Hvad er brændfølgen ?

Starter i med at tænde i centerhullet og lader det brænde ud til "egerne" eller tænder i alle huller fra starten af ?

Poul-Henning

Helt ærligt! Det er...

... Smukt!

Den er næsten så køn at man bliver ked af at den skal brændes af. Næsten.

Tillykke med at tingene bliver ved med at gå godt.

Peter

Re: Hvad er brændfølgen ?

Hej Poul-Henning

Starter i med at tænde i centerhullet og lader det brænde ud til "egerne" eller tænder i alle huller fra starten af ?

Det sidste. Den flydende ilt spøjtes ind i et kort for-kammer for enden af wagon wheel'et, hvor den fordamper og fordeler sig, før den blæser ned gennem alle kanaler parallelt. Formålet med kunstværket er altså alene at få et stort overfladeareal til forbrændingen.

Designet er derfor afstemt, så pizza spidserne når ind til midter kanalen, samtidigt med at de når hinanden. Dette kommer dog ikke til at ske til testen, som stoppes inden.

Venligst,
Flemming

Re: Re: Hvad er brændfølgen ?

Peter Sjøntoft,


Det skyldes alene at vi er heldige. Efter paraffin testen - som vitterligt afslørede en del problemer med det brændstof - fik jeg en indskydelse.

Gud ved hvordan det går med PUR her i Dk ?

Tilbage i 90érne udviklede jeg solid motorer for DARK, og noget af det bedste vi brugte som bindermiddel der var netop polyuretan.

Lidt research viste at der var nogle meget fornuftige produkter at finde. Epoxyen - som vi brugte til HATV tests er meget stærk - men ikke lige så fleksibel. den bruger vi derfor nu til rumkapslens varmeskjold.

Men det er et heldigt valg. At PUR i 2010 kan fås til 1 / 3 del af hvad vi gav i 1990 fatter jeg så ikke.

Det var grunden til at vir forsøgte med paraffin først - sammen med en fin kilde fra Standford som varmt anbefalede det.

Peter Madsen

Re: Re: Hvad er brændfølgen ?

Designet er derfor afstemt, så pizza spidserne når ind til midter kanalen, samtidigt med at de når hinanden [...]

Det virker ikke umiddelbart intuitivt for mig.

Hvis erosionen kan antages at være proportional med det udsatte overfladeareal ville jeg forvente at der er ganske meget af center-ringen tilbage, når egerne ikke længere har den mekaniske styrke til at fastholde den.

Groft sagt, så brænder egerne jo fra begge sider, mens navringen stort set kun brænder fra indersiden ?

Poul-Henning

Re: Re: Re: Hvad er brændfølgen ?

Sådan så det også umiddelbart ud for mig (indtil jeg tænkte mig om) ;o)

Forbruget/brændingen af "egerne" vil jo i princippet udvide det trekantede hulrum ligeligt på alle sider - eller hur ? - hvis den gør det, vil det "gå op"

Re: Re: Re: Hvad er brændfølgen ?

Peter Madsen,

Det skyldes alene at vi er heldige.

"Luck is what happens when preparation meets opportunity", Seneca (romersk filosof, midten af det første århundrede).

Jeg tror det beskriver situationen udmærket.

Peter

Re: Re: Re: Re: Hvad er brændfølgen ?

Forbruget/brændingen af "egerne" vil jo i princippet udvide det trekantede hulrum ligeligt på alle sider - eller hur ? - hvis den gør det, vil det "gå op"

Jeg forventer at der vil ske en afrunding af spidsen ind imod centrum, forbrændingen vil ikke kunne holde en så skarp vinkel intakt.

Derfor forventer jeg at egerne brænder igennem før den centrale ring.

Under alle omstændigheder er det klogt at stoppe motoren i god tid inden da, for der vil næsten med sikkerhed også være langsgående forskel i forbrændingen der kan give risiko for løsrevne fragmenter.

