Budowa silnika AL

Czyli serca naszych niebolotów !
Awatar użytkownika
Luk
Podniebny Filmowiec
Podniebny Filmowiec
Posty: 98
Rejestracja: niedziela, 30 sty 2011, 18:31
Lokalizacja: Libiąż

Re: Budowa silnika AL

Post autor: Luk » sobota, 26 wrz 2015, 19:12

Puhacz pisze:Otwarte pozostają oczywiście wątpliwości S. Leszka co do wytrzymałości otworów. Czy jest inny sposób by to wyliczyć i zweryfikować moje wyniki?
Michał

Witam.

Może policzyć jeszcze z warunku na docisk?

Chodzi o nacisk pojedynczej śruby na powierzchnię przekroju wzdłużnego otworu. Potraktować to jak wyliczenia połączenia sworzniowego.

Czyli można by to policzyć tak:

(Fz/n) / (Pi*0,5M*t) ---> czyli siła działająca na jedną śrubę przez powierzchnie styku śruby z powierzchnią otworu ( powierzchnia to pół obwodu otworu razy grubość ścianki korpusu)

Wychodzi zatem:

(34970/9) / (3,14*0,5*3*2,5) = 330MPa

Nie pamiętam przypadkiem czy powierzchnie styku nie liczyło się po prostu M*t co powoduje, że powierzchnia wychodzi jeszcze mniejsza.

Jest to oczywiście moje luźne przemyślenie na temat co by tu jeszcze można policzyć.

Wartość 330 MPa jest spora i oczywiście odnosi się do przypadku kontaktu otworu z walcem (w tym przypadku śruba ma gwint co powoduje że powierzchnia styku jest jeszcze mniejsza)

Jeżeli moje wyliczenia są poprawne to sugeruje zejść w klasa śruby z 10.8 do np. 4.8, zwiększy się średnica śruby do np M5 i ich ilość co spowoduje spadek siły przypadającej na jeden otwór, mozna też podnieść grubość ścianki do 3mm.

Pozdr. Luk

Awatar użytkownika
Puhacz
Podniebny Filmowiec
Podniebny Filmowiec
Posty: 76
Rejestracja: wtorek, 24 maja 2011, 20:42
Lokalizacja: Kraków

Re: Budowa silnika AL

Post autor: Puhacz » poniedziałek, 28 wrz 2015, 08:36

Hejka!

No czułem podświadomie że może tu być gdzieś haczyk i naciski na otwory są spore... :sad:
Przeglądłem parę stron nt. połączeń stworzniowych i nitowanych. Istotnie nacisk dopuszczalny jest jedną z wielkości obliczanych. Problem z tym że ciężko znaleźć konkretne wartości nacisków dopuszczalnych dla stopów aluminium. Znalazłem tabele jedynie dla stali. Gdzieś z tylko jednego źródła znalazłem "naprężenia dopuszczalne" ale to chyba nie to samo....
Policzyłem po swojemu i też mi wychodzi nacisk jednej śruby (wywoływane ciśnienie powierzechniowe, proponuję oznaczyć jako ciśnienie na otwór - Po) = 330 MPa. Myślę że ta wielkość z pewnością jest zbyt duża: czy należy zatem ją odnieść do Rm? może Re albo Rt? Nawet w najbardziej optymistycznym przypadku (Po <= Rm) liczba śrubek powinna ulec zwiększeniu z 9 do 14 (+ przeliczenie pozostałych warunków "około śrubowych"). Proszę o sugestię w tej materii do czego się odnieść.... :?:
Powierznię styku gwintowanej śruby myślę że można zwiększyć robiąc gwint w zatyczce wraz z korpusem (wtedy zatyczka/dysza musi być zawsze w ten sam sposób wkładana gwarantując dopasowanie gwintu w każdym otworze) - wtedy śruba styka się na całej powierzchni styku.
Na koniec dodam że ŻADEN ze sklepów on-line z profilami alu (w Polsce) nie prowadzi innych rur wyciskanych (a to ważne) niż PA38 (6060 / 6063)! Dzisiaj porozsyłam maile z pytaniem o dostępność interesujących wymiarów (50x2,5; 50x3,0 w gatunkach PA4, PA6, PA7 i PA9) do sklepów i hurtowni stacjonarnych (off-line :mrgreen: ).

