fbpx

Malý kapalinový raketový motor

Napsal Petr Stejskal dne . V kategorii Motory na ostatní paliva

Stejuvod

Malý kapalinový raketový motor

 Impulzem k pokusům s tímto pohonem bylo objevení poměrně starého dokumentu na netu:

HOW to DESIGN, BUILD and TEST SMALL LIQUID-FUEL ROCKET ENGINES
risacher.org nebo tady: cientificosaficionados.com

Autor popisuje výpočty a stavbu malého motoru podobné velikosti, jaký bych rád použil pro pohon modelu raketového letadla. Já jsem si z uvedeného popisu vazal základní rysy, chlazení vodou jsem zaměnil za regenerativní chlazení palivem a konstrukci přizpůsobil nižší požadované hmotnosti a svým výrobním možnostem.


Spalovací komora je vytlačena jako celek z měděné trubky, plášť je z tenkostěnné nerezi, dohromady pájeno Ag pájkou v místech, kde se předpokládá rozumná teplota. Doprava paliva je přetlaková ( CO2), regulovaná jehlovými ventily řízenými servy přes RC soupravu. Spalovací komora je upevněna na tenzometrickém trámku z elektronické váhy. Komora je v ochranném ocelovém krytu, ostatní zařízení je vně. Termočlánkem je měřena je teplota povrchu komory, dále se měří tlak v komoře, plnící tlaky, tah. Zapalování elektronickým VN zdrojem z TV transformátoru.


Palivo: etanol, okysličovadlo : GOX
Zatím se uskutečnil jeden pokus s malým plnícím tlakem, po chvíli hledání správné polohy ventilů motor hořel stabilně, na komoře bylo okolo 550 °C. Ruční regulace množství paliva je ale obtížná, objem pláště komory způsobuje velké zpoždění v odezvě. Ke konci pokusu došlo k propálení motoru z důvodů nevhodné manipulace s přívodem O2 v poměru s palivem (možná i pro nevhodný tvar vstřikovače kyslíku).

Pár fotek pro představu

výroba komory

Stej001mm

 díly před spájením pláště

Stej002mm

regulační ventily 

Stej003mm

motor před zkouškou 

Stej004mm

 hledání správného pomeru paliva

Stej005mm

už to je lepší 

Stej006mm

už to je lepší 

Stej007mm

detail plamene bez blesku 

Stej008mm

 po ukončení pokusu na betonu dohořívá líh a svíti rozžhavený konec komory

Stej009mm

celkový pohled na zkušební zařízení 

Stej010mm

 motor po zkoušce...

Stej011mm

náčrtek první verze 

Stej012mm

komory pro nový motor 

Stej013mm

 

 

 

Nyní již připravuji novou komoru, o dalších pokusech zase něco napíšu.

 

Petr Stejskal

MK lipence

Tagy: Výroba, Motor

Vytisknout


Diskutujte o totmto článku ve fórech (21 odpovědí).

Avatar uživatele Marek.Otevrel
Marek.Otevrel odpověděl/a na téma: #4858 6 roků 1 měsíc zpět
Srdečný pozdrav vážený kolego. Rád bych vás pozval na spolupráci s naším sdružením OteSpace na vývoji kapalinových motorů. Právě vyvíjíme bi-kapalinový motor PEPE-200 o design tahu 200N. Motor pracuje s koncentrovaným stabilizovzným (!) peroxidem (87%, destilujeme sami) a se speciální směsí "HYPPO" (hypergolic polar mixture, neobsahuje hydrazin ani jiné jedy), která, jak název napovídá, reaguje samozápalně při kontaktu s peroxidem. Motor má měnitelnou světlost injektoru. Díky této unikátní vlastnosti je možno kontrolovatelně měnit tah v širokém rosahu a navíc lze motor pomalu "nabíhat" a tím předejít rizikům "hard startu" (výbuchu). Loni v Červnu jme provedli první úspěšné zkoušky prototypu s nechlazenou komorou; video zde:

