Polskie Towarzystwo Rakietowe - Amatorskie Konstrukcje Rakiet

Chciałbym w tym temacie przedstawić prace nad silnikiem hybrydowym bazującym na butlach po CO₂ do paintballa. Tego typu silnik napędzał już rakietę Carbonarra, którą budowaliśmy w zeszłym roku dla AGH http://forum.rakiety.org.pl/wspolpraca- ... t2275.html

Jaskiniowiec wyczaiła fajne aluminiowe butle na dwutlenek węgla. Mają bardzo duży zapas wytrzymałości (dużo ponad 200bar) i są dostępne w przystępnej cenie w dwóch rozmiarach 12oz czyli 0,5l oraz 20oz czyli 0,8l. Po wymianie zaworu na kulowy doskonale nadają się jako bezpieczny zbiornik na podtlenek azotu. Można taki zbiornik zatankować wcześniej dzięki czemu nie trzeba wozić instalacji do tankowania na miejsce startu. Wadą jest spora masa (w zależności od butli 0,5-1kg) ale w przypadku rakiet RDM to nie przeszkadza.

Główne założenia silnika:

-Możliwość pracy z butlą 0,5l lub 0,8l
-Uniwersalna komora spalania fi45mm wykonana z aluminium z grafitową dysza.
-Paliwo bazujące na gotowych rurach PP 40mm
-Uruchomienie silna samoczynnie po przepaleniu wężyka nylonowego. (nie wymaga sterowania zaworem)
-Prosty wtrysk jednopunktowy
-Możliwość szybkiego przezbrojenia silnika na poligonie do następnego odpalenia.
-W zależności od butli i stopnia zatankowania możliwość regulacji mocy silnika.

Silnik w takiej wersji opracowaliśmy jeszcze przed rozpoczęciem budowy rakiety dla AGH i w sumie wykazał się niezawodną pracą przy wielu testach statycznych a później przy kilkunastu startach. Do latania to wystarczyło jednak jego działanie pozostawiało wiele do życzenia. Silnik się łatwo wzbudzał, stosunek paliwa do utleniacza był zbyt niski a osiągany impuls oscylował w przedziale 150-170s. Dlatego teraz rusza kampania testowa numer 2 w celu dopracowania silnika by mógł być powszechnie wykorzystywany w modelarstwie RDM. Byłby to silnik mieszczący się w klasie J czyli licencja RDM klasa I przy butli 0,5l oraz z butlą 0,8l w klasie K czyli już II klasa licencji .

Test nr1
W sobotę przeprowadziliśmy pierwszy test po wprowadzeniu zmian w geometrii komory spalania. Zastosowaliśmy rozwiązania przetestowane wcześniej przez Robercika w silniku SF4 (ten co napędzał ostatnio Bigosa).

Do testu między zbiornik 0,8l a komorę spalania został wstawiony dodatkowy wężyk.
Tak to się prezentuje na hamowni: Zbiornik był zatankowany na full 640g (w temperaturze pokojowej tyle nie można ale przez niższą temperaturę gęstość wzrasta).

Poniżej filmiki z dwóch ujęć.




Na wykresie widać a na filmie widać i słychać, że po 3 sekundzie silnik się wzbudził. Jest to efekt wyplucia części ziarna i zmiany geometrii. Wzbudzenie trwa do koca fazy ciekłej. Jednak początkowa praca jest idealnie stabilna a skoro znamy przyczyny awarii to prawdopodobnie uda się to poprawić w następnych próbach. Na danych z hamowni widać, że już jest olbrzymia poprawa osiągów a jeśli tylko uda się utrzymać stabilną pracę do końca to będzie jeszcze lepiej.

Dobry kierunek. Może to rozrusza RDM w szerszym zakresie, np projekty szkolne. Praca pracą, ale gratki za udany zapłon.

Mam parę pytań.
Średnica wtrysku i dyszy,średnica i długość kanału?
Ziarno pełne czy rura w rurze co by tłumaczyło wyplucie części ziarna?