Jeg glæder mig ihvertfald til at se hvorledes kernen ser ud efter forbrændingen..

Poul-Henning

(Der ville have lavet kanalerne svagt koniske istedet for parallele, således at de havde lidt større overfladeareal i udstødningsenden.

Re: Re: Re: Re: Re: Hvad er brændfølgen ?

Ja - det vil der selvfølgelig, men de 3-kantede kamre skal jo også LANGT fra nå ind til midten, dels er der et hul i midten, og dels vil dette hul også udvide sig - men mon ikke (som du skriver) en empirisk test er den rigtige vej - med tidlig nedlukning vil man jo få masser af mulighed for at måle.

Mvh Flemming

(der er enig med PHK i det koniske)

Re: Re: Re: Re: Re: Hvad er brændfølgen ?

Hej igen

Jeg forventer at der vil ske en afrunding af spidsen ind imod centrum, forbrændingen vil ikke kunne holde en så skarp vinkel intakt.

Netop, og det er også udfra antagelsen om en cirkulær udvidelse, at pengene passer. I praksis vil spidserne dog nok brænde lidt langsommere, da flowet er dårligt ude i den spidse vinkel - især i starten.

(Der ville have lavet kanalerne svagt koniske istedet for parallele, således at de havde lidt større overfladeareal i udstødningsenden.

Det typiske er, at forbrænding gør dette i sig selv. Ved vores seneste test var det dog forsvindende, se tidligere blog "Rubber rocks!" (hjælp, hvordan er det lige, jeg indsætter links - kan ikke finde en syntax reference på ing.dk)

Re: Re: Hvad er brændfølgen ?

Formålet med kunstværket er altså alene at få et stort overfladeareal til forbrændingen.

Har I overvejet hvor meget overfladearealet stiger med tiden?
Kan huske fra min tid med kanoner at nihuls-krudt var optimeret til at have konstant overflade under forbrændingen, men der var der jo så også forbrænding på ydersiden, hvilket nok ikke er så praktisk i jeres tilfælde ;-)
Passer overfladeudvidelsen med jeres planer for acceleration/tid?

mvh.
Claus

Hvordan tænder man motoren?

Jeg har surfet rundt på jeres webside, men synes ikke jeg kan finde noget om det.
De er klart at når der fyres LOX ind og forbrændingen allerede er startet så kører det. men hvordan tændes kontrolleret?
Glødetråd?
En slags tændrør?
Eller sprøjter i noget hypergolisk stads ind?

MvH,

Bent.

Re: Hvordan tænder man motoren?

Jeg mener at de bruger lidt pyroteknik (elektrisk tændt 'fyrværkeri') til at starte det med.

Re: Re: Hvordan tænder man motoren?

Vores sprængningsingeniør Niels Johansen leverer fire pyrotekniske tændsatser til formålet. Det er noget ala en fontæne der brænder i ca. 10 sek.

Forbrændingen øger areal af portene omtrent som ringbølger udbreder sig - så et punkt ala et hjørne bliver til en cirkel.

Vi forventer lidt højere brændrate i centrum end andre steder pga. injectordesignet.

I X retningen af motoren - altså længderetningen kan man måle både både højere og lavere brændrate - vi har dog ofte samme brændrate i hele motorens længde inden for få procent. Det er ret overraskende men sandt.

Det er svært at give endegyldige analytiske regler for hybrid grain design - men wagon wheel formen fra billederne viser vores bedste gæt med den forhåndenværende viden og erfaring.

Peter Madsen

Re: Re: Re: Hvordan tænder man motoren?

Det er svært at give endegyldige analytiske regler for hybrid grain design - men wagon wheel formen fra billederne viser vores bedste gæt med den forhåndenværende viden og erfaring.

Har I forsøgt at simulere forbrændingen på computer ?

Hvis x-aksen er så uniform som du siger, ville det være en pragtfuld opgave i numerisk simulation for et par friske IT fyre.