V současné době pracujeme na vývoji elektrického zubového čerpadla pro pohonné hmoty a na vývoji ablativní komory. Pokud máte zájem s námi spolupracovat, dejte mi vědět. Díky. Zdraví Marek Otevřel, 777562559, Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.
petrs odpověděl/a na téma: #4766 6 roků 6 měsíců zpět
Zdravím Rakeťáky
dlouho jsem nenapsal o svých pokusech, tak alespoň krátké shrnutí. Novou spalovací komoru, kterou jsem jsem zde představil na několika fotkách před třemi měsíci, jsem několikrát zkoušel spustit, ale vždy to bylo s velkým přebytkem paliva, stěna komory se neohřála ani na 70 ° C, líh se neodpařoval, jak jsem předpokládal a směšování kapalina plyn neumožňovalo dobré hoření. Použitý regulační ventil nešel patřičně přiškrtit. Na další pokusy jsem dal ventil s menší světlostí a jemnější regulací a nastavil menší přetlak na hladinu paliva. Jemnou prací s přípustí paliva se podařilo komoru dostatečně ohřát, ale hoření bylo velmi nestabilní a nešlo najít rozumný poměr nastavení ventilů.
Moje vysvětlení toho jevu: pokud se krátkodobě v komoře vyskytly obě složky v dobrém poměru, prudce se zvýšil tlak na hodnotu blízkou plnícímu tlaku a poměr složek se rozhodil...
Závěr je: zcela přehodnotit systém dopravy paliva, udělat jiný vstřikovač - jeden centrální, schopný rozprášit tekuté palivo. Myšlenka odpařování paliva na vnější stěně komory nebyla dobrá - ale inspiroval jsem se modelářskými proudovými motory, kde se systém odpařovacích trubic úspěšně používá.
Současné studené počasí zastavilo moje pokusy a je čas přemýšlet. Jedna inspirace je tady:
www.kosmonautix.cz/2017/01/raketa-ktera-je-skutecne-na-baterky/

přikládám fotky z pokusů, které jsem dělal koncem listopadu - zajímavé byly i zvukové projevy, ale k praktickému použití to má ještě daleko.
Avatar uživatele Michal K
Michal K odpověděl/a na téma: #4687 6 roků 9 měsíců zpět
To je asi oprávněná obava, ale správně provedeným těsněním a mazáním by se tomu mělo dát zabránit.
M
petrs odpověděl/a na téma: #4685 6 roků 10 měsíců zpět
V případě pístové nádrže paliva tlakované okysličovadlem se trochu bojím možnosti vzniku výbušné směsi nad pístem v případě drobné netěsnosti, nebo i od zbytku paliva na stěnách.
Mám vyzkoušeno, co dokáže dobře namíchaná směs acetylenu a kyslíku fouknutá do PET lahve. Ale jen pokud se to úmyslně zapálí.
V nějakých Bezpečnostních doporučeních pro práci s O2 jsem se dočet, že samovznícení hrozí až od 30bar výše, tak profouknutí prostoru nad pístem tlakovým vzduchem po přistání před další manipulací by asi stačilo. U tribridu to asi neřeší?
P
Avatar uživatele Michal K
Michal K odpověděl/a na téma: #4684 6 roků 10 měsíců zpět
Ahoj,
pro letadlo bys stejně nádrže s písty potřeboval. Manévrující rakety (země-vzduch) je taky mají.
Odříznout z tribridu hybridní fázi a nechat jen spalování alkoholu se přímo nabízí a řekl bych, že je to hodně perspektivní cesta.
Dimenzování nádrží pro tlakovou dodávku paliva se u těchto malých motorů na hmotnosti moc výrazně neprojeví. "Čerpadlové" příslušenství vyjde těžší.
M
petrs odpověděl/a na téma: #4678 6 roků 10 měsíců zpět
S tím čerpadlem poháněným stlačeným vzduchem jsi mě připomněl již dříve odloženou myšlenku pístové nádrže ( viz tribridní motor). Nebo také v odkazu zde:
www.lietadla.com/vyzbroj/x-4.htm
je tam detailně popsán malý kapalinový motor s trubkovými pístovými nádržemi s pohonem stlačeným vzduchem, spalovací komora měla vnitřní průměr jen 53mm, kritický průměr trysky 13mm.




Takže by asi bylo reálné při použití N2O jako okyličovadla, stejné medium použít pro dopravu paliva do komory - viz tribridní motor v poslední fázi své činnosti. Dalo by se jít na slušný pracovní tlak v komoře a nebylo by potřeba redukčních ventilů. Stěny nádrže by se musely ale patřičně dimenzovat. Ale to až po zkouškách s motorem s GOX.

