niedziela, 30 sty 2011, 18:30
Lokalizacja: Kraków

Re: Silniki hybrydowe by Kraków

Post autor: Adam » sobota, 11 maja 2013, 23:16

Witam!
jaskiniowiec pisze:szkoda Adam, ze już rozwierciłeś wtrysk
(...)otwór we wtryskiwaczu możemy mieć spory. Zawór od podtlenku ma przecież sterowanie proporcjonalne z serwa. Nic nie każe zaworu otwierać na full.
(...)Do pomiaru ciśnienia w komorze możemy wykorzystać czujnik ciśnieniowy z komory testowej.
Z wtryskiem nie ma problemu, kluczowa część ma postać wymiennego dysku, zrobienie nowego zajmie może pół godziny. Podejrzewałem, że to będzie element, który będzie obiektem eksperymentów. Taka konstrukcja powstała właśnie żeby można było ją łatwo modyfikować.
Dzięki Andrzej za linka do podgrzewaczy, szukałem. Zobaczymy jak będzie grzał, najwyżej zepniemy szeregowo dwa akumulatory.
Regulajca przepływu na zaworze wydaje mi się niebezpieczna. Między zaworem a wtryskiem będzie mieszana faza ciekło-gazowa i bałbym się cofnięcia płomienia (rura łącząca w sumie też stanowi paliwo), poza tym nie będzie wiadomo, jaka jest powierzchnia dławiąca przepływ. Co do czujnika ciśnienia, przeszło mi to też przez myśl - w sumie gotowy układ, z akwizycją danych. Zobaczymy.
robercik pisze: Długie tankowanie wychładza wszystkie elementy bardzo mocno, przede wszystkim obniża to znacznie ciśnienie w zbiorniku (poniżej oczekiwanych wartości).(...)
Długi czas pracy spowodowany był przede wszystkim niskim ciśnieniem w zbiorniku.
(...)
Z naszego doświadczenia także wynika, że najgorszym miejscem do uszczelnienia w hybrydzie jest wtrysk. Z kolei łatwiej jest z uszczelnieniem przy dyszy (odwrotnie niż w stałopaliwowcu).
Wpływ tankowania na temperaturę okazał się odczuwalny, ale bałem się, że będzie gorzej. Zbiornik ochłodził się o mniej niż 10 stopni.
Ciśnienie napewno odbiło się bardzo na czasie pracy ale nie przygotowaliśmy się do ogrzewania zbiornika. Poza tym sądziłem, że będzie pod 4 MPa w temperaturze otoczenia, było sporo mniej. Widać, że ciśnienie utleniacza jest w hybrydach czymś kluczowym, jak zacisk w stałych paliwach. Jeśli chodzi o uszczelnienie to w sumie pokpiliśmy sprawę, obiecujemy poprawę :wink: Uszczelnienie na dyszy zrobiło się samo, dysza jest teraz wprasowana na gorąco w ziarno. Komora nieskazitelna wewnątrz, poza rzeczonym przedmuchem od strony wtrysku.
Rzeczy do testowania jest sporo. Na szczęście można w sumie silnik odpalić kilka razy w ramach jednego wyjazdu, póki wypalamy tak mały ułamek ziarna, kwestia założenia nowego zapalnika i zatankowania.
Zastanawiam się jeszcze nad wpływem temparatury otoczenia na pracę silnika. Póki jest zimno, można grzać, ale chłodzenie w warunkach poligonowych będzie trudniejsze. Podtlenek ma niską temperaturę krytyczną (około 34 st. C), a jej przekroczenie zmieni zupełnie jego zachowanie przy tankowaniu, jak i podczas pracy silnika. Nie można będzie rakiety na czarno malować w upalne, słoneczne dni :grin:
Cóż, wiele się trzeba będzie nauczyć, ale to dobrze - będzie ciekawie :wink:
Pozdrawiam i dobrej nocy!

Awatar użytkownika
jaskiniowiec
Administrator
Posty: 2277
Rejestracja: niedziela, 30 sty 2011, 18:30
Lokalizacja: Kraków
Kontakt:

Re: Silniki hybrydowe by Kraków

Post autor: jaskiniowiec » niedziela, 12 maja 2013, 20:37

Rzecz przydatna: publikacja podające parametry fizykochemiczne podtlenku w różnych temperaturach.

