Silniki hybrydowe by Pomorze

[andżej]

Cześć
Dzięki raz jeszcze że byliście z nami przy drugim teście. Kolejnym razem postaramy się ustawić kamerę bliżej stanowiska. Przez te chwasty prawie nie było widać pracy silnika. Mamy już przygotowane wszystkie materiały z testu.

Film z kamerki HD wypadł najgorzej z powodu zadymienia obiektywu: http://rakiety.pomorze.pl/filmy/hybridS ... y.robw.m2t (110 MB)

Film z bunkra: http://rakiety.pomorze.pl/filmy/hybridS ... unkier.mov

Film rejestrujący manometr: http://rakiety.pomorze.pl/filmy/hybridS ... 2.mano.avi

Film z dwóch ujęć: http://rakiety.pomorze.pl/filmy/hybridS ... ob.and.avi

Powodem problemów z odpaleniem podgrzewacza była średnica portu wynosząca 50mm. Dwukrotnie wprowadzane zapłonniki fabryczne nie trafiały w pastylkę p.cz. o srednicy 30mm. Dopiero wiązka trzech zapłonników ułożonych w "kotwicę" spowodpowała zapłon, stało się to jednak przyczyną opóźnienia uruchomienia zaworu. Na ostatnim filmie widać błysk wewnątrz stanowiska, po którym doszło do uruchomienia silnika. Okazało się, że wiązka zapłonników nie została wydmuchana z komory spalania przez podgrzewacz (jak w teście 1), przewody stopiły się i doszło do zwarcia akumulatorów. W ujęciu na dyszę widać jak zaczyna dymic izolacja polietylenowa na przewodach od zapłonników. Zwarcie zmostkowało zasilanie przed silnikiem przekładni i dopiero po przepaleniu się przewodu (błysk) prąd popłynął przez silnik przekładni. Do następnego testu w obwód zapłonnika wstawimy bezpiecznik topikowy.

Zgodnie z oczekiwaniami ziarno paliwa spaliło się stabilnie i wyszło z testu bez szwanku. Wykres ciągu przedstwawia rysunek poniżej:



Niestety z powodu temperatury utleniacza test odbył się przy ciśnieniu zbiornika 40[bar]. Ciśnienienie spadło więc o 15% względem testu 1.
Pociagnęło to za sobą spadek ciągu głównego o około 12% i spadek impulsu całkowitego o 14%. Poniżej porównanie obydwu testów:



Niestety powiększenie powierzchni spalania nie wpłynęło w warunkach testu na poprawienie współczynnika utleniacz/paliwo. Udział N2O w teście wyniósł aż 91,4%.

W kolejnym teście nr3 podniesione zostanie ciśnienie w zbiorniku do około 60 bar przy zachowaniu wszystkich innych parametrów tego testu.

pozdr

[przemo]

Gratulacje dla Pomorza za kolejny owocny test !

Czy moglibyście podać kilka dodatkowych informacji:
- jakie są wymiary wewnętrzne tej butli 9L od akwalungu? (szczególnie średnica wewn, kształt i wymiary dna)
- jaka jest minimalna średnica przelotu przez którą N2O wędruje do komory paliwowej?

pozdrawiam
Przemo

[kermit]

Ksp

Przede wszystkim to serdecznie gratuluję sukcesów.


Jak widzę na końcu testu z dyszy wycieka jeszcze ciekły podtlenek.

Zastanawia mnie zwłaszcza duży nadmiar utleniacza. Zdaje się, że to jest problem z którym próbujecie walczyć.
Może należałoby dać jako paliwo wkład ołówkowy do kominków?
Trochę to może śmiesznie wygląda, ale spróbuję to uzasadnić.
Głównym składnikiem proponowanego ziarna paliwa są trociny sklejane melasą. Zapłon drobin trocin odspaja je od ziarna i wówczas dalsze spalanie odbywa się już nie na powierzchni ziarna, a w strumieniu gazów i kropel utleniacza.
Następuje wówczas znaczne rozwinięcie powierzchni spalania. Powierzchnia ziarna jest dość ograniczona, natomiast powierzchnia zawiesiny drobnych ziaren jest duuużo duuużo większa.

Według mnie najlepsze byłoby zastosowanie zamiast trocin drobnego węgla drzewnego, a to z powodu tego że jednak celuloza jest węglowodanem i niepotrzebnie wprowadza do spalin wodór. Poza tym czarny kolor zintensyfikuje przekazywanie ciepła od płomienia przez promieniowanie. Co do spoiwa to chyba najlepszy byłby pak albo kalafonia, ze względu na niską temperaturę topnienia i przez to ułatwione uwalnianie rozgrzanych ziaren.


Ps. Dawno się nie odzywałem bo niestety warunki zmusiły mnie do zagranicznych wojaży.
Teraz też siedzę na walizkach i w każdej chwili mogę zniknąć z kraju, niemniej będę ten temat śledził.