Petr
Avatar uživatele Michal K
Michal K odpověděl/a na téma: #4675 6 roků 10 měsíců zpět
Já jsem ten dokument také četl a můj zásadní poznatek z toho byl, že se to opravdu udělat dá. Je to ale stavba spíš statického výzkumného zařízení bez aspirace na letuschopný kus.
Přetlak bude asi skutečně jednodušší, potíž by mohla být s vhodnou (malou) tlakovou lahví.
Napadlo mě, jestli neexistuje třeba čerpadlo poháněné stlačeným vzduchem. To by mohla být cesta.
Generál Nědělin by asi také ocenil jinou kombinaci paliva a okysličovadla než byla ta hypergolická hrůza. A nejen on.
Držím palce
Michal
petrs odpověděl/a na téma: #4674 6 roků 10 měsíců zpět
- Tlak v komoře plánuji samozřejmě větší ( americký kolega měl přibližně13 bar při tahu 100N), já jsem si 5 bar určil jen pro začátek - aby to nebyla taková rána...
- To s těma čerpadly to byla jen úvaha . Přetlaková dodávka je mnohem jednodušší.
- Na letovém motoru samozřejmě není co regulovat - stačí pevně nastavené škrtící ventily, ale pokud zkouším úplně novou věc, tak ventily řízené ( na dálku přes RC) jsou k nezaplacení. To by soudruh generál Nědělin určitě ocenil.

přikládám narychlo namalované schema zkušebního zařízení a funkční nákres komory
Petr
Avatar uživatele Michal K
Michal K odpověděl/a na téma: #4673 6 roků 10 měsíců zpět
Ahoj,
podle uvedených údajů by měl být impuls motoru 1500 Ns. To není zrovna málo. Pokud budeme počítat Isp při tlaku v komoře 5 bar, okysličovadlo 50% H2O2 + C2H5OH, vyjde optimální směšovací poměr 1:8,8. Pokud směs obohatíme na, dejme tomu 1:5, máme Isp 110 až 120 s. Z toho nám vyjde, že stroj musí nést téměř 1,5kg pohonných látek. Přidejte čerpadla s motory a bateriemi, případně serva a další elektrické příslušenství a letadlo se nezvedne ze země. Podle mě jedině tlaková láhev s hnacím plynem a regulátor tlaku.
aeroconsystems.com/cart/reducing-regulat...-reducing-regulator/
Ten motorek je hrozně malý a jeho příslušenství nejde adekvátně zmenšit. Co třeba zvýšit tah a zkrátit dobu hoření?
A ještě k té regulaci. Nevím, jestli je třeba něco příliš regulovat. Zvolený směšovací poměr by měl zabezpečit vstřikovač. Motor by měl běžet bez vnějších zásahů.
A tlak v komoře by možná mohl být vyšší.
Ale mě se to povídá :-)

M
Avatar uživatele DRAGON-CZ
DRAGON-CZ odpověděl/a na téma: #4672 6 roků 10 měsíců zpět
Myslím, že pro malou raketu bude vždy čerpadlo na tolik těžké, že to jako celek nebude nejspíš použitelné a varianta s tlakovou nádrží bude výhodnější.

Ivo
petrs odpověděl/a na téma: #4671 6 roků 10 měsíců zpět
s tím el čerpadlem to není špatný nápad - možnost dobré regulace, netřeba tlakové nádrže...
vzpomněl jsem si, že mám doma podávací čerpadlo z nádrže nějakého diselu, ale pro letový motor to je těžké a nepoužitelné, mám tam nyní dva jehlové ventily ovládané servy - zatím to nechám

jeden modelář - turbínář chtěl použít dvě palivová čerpadla z modelářských turbín, ale ta asi nedají potřebný tlak, tak jsme tu myšlenku dále nerozvíjeli
Petr
Avatar uživatele Ivan
Ivan odpověděl/a na téma: #4669 6 roků 10 měsíců zpět
Tak tohle je slušný. Myšlenky podobného druhy se mi také honily v hlavě. I úvahy na použití elektrického čerpadla na přívod paliva z rozbitého 12V AKU hydraulického lisu. Ale vše by to bylo tak těžké, že by to nakonec skončilo někde ve skříni.
petrs odpověděl/a na téma: #4667 6 roků 10 měsíců zpět
zdravím
Tak mám skoro hotový nový motor. Průměr pláště je stejný jako u prvního motoru - 32mm, ale komora je z menší trubky - Cu 22/20mm. Ale hlavně konstrukce je demontovatelná pro kontrolu vnitřku a případné úpravy. Vstřikovač je úplně jiné konstrukce, ten první byl z velké míry viníkem samodemontáže motoru ještě během provozu...
zatím posílám pár fotek, se zkouškou nebudu pospíchat, abych zase něco neuspěchal