Pozdrówka!

Awatar użytkownika
Puhacz
Podniebny Filmowiec
Podniebny Filmowiec
Posty: 76
Rejestracja: wtorek, 24 maja 2011, 20:42
Lokalizacja: Kraków

Re: Budowa silnika AL

Post autor: Puhacz » środa, 30 wrz 2015, 22:09

Witam!

Po analizie wszelkich uwag, koryguję projekt. Niestety z konieczności i trudności w nabyciu innych rur wyciskanych niż PA38 (6060/6063), jestem zmuszony wybrać ten gatunek powtórnie. Nowe parametry korpusu:

średnica zewn. D = 50 mm
grubość ścianki t = 3,0 mm
wytrzymałość (na rozciąganie/granica plast.) Rm/Re = 190/150 MPa (stan T6)

ciśnienie rozrywające korpus: 23 MPa
ciśnienie odkształcające korpus: 18 MPa
siła na zatyczkę przy ciśnieniu 18 MPa Fz = 27 355 N
siła na dyszę przy ciśnieniu 15 MPa (zawór bezp.) Fd = 21 607 N

Jako maksymalny dopuszczalny nacisk na otwór przyjmuję wartość Re, ilość śrub i ich wymaganą klasę wytrzymałości (pozostaję przy śrubach M3) wyliczę z przekształconego wzoru z postu Luk’a:

n_zatyczki = Fz / (0,5 Re PI M t) = 12,9 -> 13 śrubek
n_dyszy = Fd / (0,5 Re PI M t) = 10,2 -> 11 śrubek
Siła zcinająca pojedynczą śrubkę Fs = Fz / n_zatyczki = 3 039 N
Min. wytrzymałość śrubki Rt = (4 * Fs ) / ( PI * Ms^2 ) = 671 MPa -> klasa minimum 9.8.

Sprawdzenie wytrzymałości korpusu na rozciąganie w linii śrubek:
Fk = Ok * t * Re = 56 053 N -> jest OK!

Odległości otworów od krawędzi korpusu:
az = (Fz / n) / (Rm * 0,75 * t) = 4,9 mm (dla pewności przyjmę po 6 mm dla zatyczki i dyszy).

Myślę że wytrzymałościowo jest teraz OK (komentarze oczywiście mile widziane). Podsumowując:

max. ciśn. pracy 10 MPa
max. ciśn. dla mocowania dyszy 15 Mpa
max. ciśn. dla mocowania zatyczki (i początku odkształcania korpusu) 18 Mpa
rozerwanie korpusu 22 MPa

W takiej konfiguracji przy CATO tracę dyszę ale mam minimalne ryzyko rozerwania korpusu i zniszczenia rakiety :smile: W dalszej kolejności policzę wymiary uszczelnień i kształt dyszy....

Pozdrawiam!

Awatar użytkownika
Puhacz
Podniebny Filmowiec
Podniebny Filmowiec
Posty: 76
Rejestracja: wtorek, 24 maja 2011, 20:42
Lokalizacja: Kraków