[Adam]

Witam!
Po pierwsze, gratulacje! Dobrze zagadał, nie przepaliło komory a problemy z zapłonem są do pokonania.
Teraz z cyklu nie znam się więc się wypowiem :
Nie wiem czym jest zbrojone paliwo ale wydaje mi się, że przesadziliście z odpornością termiczną/mechaniczną. Parafina, stearyna czy ogólnie woski spisują się dobrze w hybrydach ze względu na dużą prędkość spalania. Ta wynika właśnie z efektu, o którym pisał Kermit - porywania cząstek paliwa i spalania w komorze a nie tylko na powierzchni ziarna. Żeby ten efekt miał miejsce ziarno musi jednak ulegać stopieniu wewnątrz kanału i musi dać się porywać przepływającemu podtlenkowi (lepkość i napięcie powierzchniowe!), wówczas pali się nie tylko powierzchnia ale i kropelki w objętości komory. Wydaje mi się, że Wasze ziarno jest "za mocne" i stąd efekt ubogiej mieszanki.
Pozdrawiam!

[jaskiniowiec]

Reasumując:
Paliwo stałe ma się zachować prawie jak paliwo ciekłe.

[kermit]

Ksp

W zależności od zastosowanego paliwa wychodzą różne udziały utleniacza.
Zakładając optymalne spalanie ( C --> CO + CO₂ oraz H₂ --> H₂O ), wychodzi:

Paliwo / Utleniacz [%/%]

Węglowodory ( Parafiny, paki, smoły ) 11,3 / 88,7

Węgiel ( czysty ) 15,4 / 84,6

Węglowodany ( celuloza ) 30,2 / 69,8


Jeśli więc zastosowane jest paliwo na bazie węglowodorów to czy jest sens zabijać się o 5,4% N₂O?

[admin]

Jutro pomiędzy godziną 12:00 a 13:00 kolejny test silnika.
Można go zobaczyć na żywo tutaj: http://rakiety.org.pl/index.php?option= ... Itemid=149

Niestety dokładna godzina nie jest znana.

[robercik]

Cześć

Czy moglibyście podać kilka dodatkowych informacji:
- jakie są wymiary wewnętrzne tej butli 9L od akwalungu? (szczególnie średnica wewn, kształt i wymiary dna)
- jaka jest minimalna średnica przelotu przez którą N2O wędruje do komory paliwowej?

Oczywiście. Średnicy wewnętrznej nie ma jak zmierzyć, natomiast zewnętrzna to 140 [mm], ściankę oceniam na 4-5 mm. Dno ma kształt wycinka kuli o znacznie większej średnicy na przykład 0,5 m. Średnica przelotu jest stała i wynosi 15 [mm] tak jak światło kuli w zaworze.

Jak widzę na końcu testu z dyszy wycieka jeszcze ciekły podtlenek.

Zastanawia mnie zwłaszcza duży nadmiar utleniacza. Zdaje się, że to jest problem z którym próbujecie walczyć.

Może należałoby dać jako paliwo wkład ołówkowy do kominków? Głównym składnikiem proponowanego ziarna paliwa są trociny sklejane melasą. Zapłon drobin trocin odspaja je od ziarna i wówczas dalsze spalanie odbywa się już nie na powierzchni ziarna, a w strumieniu gazów i kropel utleniacza.

Miło Cię Kermit znowu widzieć na forum i od razu z pomysłami . Na filmie z dyszy kapie woda, którą używamy tymczasowo do chłodzenia dyszy. W kolejnych wersjach rozwojowych silnika dysza i komora dopalania będą chłodzone podtlenkiem ( o ile to ma sens). Komora między dyszą a korpusem zawiera 190 ml wody zdemineralizowanej, która nie dopuszcza do utraty parametrów duralowej oprawki grafitu. Na czas testu wykręcamy śrubkę, żeby zagotowana woda mogła swobodnie wypłynąć.

Na razie nie próbujemy z niczym walczyć. Obserwujemy jak zachowuje się napęd hybrydowy żeby lepiej zrozumieć i poczuć w czym rzecz.

Jeśli chodzi o porowaty materiał do nasączania, pomysł brykietu kominkowego podpowiadał mi już wcześniej Jaskiniowiec, podobnie jak użycie trocin lub węgla drzewnego. Taki silnik długo żarzyłby się, więc łatwo byłoby go ponownie włączać po kilku sekundach postoju. Takiego ziarna jednak nie użyjemy ze względu na niski ciężar właściwy. Robiłem proste eksperymenty z nasączaniem kilku różnych materiałów, między innymi płyty wiórowej, ale końcowy ciężar właściwy był gorszy niż 1 [g/cm3].
Ziarno do jutrzejszego testu posiada ciężar właściwy 1,04 [g/cm3], natomiast sama parafina to 0,91 [g/cm3].