I parę fotek jeszcze:

Obrazek

Obrazek

Obrazek

Praktycznie nietknięta (z wyjątkiem lekkiego przedmuchu) izolacja bloku paliwa po teście
Obrazek

Czyściutka rura po teście i wyjęciu bloku paliwa
Obrazek

Nadpalenie izolacji w rejonie wtrysku
Obrazek

Awatar użytkownika
KSard
Supersonic PROFI
Posty: 1506
Rejestracja: niedziela, 30 sty 2011, 18:30
Lokalizacja: Kraków
Kontakt:

Re: Silniki hybrydowe by Kraków

Post autor: KSard » poniedziałek, 13 maja 2013, 13:24

Witam

Może trochę Was zaskoczę, ale udało mi się przewidzieć obliczeniowo parametry (teoretyczne) pracy silnika hybrydowego w pierwszym teście:
  1. Ciąg = 236 N
  2. Czas pracy = 5,1 s
  3. Impuls całkowity = 1206 Ns
  4. ISP=170,3
W tej konfiguracji sprzętowej można wykonać fajny silniczek K 600.
Prawie 60 kg ciągu to już konkretna wartość.
Aby to zrobić należy tylko dwie rzeczy zmienić: wtryskiwacz rozwiercić na 2,5 mm (5 otworów) oraz zmienić średnicę krytyczna dyszy na 16 mm. :smile:
Rakieta wyposażona w taki silnik o masie startowej około 6 kg poleci na 1700 m.
pozdrawiam KSard - www.facebook.com/ksardpl : www.ksardrakiety.cba.pl

"Ci, którzy skłonni są zrezygnować choćby z części prawa do wolności aby uzyskać w zamian trochę tymczasowego bezpieczeństwa, nie zasługują ani na wolność, ani bezpieczeństwo "- Ben Franklin

Awatar użytkownika
Kacper
Supersonic PROFI
Posty: 740
Rejestracja: niedziela, 30 sty 2011, 18:30
Lokalizacja: Kraków

Re: Silniki hybrydowe by Kraków

Post autor: Kacper » wtorek, 14 maja 2013, 15:29

Dziękuję wszystkim za miłe słowa i cenne uwagi :)

Jutro koło godziny 18 robimy następny test silnika. Zapraszam.

Ksard - ciekawe czy impuls był podobny do tego co wyliczyłeś, przy tak niskim ciśnieniu chyba powinno być mniej.

Awatar użytkownika
KSard
Supersonic PROFI
Posty: 1506
Rejestracja: niedziela, 30 sty 2011, 18:30
Lokalizacja: Kraków
Kontakt:

Re: Silniki hybrydowe by Kraków

Post autor: KSard » środa, 15 maja 2013, 08:05

Kacper pisze:Ksard - ciekawe czy impuls był podobny do tego co wyliczyłeś, przy tak niskim ciśnieniu chyba powinno być mniej.
Witam

Według mojej wiedzy i przemyśleń na temat silników hybrydowych, to wpływ ciśnienia na ISP jest niewielki, można by wręcz powiedzieć minimalny.

Bo:
Zakres parametrów pracy hybryd jest wąski. Mam tu na myśli ciśnienia jakie panują w komorze spalania. Aby uzyskać stabilne spalanie, przy danej geometrii paliwa, to możliwość zmiany Impulsu całkowitego poprzez zmianą ciśnienia jest tak na prawdę minimalna.
Z definicji, ISP jet wprost proporcjonalny do impulsu całkowitego i odwrotnie proporcjonalny do masy zużytego paliwa i utleniacza, a tu zakładamy, iż są one praktycznie niezmienne.

Najlepiej może to pokażę na przykładzie ostatniego testu.


W naszym konkretnym przypadku zużyto 1000 cc podtlenku o masie 650 g a polipropylenu 66 g
(zakładam tutaj współczynnik F:O = 10)

Dla takich parametrów silnik uzyskał ciąg 235 N w czasie 5,1 sek ( na podstawie analizy poklatkowej z filmu). To wszystko przy założeniu, że temperatura otoczenia wyniosła 16 C.