Da designet er symmetrisk, kan man endda nøjes med at simulere en enkelt 'eger' og 1/12 af 'navet', rigeligt indenfor rækkevidde på en bærbar PC...

Poul-Henning

Re: Re: Re: Re: Re: Hvad er brændfølgen ?

Poul-Henning Kamp:

Jeg forventer at der vil ske en afrunding af spidsen ind imod centrum, forbrændingen vil ikke kunne holde en så skarp vinkel intakt.

Det skal den heller ikke. Tværtimod forventer vi en front bredende sig ud fra spidserne, og den vil da få lettere ved at progrediere den centrale port imøde.

Men der bliver nok nogle "stikkere" ud fra den centrale portvæg til de perifere skillevægge.

Derfor forventer jeg at egerne brænder igennem før den centrale ring.

Det er meget sandsynligt.

I princippet skal alle portene have samme hydrauliske areal. Som designet er nu, har den centrale og de perifere porte nøjagtigt samme geometriske areal. Men der er givet lidt mere væg for den centrale port at gå ud i, fordi:

1. Den med sin runde form har bedre flow- og dermed forbrændingsforhold end de trekantede porte.

2. Den muligvis er bedre positioneret i forhold til injektorens design.

3. Den er simpel at gøre større til næste test, hvis vi finder det hensigtsmæssigt. Der skal bare et større rør i den brændte kanal inden opfyldning.

Under alle omstændigheder er det klogt at stoppe motoren i god tid inden da, for der vil næsten med sikkerhed også være langsgående forskel i forbrændingen der kan give risiko for løsrevne fragmenter.

Vi forventer ikke stor forskel i den langsgående forbrænding. Men lad os slå fast én gang for alle, at der *bliver* løsrevne elementer; også selvom forbrændingen er ens fra top til bund. Det kan ikke undgås i et fler-portdesign.

Dette cartwheel- eller wagonwheel-design minimerer mængden af rest og udsmidt materiale. Et sammenligneligt 19-cylinderport design ville ved total udbrænding have en rest på 42 %, udsmide 6 %, og altså kun forbrænde 52%. Det nuværende design vil ved total udbrænding have en rest på 10%, udsmide 5% og forbrænde 85%. Og der *skal* være en rest til at beskytte kammervæggen, som vi ikke længere coater.

Vi stopper netop motoren efter 15 sek (som vi stoppede HATV-P efter 8 sek) netop for at kunne studere, blandt andet, forbrændingsgeometrien.

Jeg glæder mig ihvertfald til at se hvorledes kernen ser ud efter forbrændingen.

Det gør vi også.

Re: Re: Re: Hvad er brændfølgen ?

Claus Nielsen:

Har I overvejet hvor meget overfladearealet stiger med tiden?

Passer overfladeudvidelsen med jeres planer for acceleration/tid?

Vi har såvidt muligt designet grainen, så den passer til vores formål.

Nu er ændringen i areal på ingen måde så kritisk som ved fast brændstof, hvor det er uhyggeligt vigtigt at have den ønskede arealudvikling. Ved faststofraketter benyttes ofte et stjerneport-design, som giver en progressiv eller regressiv arealudvikling alt efter ønske. Og hvor revnedannelse eller lunker kan være katastrofale. Også fordi der er en betydende tryk-eksponent.

I hybriden er arealet fastsat efter, hvor meget brændstof man ønsker frigivet med den forventede brændrate. Brændraten afhænger af O2-fluxen, og denne falder, når portene udvides. I kammerets længde-retning falder O2-fluxen også pga. forbruget; men til gengæld stiger temperaturen og det samlede gasflow.

Med hesyn til vores formål, har vi et fald i LOX-tanktrykket i løbet af burnet. Det nedsætter LOX-indflowet. Så vi får ikke den stigende acceleration, som man ellers ser for raketter pga. massetabet. Også acceleration (liniær og centripetal) påvirker forbrændingen.