Pozdrawiam.tadeusz

Mają bardzo duży zapas wytrzymałości (dużo ponad 200bar)

Użyłem takiego zbiornika do BellisII w Drawsku. Chcąc "bić się" o masę można butlę z zewnąrz przetoczyć zbierając pewną warstwę. Oczywiście nie na styk ciśnieniowy ale trochę.
Chcąc wykorzystać gwint po oryginalnym zaworze odkryłem że nie jest on (przynajmniej nie był w moim przypadku) osiowo ze średnicą zewn butli. No i rozmiar też był lekko mówiąc niestandardowy aby użyć popularnego zaworu. A że mięsa w tym miejscu jest bardzo dużo można śmiało naciąć inny.
Tokarka zatem mogłaby pomóc w zmniejszeniu masy, nagwintowaniu pod zawór kulowy i to wszystko osiowo w gratisie.
Równa i centryczna geometria układu ułatwia też zabudowę w modelu.
Powodzenia!

pozdr

Tadeusz - wtrysk ma 3,3mm tyle ma przelotu standardowa złączka do węży pneumatycznych 6/4mm, której tutaj używamy w roli wtrysku. Dysza ma 10mm. Paliwo było w układzie rura - pręt, ale kształt jeszcze dopracowujemy.

Przemo - Ta konkretna butla już była przetaczana, jednak do powszechnego użytku nie warto tego robić, lepiej wybrać te lżejsze z dostępnych (sporo się różnią w zależności od producenta). Gwint w butli jest bardzo niestandardowy ale i tak trzeba wytoczyć niestandardową przejściówkę do zaworu więc nie robi różnicy bo gwinty na tokarce można nacinać dowolne. W przypadku tych butli, które używaliśmy nie osiowość gwintów była mała, ale skoro tak piszesz to znaczy, że to dość losowe jaka się trafi.

Drugi test za nami. Niestety zapomniałem przejściówki żeby połączyć przewód giętki ze zbiornikiem przez co test odbył się w sposób improwizowany. Silnik był skręcony na sztywno tak jak do lotu w rakiecie a że hamownia jest pozioma to trzeba było pochylić na siłę ile się da żeby podtlenek leciał w fazie ciekłej. Jednak część i tak została w butli i musiała wykipieć co wydłużyło czas dopalania oraz wygładziło charakterystyczne przejście między cieczą a gazem.

Mimo to udało się uzyskać lepszy wynik niż ostatnio. Wyplucie pręta nastąpiło pod koniec wydłużonego dopalania. Udział paliwa jeszcze się zwiększył no i niemal 200s impulsu. A najważniejsze, że jest 0 wzbudzenia, na wykresie właściwie widać szumy od samego układu pomiarowego.

Bravissimo !

Wygląda na to, że droga aby uciec ze 170s i 300N dla wtrysku ~fi4 wiedzie przez "rozwinięcie" powierzchni portu i "urozmaicenie" (nie ograniczenie) przepływu podtlenku.
Silnik wg wykresu rozkręcał się prawie sekundę?

Super, ale do powtórki. Chciałbym zobaczyć wykres na ciekłym z pionowo ustawionego zbiornika.
Zgłaszam sie jako pierwszy na silnik kl II wersji juz komercyjnej.

Czy warunki były takie same jak w teście pierwszym?Taka sama temperatura,ta sama dysza i wtrysk oraz takie samo
ziarno i jego geometria?Brak przewodu łączącego mógł spowodować mniejsze opory przepływu N2O i większy ciąg.

Cześć

tadeusz pisze:Czy warunki były takie same jak w teście pierwszym?
Taka sama temperatura,ta sama dysza i wtrysk oraz takie samo ziarno i jego geometria?

Tak zgadza się, w drugiej próbie zmodyfikowaliśmy tylko mocowania pręta paliwowego tak, żeby utrzymał się w kanale do końca spalania.
Jak widać pręt utrzymał się prawie 20 s, ale praca była rozwlekła i trzeba ponowić test.
Kacper kontroluje temperaturę butli za pomocą termometru i grzałki do lusterek samochodowych - jest zima jest łatwiej .

tadeusz pisze:Brak przewodu łączącego mógł spowodować mniejsze opory przepływu N2O i większy ciąg.

Nie sądzę. Zobacz na wykres ciągu, w obu przypadkach mamy do czynienia z ciągiem około 400 [N] na starcie. To znaczy że przepływ był bardzo podobny.

Eksperyment nr 3 przygotowany. Żadnych zmian w geometrii silnika względem testu nr 2. Jedna drobna modyfikacja mająca na celu poprawienie trzymania pręta paliwa - czarny kolor tworzywa.

pzdr