Dobrze zagadał, nie przepaliło komory a problemy z zapłonem są do pokonania.
Nie wiem czym jest zbrojone paliwo ale wydaje mi się, że przesadziliście z odpornością termiczną/mechaniczną. Wydaje mi się, że Wasze ziarno jest "za mocne" i stąd efekt ubogiej mieszanki.

Podstawą tak jak piszesz jest to aby nie przepaliło komory. Parafina jest plastyczna więc o pęknięcie ziarna nie ma co się martwić, gorzej z uszczelnieniem przy dyszy i przy wtrysku. Kolejną wadą czystej parafiny jest zbyt bogata mieszanka. Przy ciśnieniach w zbiorniku około 50 bar uzyskuje się współczynnik utleniacz/paliwo rzędu 4 lub nawet 3. Podobne problemy sprawia asfalt, dla sorbitolu współczynnik może spadać nawet poniżej 2.

Według mnie zatem ziarno musi mieć odpowiednią wytrzymałość, dlatego zbrojenie parafiny jest dobrym pomysłem. Zbrojenie pozwala nie tylko wzmocnić ziarno, ale także poprawić uszczelnienie w newralgicznych punktach silnika, ustabilizować spalanie (zapobiec kichaniu pod koniec pracy i pluciu roztopionym paliwem), daje możliwość wielokrotnego uruchamiania, w końcu pozwala zubożyć mieszankę.
Idealnie byłoby uzyskać współczynnik 6,5 lub chociaż 7, ale jak sądzę jest to tylko kwestia doboru odpowiedniego zbrojenia dla danych warunków pracy silnika.

Jutrzejszy test nr 3 odbędzie się przy ciśnieniu zbiornika około 60 [bar] co jest jedyną zmianą względem testu nr 2 (jeśli nie liczyć zerodowanego przekroju krytycznego z 20 do 21 mm). Liczę na to, że omawiany współczynnik poprawi się.

Bezpiecznik dla układu zapłonowego został zainstalowany. Butla została podgrzana "farelką" o mocy 1 [kW] do ciśnienia 56 [bar] - nie zaobserwowano przy tym rozszczelnień hydrauliki ani efektu histerezy (po zaprzestaniu grzania ciśnienie więcej nie wzrosło).

Do zobaczenia w południe.
pzdr

[rafciodz]

Cześć

Czytam wątek i oglądam wykresy. Nie wiem czy słusznie myślę, ale:

- W pierwszym teście zwróciłem uwagę na piki. Robert napisał o pękaniu ziaren ( czyli niekontrolowanym zwiększaniu powierzchni spalania );
- W drugim teście mniejsze ciśnienie dało bardzo zbliżony wynik na wykresie.
- Chłopaki Kermit, Jaskiniowiec, Adam sugerują uplastycznienie ziarna, tak aby strumień utleniacza porywał ziarenka z powierzchni paliwa i spalał je w komorze, zwiększając tym samym powierzchnie spalania.
- Robert chce utrzymać sztywność ziarna na tym samym poziomie.

Dzisiejsza próba kontra wcześniejsze
- Wcześniejsze próby: z mocno schłodzonego utleniacza tracono energię do wyrównania temperatur: N2O z komorą i doprowadzenia do spalania obu składników
- Dziś przy zwiększonym ciśnieniu: podgrzanie butli - tak sobie sam tłumaczę - spowoduje zwiększenie temperatury wewnętrznej utleniacza - co powinno dać pewne zmiany na wykresie - nie trzeba będzie już tyle energii do wyrównania temperatur w komorze, podczas spalania, tym samym oba składniki szybciej osiągną wymagane parametry konieczne do przebiegu reakcji chemicznej w komorze. Inaczej - będą posiadały więcej energii.

Jednak jeżeli nie nastąpi wyraźna pozytywna zmiana, to chcąc zmienić osiągi i utrzymać sztywność ziarna potrzeba będzie zmienić geometrię paliwa (chyba na taką jak powstawała przy pikach z pierwszego testu).
Sądzę, że powierzchnię spalania podczas osiągania pików można obliczyć i tak zaprojektować ziarno paliwa aby było zbliżone i w trakcie spalania osiągnęło wartość przy górnych pikach.
A łącząc metodę podgrzewania utleniacza i geometrii paliwa osiągi mogą wyraźnie skoczyć.

Tyle od laika.

Jeżeli napisałem głupoty to - kasujcie szybko ten post
Pozdrawiam
Rafał

P.S
Naturalnie będę oglądał.

Skracając
Silnik na paliwo stałe: utleniacz i paliwo te same temperatury - impuls właściwy i ciąg wg założeń.
Hybryda - utleniacz i paliwo znaczna różnica temperatur - znaczna różnica impulsu i ciągu...

[andżej]

Witam,
Dzisiejszy test odwołany ze względu na pogodę.
Kolejne podejście w piątek o ile znów nie będzie niespodzianek pogodowych.

Przepraszam i pozdrawiam
Andżej