Re: Budowa silnika AL

Post autor: Puhacz » poniedziałek, 5 paź 2015, 07:32

Witam powtórnie!
Tutaj staram dobrać szczegóły techniczne uszczelnienia zatyczki (i dyszy) z O-ringami. Stosuję tu zasady projektowania uszczelnień wg. katalogu z firmy COG.
Nieco arbitralnie wybieram O-ring o grubości 3 mm. Spręż początkowy powinien wynosić ok. 20%. Głębokość rowka na O-ring wynosi więc hr = 0,8 * 3 = 2,4 mm.
Szerokość minimalna rowka powinna być większa o 15% od grubości O-ringa, czyli ar = 1,15 * 3 = 3,45 -> dajmy 3,5 mm.
Sam O-ring powinien mieć średnicę nominalną o 1 – 6% mniejszą od średnicy rowka w zatyczce (lub dyszy) która wynosi 44 – 2 * 2,4 = 39,2 mm. Zatem można użyć O-ring o średnicy nominalnej 37 lub 38 mm.
Materiał ze względu na stosunkowo wysokie ciśnienia wybiorę o twardości 80 Shore A (czyli nieco twardszy od typowego 70 Shore A). Ze względu na temperaturę proponuję materiał Karlez (ale nie wiem czy akurat taki zdobędę). Ze względów bezpieczeństwa i skrajnie trudnych warunków pracy przewiduję po dwa O-ringi dla zatyczki jak i dyszy.
Gotowy projekt zamocowanej zatyczki jak i dyszy na rysunku poniżej:
dysza-korek-wymiary.jpg
dysza-korek-wymiary.jpg (27.89 KiB) Przejrzano 3155 razy
Ostatnią kwestią jest przyrost średnicy korpusu podczas pracy. Ze względu na temperaturę, dt = 100 oC (wsp. rozszerzalności cieplnej dla Al: a = 23,1E-6), oraz ciśnienie 10 MPa (moduł Younga dla stopów Al: E = 69E-12). Obwód korpusu wzrośnie odpowiednio:
dl(temp) = a L dT = 23,1E-6 * pi * 48,5 * 100 = 0,35 mm
dl(cisn) = P * L / E = 10 000 000 * pi * 48,5 / 69E-12 = 0,05 mm
Łącznie dl = 0,37 mm, czyli promień korpusu zwiększy się o 0,05 mm podczas pracy. Maksymlana szczelina (uszczelniająca – pomiędzy zatyczką a korpusem) dla O-ringów o grubości 3 mm i twardości 80 ShA to 0,15 mm. Zatem zatyczka i dysza muszą być wykonane w max. tolerancji „ujemnej” -0,2 mm średnicy (czyli po 0,1 mm na promieniu).

W sumie to już wszystko, co było do wyliczenia... Niebawem zamawiam materiały i udaję się do tokarza!

Pozdrawiam Wszystkich!

Awatar użytkownika
MYF
Nowy
Posty: 1
Rejestracja: piątek, 2 paź 2015, 19:24

Re: Budowa silnika AL

Post autor: MYF » wtorek, 6 paź 2015, 21:43

Witam
Jestm raczej zielony w tym temacie, ale próbuję zbierać doświadczenie teoretyczne i stąd moje pytania dotyczące tego projektu.

1. Dlaczego w zatyczce robisz przewężenie w środku - / tylko zmniejszeie masy silnika? - czy też ma to jakiś inny cel ?
2. Materiał aluminium / w pierwszym poście napisałeś wszystko z AL/ - Czy dysza wytrzyma temperaturę gazów spalinowych? / jaki rodzaj paliwa przewidujesz/ Ten stop o którym pisałeś ma co prawda wg danych katalogowych temperaturę topnienia około 610 st C - ale czy to wystarczy? Zakładasz użycie 8 ziaren - czyli czas działania będzie dość "długi" - czy dysza to wytrzyma ???

Pozdrawiam
Piotr

Awatar użytkownika
Puhacz
Podniebny Filmowiec
Podniebny Filmowiec
Posty: 76
Rejestracja: wtorek, 24 maja 2011, 20:42
Lokalizacja: Kraków

Re: Budowa silnika AL

Post autor: Puhacz » środa, 7 paź 2015, 09:41

Cześć MYF!

Ad. 1: Masz całkowitą rację – chodzi jedynie o obniżenie masy. Gwint po środku jest, aby przykręcać tam jakiś uchwyt pomocny w wkładaniu/wyciąganiu zatyczki.