Så der er mange variable, - og dermed gode grunde til praktiske tests.

Re: Re: Re: Re: Hvordan tænder man motoren?

Da designet er symmetrisk, kan man endda nøjes med at simulere en enkelt 'eger' og 1/12 af 'navet', rigeligt indenfor rækkevidde på en bærbar PC...

Poul-Henning

Jeg er nu ikke sikker på at man lige kan finde FEM-programmer der kan arbejde med flere forskellige stoffer i flere forskellige faser, med varierende geometri og med forbrænding hvor energiomsætningen afhænger af alt muligt andet (tryk, temperatur, varmeledning til væggene, turbulens osv). Det skulle interessere mig at høre nærmere fra eksperter på området. :-)

Re: Re: Re: Re: Re: Hvordan tænder man motoren?

Jeg er nu ikke sikker på at man lige kan finde FEM-programmer der kan ...

Du vil blive forbavset hvor præcist selv en simpel model vil være.

Prøv det: start med en model hvor overflade arealet er den begrænsende faktor der styrer forbrændingens forløb.

Poul-Henning

Re: Re: Re: Re: Re: Re: Hvordan tænder man motoren?

Poul-Henning Kamp:

Du vil blive forbavset hvor præcist selv en simpel model vil være.

Prøv det: start med en model hvor overflade arealet er den begrænsende faktor der styrer forbrændingens forløb

Var det ikke mere rimeligt, at du demonstrerede, hvor let det er?

Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Hvordan tænder man motoren?

Var det ikke mere rimeligt, at du demonstrerede, hvor let det er?

Jeg ved jeg kan, jeg har gjort det før.

Opgaven er en glimrende begynder opgave, men hvis jeg graver min gamle kode frem er der ikke nogen der lærer noget nyt.

Poul-Henning

easy now...

Det jeg personligt oplever som den helt store forskel på hybrider og andre raketter er at de bare ikke eksploderer.

Jeg har haft den glæde at bruge en stor del af mit liv på raketmotorer - og rent statistisk er rundt regnet 50 % af alt bare eksploderet. Jeg er ked af at sige det - men eksperimentille amatørraketmotorer har ikke en høj pålidelighed. Det gælder i særdeleshed hvis man fokuserer på noget nær professionel performance. Dette med de 50 % er ikke bare mine forsøg - det gælder for alle eksperimentielle tests.

Hybridmotorerne er markent anderledes - okay - det er ikke altid man får helt den ydelse man håber -men motorerne ( og måleudstyret ) overlever og kan genbruges - indtil man gradvist har fået luset ud i problemerne.

Efter en faststoftest kan man ofte bare dække krateret til.

Når man har delene med hjem intakt kan man rette og køre igen - nu meget bedre.

HATV-N20 motoren gik gennem den proces - og HEAT er godt på vej. Det tager nogle skud - men det er billigt for essentielt er det kun brændstoffet man bruger.

En HEAT affyring koster rundt 30.000 kr - i rene brændstofudgifter. Vi får det ind gennem vores mange sponsorer.

Det er fuldkommen afgørende for at CS seriøst kan forfølge målet om at gennemføre bemandet rumflyving. Når jeg skriver at hybridraketter er så langt den sikreste rakettype i verden - så støttes det af al faglitteratur på området.

Det er ganske enkelt en unik mulighed vi har nu fordi denne motortype er opstået. Med gummimotoren har vi et virkeligt professionelt system - og pga. vores relativt lave krav til ydelse kan vi leve med hybridens notorisk dårligere masseforhold og laverere effektivitet. Vi belønnes i alt afgørende pålidelighed.

Optimeret gennem mange flyvninger og tests vil vi kunne opnå performance som lidt ældre faststofraketter med stål casing - ala rumfærgens SRBére og med det niveau kan vi faktisk nå langt.

Så smilet er bredt.