Petr
petrs odpověděl/a na téma: #4648 6 roků 10 měsíců zpět
Ahoj
nejdřív bych uvedl na pravou míru pojem : fungující motor
jak jsem napsal výše, motor hořel stabilně, teplota komory byla na rozumné výši, ale tah byl minimální.
Záměr při prvním zážehu byla zkouška při plnícím tlaku 5 bar. Ten jsem nastavil na palivové nádrži regulátorem CO2, ale na regulátoru O2 mi to nějak ujelo dolu a všiml jsem si toho až po seřízení plamene jehlovými ventily. Tak jsem začal zvyšovat tlak na regulátoru O2 a nekoukal co se děje na motoru a hlavně jsem neotevíral současně palivový ventil. Přebytek kyslíku a nedostatečné chlazení udělalo své dílo.

Cíl celého vývoje je ( pokud by to vyšlo) kapalinový motor o tahu okolo 50N, s dobou hoření přibližně půl minuty, pro realistický pohon modelu raketového letadla.
Jsem letecký modelář se zájmem o reaktivní pohon, a před lety jsem postavil a v modelu provozoval amatérský proudový ( turbínový ) motor - podle dostupné německé dokumentace. Nyní jsem objevil práci již zmíněného L. J. Krzycki a opět mi to nedalo to nezkusit...

například Koroljovův RP 318 o rozpětí 4m by unesl dostatečnou zátěž a pro bezpečný let by stačil relativně malý tah motoru