ISP wówczas jest równe 170,3

Gdyby chcieć podkręcić silnik i zwiększyć jego ciąg powiedzmy do 650 N, to wówczas czas pracy wyniósłby 2 sekundy a ISP wzrosło tylko o jeden punkt do 171,4
Jak widać różnica jest niewielka !!!
pozdrawiam KSard - www.facebook.com/ksardpl : www.ksardrakiety.cba.pl

"Ci, którzy skłonni są zrezygnować choćby z części prawa do wolności aby uzyskać w zamian trochę tymczasowego bezpieczeństwa, nie zasługują ani na wolność, ani bezpieczeństwo "- Ben Franklin

Awatar użytkownika
Adam
Supersonic PROFI
Posty: 392
Rejestracja: niedziela, 30 sty 2011, 18:30
Lokalizacja: Kraków

Re: Silniki hybrydowe by Kraków

Post autor: Adam » piątek, 17 maja 2013, 20:07

Witam!
Wybaczcie, że dopiero teraz ale dopiero teraz mam chwilę żeby coś naskrobać.
Już po drugim teście, niestety - był kubeł zimnej wody :???:
Serwo nie otworzyło zaworu startowego w pierwszym podejściu i zapłonnik ("rozrusznik") się wypalił. Po małych poprawkach Kacpra, serwo zaczęło chodzić, ale zmontowany nowy ładunek był mniejszy (musiał się zmieścić przez dyszę) i nie rozgrzał wystarczająco paliwa (może trzeba było odczekać dłużej, nie wiem). W związku z tym zapłon nastąpił, ale dopiero po pewnym czasie od otwarcia zaworu i znaczna część utleniacza "poszła w gwizdek". Na wykresie z hamowni widać dość dobrze moment zapłonu.
Obrazek
Całka pod wykresem dała 1218 Ns impulsu. Co do Iw i stosunku utleniacz/paliwo chyba nie ma co liczyć nawet, i tak wyjdą bzdury. Czas pracy silnika spadł odczuwalnie po rozwierceniu wtrysku i przy wyższym ciśnieniu (47,5 bara), ale w tym teście w sumie i tak był dość długi. Liczyłem, na 100 kilo ciągu maksymalnego...
Na samym N2O jak widać jest 200N ciągu, ale zapłon zdecydowanie poprawia osiągi :lol: .
Serwo bardzo długo otwierało zawór (około 0,7s), po teście okazało się, że zawór generalnie ciężko chodzi. Być może materiał uszczelnienia "spuchł" od kontaktu z N2O, może się poprostu zastał, trzeba to sprawdzić. Może warto byłoby zaopatrzyć się w smary mogące pracować z utleniaczami i przesmarować zawór, oringi, szybkozłączkę do tankowania itp.
W pierwszym teście użyliśmy nieco smaru silikonowego na oringi w zbiorniku - porażka. Smar utlenił się do białego, proszkowego nalotu (prawdopodobnie krzemionka), dobrze, że nie nastąpił zapłon. Nie pamiętam marki smaru, sprawdzę i podrzucę tu, żeby nikt już nie próbował. Chyba nie ma alternatywy dla smarów perfluorowych.

Jeszcze jedna rzecz. Wybieramy się z Kacprem w przyszłym tygodniu po utleniacz i zbieramy zamówienia od chętnych. Jest akurat do wzięcia techniczny w butlach po 7kg (te mniejsze). Nie pamiętam co do grosza ale jakoś 20 pln za kilo. Do tego można kupić butlę (opakowanie) za niecałe 70pln czyli całość powinna wyjść jakieś 200 - 210 pln. Można się zgłaszać do mnie, do wtorku (21.05) rano. Do dzierżawy butli (10 pln/miesiąc) firma podchodzi niechętnie, wolą sprzedać i wymieniać później na pełne.
Pozdrawiam!

Awatar użytkownika
Adam
Supersonic PROFI
Posty: 392
Rejestracja: niedziela, 30 sty 2011, 18:30
Lokalizacja: Kraków

Re: Silniki hybrydowe by Kraków

Post autor: Adam » sobota, 18 maja 2013, 09:42

Witam!
Adam pisze: Całka pod wykresem dała 1218 Ns impulsu.
Nie. Całka wyszła 929 Ns, zrobiłem błąd przy kopiowaniu między arkuszami excela. No i oczywiście opis osi na wykresie jest zamieniony - czas oczywiście ma być na osi odciętych, a ciąg na osi rzędnych a nie na odwrót... To chyba po wdychaniu podtlenku :lol:
Dzięki Kacper!
Pozdrawiam!

ODPOWIEDZ

Kto jest online

Użytkownicy przeglądający to forum: Obecnie na forum nie ma żadnego zarejestrowanego użytkownika i 5 gości