Skal jeg sige noget negativt er det at jeg personligt synes det er så spændende at jeg får arbejdet lidt lovligt meget - ikke mindst pga. solid opbakning i frivillig gruppen af CS.

Til efteråret skal jeg godt nok have en arbejdsfri weekend...

Peter Madsen

Denne debat

Denne debat skal burde man nok vente med til efter den 16 maj. Jeg synes det ser fornuftig ud. Jeg ville mene at det som har betydning er det flow/tryk som oxygen har igennem brændstoffet. Derfor ville jeg være enige med Foldager.

Re: Re: Re: Hvordan tænder man motoren?

Vores sprængningsingeniør Niels Johansen leverer fire pyrotekniske tændsatser til formålet. Det er noget ala en fontæne der brænder i ca. 10 sek.

Tak Peter Madsen for svaret.
Men når nu i har lavet 13 brændkamre og tænder med fire "romerlys", fordeler forbrændingen sig så rigtigt af sig selv?
Du nævnte et "forkammer", så det er måske der forbrændingen starter i virkeligheden?
Bliver det fordelt jævnt i alle kamrene?
Er kun nysgerrig, er sikker på at i har check på det.

MvH,

Bent.

Re: Re: Re: Re: Hvordan tænder man motoren?

Alle tretten kanaler starter i et stort - 100 liter - rum under injektoren. Her fordampes oxygen med varme fra forbrænding af et lag synt. gummi på vægene. Her har vi også de fire tændsatser.
Der er kun fire af hensyn til redundans. Al erfaring er at hybrider starter som død og helvede - vi er typisk oppe på fuldt arbejdstryk inden for 100 - 200 millisekunder - svarede til den tid det tager at åbne ventilen 30 - 50 % - den er typisk meget overdimensioneret for at trykfaldet skal ligge i injektorhullerne og ikke i forsyningsledningen.

Tænding af hybrider er meget enklere end faststof eller flydende. Kan man få noget pyroteknika til at brænde stabilt i nogle sekunder kan man tænde en hybrid.

Det besværlige med hybrider er egentligt kun at opnå en høj virkningsgrad - bare fordi man sender 10 kg fuel og 30 kg oxygen ind i motoren pr. sekund kan man på ingen måde regne med at det finder hinander og brænder af før det er ude i luften bag dysen.

Der ligger en udfordring - som vi løser nøjagtigt som lærebøgerne skriver - ved at have endnu et rum agter for blokken hvor intens turbolens kan blande de sager der kommer halvafbændt ud af brændkanalerne.

Sidst med synt. gummi nåede vi 75 - 80 % - men HEAT kan måske blive højere. Den har et større volume i forhold til dyse størrelsen - så gasserne står i længere tid og kan reagere færdigt.

Dette kaldes specifik længde, L* i fagliteraturen. kammervolume divideret med dyseareal = specifik længde.

Peter Madsen

Re: Re: Re: Re: Hvordan tænder man motoren?

Hej Poul-Henning,

Har I forsøgt at simulere forbrændingen på computer ?

Hvis x-aksen er så uniform som du siger, ville det være en pragtfuld opgave i numerisk simulation for et par friske IT fyre.

Poul-Henning

Ja, det gør vi. Ikke med en fuld FEM flow beregning, men udfra flow formler for dels injectoren og dysen, forbrændingsdata fra PROPEP, samt den regressions rate formel Peter opgiver i "Rubber rocks!". Vi har fittet nogle parametre i modellen til det testresultat vi fik med PUR den 28/2, bl.a. for ekspansionen af helium i LOX tanken, som hverken er helt adiabatisk eller isoterm.

Det vil måske glæde dig at høre, at det foregår i Scilab.

Re: Re: Re: Re: Re: Hvordan tænder man motoren?

Flemming Nyboe:

Ja, det gør vi. Ikke med en fuld FEM flow beregning, ...

Jeg forstod, at det var en fuld FEM model, Poul-Henning mente.

Mvh

Niels