Petr
Avatar uživatele Michal K
Michal K odpověděl/a na téma: #4647 6 roků 10 měsíců zpět
Ahoj,
předem je na místě gratulace, fungující motor na KPH se nevidí na každém rohu.
Chci se zeptat, jestli máte nějaký plán vývoje? Tím myslím, jestli to má být nakonec letový exemplář, jaké jsou cílové parametry, tedy tah, doba chodu, hmotnosti atd.
Tohle totiž koncepci motoru na KPH hodně ovlivní.
Děkuji
Petr T. odpověděl/a na téma: #4644 6 roků 10 měsíců zpět
Co se týká používání peroxidu, jsou ty konstrukce hodně zvláštní. Vzhledem k přebytku peroxidu nad palivem (až 10:1) se komory chladí peroxidem. Viz Amstrong Siddeley Stenor a Bristol Siddeley Gamma. Většinou se počítá s 80% peroxidem a koncentrovanějším.
Petr T. odpověděl/a na téma: #4643 6 roků 10 měsíců zpět
Dobrý den, pokud váš motor běžel skutečně kolem půl minuty, je to fantastické! Tak dlouho většinou hoří některé stupně sondážních raket. Co se týká způsobů chlazení, tak u malých motorků na KPL se častěji vynechává regenerativní chlazení a raději je používáno chlazení filmem paliva, které vzhledem k potřebnému přebytku paliva nad okysličovadlem není velký problém. Chlazení zajišťuje potom řada vstřikovačů paliva na okraji vstřikovací hlavy. Všechny déle fungující raketové motory s KPL mají zároveň regenerativní chlazení a chlazení filmem paliva, jinak by teploty v komoře kolem dvou tisíc C nevydržely. Doporučuji nastudovat systémy Apollo Descent Engine a motory od Armadillo Aerospace. Co se týká okysličovadla, tak bych se trochu přiklonil k názoru co tu už padl - pro modelařinu je asi nejodzkoušenější okysličovadlo N2O. Jak s kyslíkem, tak kyselinou dusičnou nebo koncentrovaným peroxidem jsou opravdu velké problémy.
petrs odpověděl/a na téma: #4641 6 roků 10 měsíců zpět
Díky za Vaše reakce na můj pokus.
tady se pokusím odpovědět na nastíněné otázky
- Motor běžel pouze jednou, odhaduji to tak na půl minuty, bohužel jsem nezapnul záznam na kameru. Jen jsem stačil mezi zásahy do regulace vzít foťák a udělat pár snímků.
- Chlazení palivovým filmem jsem nepoužil, spíše uvažuji o ředění lihu tak 20% vody, jak to dělali Němci.
- GOX také nepovažuji za výhodný pro praktický provoz, ale chtěl jsem navázat na práci v odkazu zmíněného Leroy J. Krzycki, a pokud takový motor stabilně poběží, uvažuji o použití peroxidu vodíku ( padesátiprocentní se dá koupit a neměl by být moc nebezpečný) ale to je na delší diskuzi - to by znamenalo přeřadit reakční komoru s katalyzátorem, kde by se H2O2 rozkládal a postupoval dál do směšovače. Obsah O2 nebude ve vzniklém paroplynu 100% a tak bych mohl použít vydatnější palivo ( kerosin) - ale to by zase mohl být problém s chlazením komory...
Petr T. odpověděl/a na téma: #4639 6 roků 10 měsíců zpět
Mohl bych ze zeptat jak dlouho motor hořel nejdéle? Použil jste i vnitřní chlazení filmem paliva? To totiž bohužel nevidím. Jinak je to obdivuhodné, i když velmi náročné - při zmenšování kapalinových motorů je totiž problém s chlazením. Je to hrozně citlivé. Proto se miniaturní raketové KPL motory dělaly ablativní a v počátcích také chlazené vodou. Do asi 5s chodu by mělo i pasivní chlazení vodou vycházet lépe. Tím vám ale nechci rozmlouvat cestu poměrně věrné kopie větších motorů. Má to něco do sebe. Je to opravdu nesmírně hezké.
Avatar uživatele Pandy
Pandy odpověděl/a na téma: #4634 6 roků 10 měsíců zpět
Obdivuhodná práce ,ale já osobně jsem v tomto ale dost pesimista. Tyto motory mají několik závažných pro amatéry konstrukčních problémů, mezi hlavní patří třeba chlazení spalovací komory a zde se může konstruktér dostat do neřešitelné smyčky . Každá směs v toto případě vezmeme směs kyslík/líh má tzv.spalné teplo ,tj množství tepoty jenž se uvolní spálením ideálního poměru a na druhé stránce je to výparné teplo ,tj množství tepla jenž je třeba na uvedení kapaliny do varu . Na první pohled je patrné že je mezi těmito údaji nepoměr a to bud to bude chladit /potřebuji hodně lihu/ ale nebude to hořet protože je tu málo kyslíku a nebo to bude dobře hořet ale špatně chladit. Němci to řešili u V2 mimo jiné tím jak napsal už Dušan ,že do lihu dávali tuším 25% vody ještě to hořelo ale zvedli hodnotu výparné teploty směsi tj.směs odvedla více tepla. Všiměte si ,že poměry oxidující složky a paliva v kapalinových motoerech nejsou vždy v ideálním poměru a u paliva v mnoha případech dvoj i trojnásobně přesahují poměr viz poměr O/H v motorech raketoplánu. A němci u V2 taktéž používali značný přebytek lihu.
Druhák k GOX jsem velmi skeptický,protože ho je především málo v objemu hustota GOX proti LOX je neskonale někde jinde ,tento motor / GOX / dle mě sotva unese sám sebe. Něco jiného by byl ovšem LOX ale práce s ním není jen tak ,jak již nastínil autor nademnou ..kyslík a především kaplný je pěkná sviňa .
Seřídit vstřikovací ventily do správného poměru je taktéž kapitola sama o sobě ,při této příležitosti si vždy vzpomenu na soudruha generála Nědělina , jak sedi na tom křesle u startovací rampy sovětské rakety N1 řve na techniky ,personál se snaží kladivama a šroubovákama seštelovat na poslední chvíli vstřikovací ventily plně natankované rakety................... a pak jim to znenadání jeblo................ smrt generála byla dozajista rychlá a s ním i přes 200 techniků.
Ale jinak držím palce ,přeji hodně úspěchů a těším se na dozajista pravidelný report jak to pokračuje.
Avatar uživatele Dušan
Dušan odpověděl/a na téma: #4633 6 roků 10 měsíců zpět
Hmm pane kolego musím smeknout a pochváliť. Obdivujem tu mravenčiu prácu. Teraz nechcem kecať , ale táto myšlienka ma napadla cca 2 týždne späť malí kvapalinový motor to by bola výzva. Mal som V merku jeden s prvých kvapalinových motorov s bývalej ZSSR konštruktérky boli tuším známi Sergej Korolev a Gluško. Motor bol od pohľadu konštrukčne jednoduchý.
Druhák do motoru si vstrekoval kvapalný O2 alebo plynný. Inak pozor na spätné šľahnutie plameňa do fliaš , O2 je desná sviňa. Inak toľko práce a neistý výsledok no uf. Zajímalo by ma dosahované ISP ,ale to by sa muselo merať hmotnosť spáleného Paliva a O2. Inak neviem či nekecnem , ale ten raketový lieh neviem či neriedili s H2O pomer tuším 70-80% lieh a 30-20 voda. Tak držím palce a som desne zvedavý na výsledky soudruhu šéf konstruktére mi strana a vláda chceme výsledky ,výsledky...