Ad. 2: Poruszyłeś kwestię, która spędza mi sen z powiek od ostatnich kilku dni... Ostatecznie zdecydowałem, że jednak szkoda czasu i energii na dyszę Alu (oczywiście mówię cały czas o stopach Alu) i jednak dyszka zostanie wykonana z stali kwasoodpornej (przeglądając forum natknąłem się na posty ze zdjęciami stopionych dysz aluminiowych, natomiast dysze stalowe nie wykazywały zauważalnej korozji przy karmelku!). Wadą jest spora masa w najmniej korzystnym miejscu rakiety :sad: Paliwko to klasyczny karmelek (choć nie wykluczam w przyszłości paliw żywicznych). 8 ziaren to wersja maxi. Na początek planuję nieco krótszy silnik i średnicę dyszy 10 mm. W kolejnym kroku ją rozwiercę (konstrukcja przewiduje Dkr max = 15 mm) i wtedy zmienię na dłuższy korpus.

Niestety życie weryfikuje założenia po raz kolejny...
Zdobycie wyliczonych i zaprojektowanych śrubek M3 w klasie 9.8 graniczy niemal z cudem! Koryguję więc projekt celem zastosowania znacznie bardziej standardowych śrub M4 wykonanych ze stali A2 w klasie 70 (Rm = 700 MPa, Rt = 525 MPa). Nowe wartości średnic:
M = 4 mm
Ms = 4 * 0,8 = 3,2 mm

n_zatyczki = Fz / (0,5 Re PI M t) = 9,7 -> 10 śrubek
n_dyszy = Fd / (0,5 Re PI M t) = 7,6 -> 8 śrubek
Siła zcinająca pojedynczą śrubkę Fs = Fz / n_zatyczki = 2 735 N
Min. wymagana wytrzymałość śrubki Rt = (4 * Fs ) / ( PI * Ms^2 ) = 340 MPa -> jest OK!! :smile:

Sprawdzenie wytrzymałości korpusu na rozciąganie w linii śrubek:
Fk = Ok * t * Re = 50 954 N -> jest OK!
Odległości otworów od krawędzi korpusu:
az = (Fz / n) / (Rm * 0,75 * t) = 6,4 mm -> przyjmuję 7,0 mm po obu stronach (zat./dysz.).

Skorygowany projekt uwzględnia nowe wyliczenia jak i inny materiał dyszy. Uwzględniłem również małe podcięcie w dyszy na izolację – z moich doświadczeń wynika, iż właśnie na styku dyszy i izolacji cieplnej dochodzi do największej erozji korpusu. Zwiększyłem również nieco kąt kielicha wejściowego:
dysza-korek-wymiary.jpg
dysza-korek-wymiary.jpg (29.29 KiB) Przejrzano 3143 razy

PS: spełniły się wszystkie sugestie Luka (prorok jakiś): grubszy korpus, więcej śrubek i o większej średnicy: Kolega to wiedział od razu ja musiałem dopiero do tego dojść.... :smile:

Pozdrawiam!

Awatar użytkownika
stary Leszek
****
Posty: 183
Rejestracja: sobota, 6 kwie 2013, 12:34

Re: Budowa silnika AL

Post autor: stary Leszek » środa, 7 paź 2015, 14:35

W dyszy masz zatoczenie 1,5x4mm. Chyba na izolację termiczną.
Zrób taką samą na zatyczce.
W założeniach miałeś Dkr15mm na rys masz 10mm?
W dyszy masz długi otwór krytyczny, czy to z obliczeń czy tak sobie?
Z tej dyszy to chyba niewiele zostanie. Nie robiłem w alu. ale w podobnym
silniku: 5 ziaren 38 x 60 x14 i dyszy cementowej z wkładką z 2mm blachy
żaroodpornej z 11mm zrobiło się 13,7mm. A blacha żaroodporna to nie aluminium.
Poszukaj na forum-ktoś robił wkładki grafitowe do dyszy.

Awatar użytkownika
Puhacz
Podniebny Filmowiec
Podniebny Filmowiec
Posty: 76
Rejestracja: wtorek, 24 maja 2011, 20:42
Lokalizacja: Kraków

Re: Budowa silnika AL

Post autor: Puhacz » środa, 7 paź 2015, 22:34

Hejka!

Skumuluję porozrzucane informacje w jednym miejscu wg. pytań Leszka:
- zgadza się: zatoczenie jest na izolację termiczną. Rozbierając silniki z PCV właśnie tam widziałem spore "podjadanie" rurki (na styku dyszy i izolacji - mam nadzieję że teraz "na zakładkę" efekt będzie zminimalizowany). Od strony korka przypalenie praktycznie wogóle nie występuje...
- założenia są do wersji maxi. Na początek planuję Dkr = 10 mm i nieco krótszy silnik - głównie do testów na hamowni, pomiarów temperatury korpusu itp. Generalnie klasa G/H. Dopiero potem wyżej, jak okiełznam to co mam. Konstrukcja dyszy jest taka by można było ją rozwiercić do Dkr = 15 mm max.
- długość otworu w zasadzie "taka sobie". Kiedyś ktoś rekomendował by długość była równa średnicy ale chodziło raczej o minimalizację erozji dyszy ceramicznej (a może cementowej cx5 - nie pamiętam). Nigdy nie widziałem wzorów na obliczenie długości przekroju krytycznego. Jeśli takowe są, chętnie się nimi zajmę :grin: Generalnie zaprojektowałem długość równa połowie średnicy krytycznej (dla Dkr = 10 mm to trochę więcej, dla Dkr = 15 mm trochę mniej - taki kompromis).
- jak już wcześniej pisałem dysza będzie wykonana ze stali KO. Wkładki grafitowe rozważam również jako alternatywę...

Dziękuję za komentarz i pozdrawiam!

Awatar użytkownika
Puhacz
Podniebny Filmowiec
Podniebny Filmowiec
Posty: 76
Rejestracja: wtorek, 24 maja 2011, 20:42
Lokalizacja: Kraków

Re: Budowa silnika AL

Post autor: Puhacz » piątek, 5 lut 2016, 08:31

Witam!

Tokarz trochę przeciągnął (ponad 3 miesiące od kiedy dostał materiały do toczenia)! Na zdjęciu poniżej przedstawiam gotowe elementy składowe silnika AL-1:
elementy 600.JPG
elementy 600.JPG (43.33 KiB) Przejrzano 3070 razy
Poza drobnymi korektami kosmetycznymi (np. nieco przesunięte otwory, aby handlowa szerokość klingerytu, który zamierzam użyć jako izolację termiczną, pasowała idealnie bez docinania – 300 mm), elementy są zgodne z przedstawionym i przedyskutowanym projektem. Dysza jest wykonana ze stali kwasoodpornej. Korki są dwa (aluminium): jeden do startów (pełny, z częściowym otworem M4 do wyciągania), oraz drugi na testy, który posiada gwintowany otwór w swojej osi M20x1,5 do przykręcenia U-rurki manometrycznej i manometru do pomiaru ciśnienia w komorze spalania.

Masy poszczególnych elementów wynoszą:
korpus - 498
dysza – 268 g
korek – 65 g
co daje razem 831 g.
Na tym koniec mojej części projektowo – wykonawczej silnika. Kolejnym krokiem są testy z trzypunktowym pomiarem temperatury korpusu i dyszy, ciągu i ciśnienia – ale to już temat na osobny wątek...

Pozdrawiam Wszystkich!

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

Re: Budowa silnika AL

Post autor: Adam » poniedziałek, 15 lut 2016, 21:58

Ładny potwór.
Obróbka dyszy - mniam :)
Czekamy na wyniki testów na gorąco.

ODPOWIEDZ

Kto jest online

Użytkownicy przeglądający to forum: Obecnie na forum nie ma żadnego zarejestrowanego użytkownika i 6 gości