Ydre krans
Er det optisk bedrag eller er den yderste krans ("fælgen" på "hjulet") brænd tynd i faretruende grad?
Rumfart på den anden måde
Hvordan bygger man en bemandet rumraket? Peter Madsen, kunstingeniør og Kristian von Bengtson, rumfartsarkitekt.SENESTE INDLÆG
EMNER
Det er definitivt - HEAT 1X TYCHO BRAHE missionen letter 30. august 2010
Kære læsere,
Vi har regnet og studeret - kikket på kurver og overvejet - og resultatet er nu definitivt - HEAT 1X missionen letter tidligt om morgenen 30. august 2010.
Copenhagen Suborbitals har indtil nu været en "byg rumskib og lav statisk test klub" Det slutter nu. Med alle vores erfaringer fra prøvestanden i kufferten skal vi nu ud på vandet og forsøge at gennemføre en opgave som enhver med kendskab til offshore arbejde vil have stor respekt for.
Vores MLP eller "mobile opsendelses platform" skal bygges færdig og søsættes. HEAT 1XP løfteraketten skal flight modnes med finner og faldskærmsektion - og TYCHO BRAHE rumskabet skal have sit sidste lag varmeskjold på. Alle komponenter er langt fremme i produktionen - nogle er næsten færdige og nogen kræver lidt mere arbejde.
CS har siden vinter fået en del gode folk ind under vores supersoniske vinger - folk som kan prioritere sådan så der er god tid til CS - og som er godt inde i det hele. Vi kan lykkes hvis vi vil det nok. Motorarbejdet, der startede som mit personlige oneman show, er nu bredt ude på mange flere skuldre - ikke mindst Niels Foldagers.
Hvad har vi at gøre godt med ? HEAT 1X løfteraketten er jo en forkortet udgave af HEAT - og efter testen ved vi at dens sea level ISP er lige godt 178 sek, et tal som dog kan stige til omkring 200 i tynd luft eller vacuum. En fuld brændstofladning udgøres af 530 kg flydende oxygen og 360 kg polyuretan elastomer. Af dette vil ca. kun cirka 50 % af gummien brænde af - fordi LOX tanken er forkortet. Dette til trods kan vi beregne en flyve højde på over 50 km. Med en lang LOX tank nærmer vi os noget der faktisk kan løse den ultimative opgave med 300 kg til 100 km.
Den statiske test af HEAT 1XP har vis at alle motorens afgørende parametre ligger indenfor acceptable niveauer. Trykfald over injector, brændstofblok og dyse er lige i øjet som Niels beregnede dem - ISP og forbrændingseffektivitet er ok, regretionsraten er ok, og forbrændingen er smukt symetrisk. Det er afgørende vigtige er også at vores modeller for det er forgår passer flot med de eksperimentielle måledata.
Blok før burn, foto Claus Mejling.
Blok efter burn, foto Niels Foldager.
Billedet er let distortet da det er taget med speciel optik inden i selve brændkammeret. Men det viser symetrien. Det har brændt en smule hurtigere i bunden - mod dysen end i toppen. Det er sandsyneligvis en fordl da det udskyder det tidspunkt hvor småstumper af fuel vil frigøres.
Dysen bliver som forventet rygende varm under en affyring - nøjagtigt som den skal - og dog uden at overophedes. Den kan sagtens klare 25 sek hvis det er nødvendigt. HEAT 1XP er stadig meget eksperimentiel - men det er blevet et sundt design der kan fintunes til perfektion.
Løfteraketten er dog langt fra perfekt. Da von Bengtson tændte HEAT udløstes voldsomme kræfter. Motoren ydede i gennemsnit 6.7 ton trykkraft - men den middelværdi dækkende over voldsomme vibrationer. Brølet og lyset var så voldsomt at videokameraer på 180 meters afstand gik ned - og jeg ved nogle var på nippet til at løbe.
Se Sonny Windstup´s video her:
]http://www.youtube.com/watch?v=7YX-WzUMGZI[/color]
-Lyden og lyset var virkelig ondt. Vi fik også omtrent den dobbelte trykkraft i forhold til sidst. Her er målingerne som grafik:
Grafik. Flemming Nyboe.
Grafik. Flemming Nyboe.
Som planlagt lukkede HEAT automatisk ned efter 15 sek. På det tidspunkt var der ca. 30 % oxygen tilbage og 50 % af brændstofblokken. Med den givne konfiguratuin kunne vi have kørt til i hvertfald 25 sek.
Kurveformen - altså trykkraften som funktion af tiden - er nøjagtigt som vi har designet for - meget i starten når vi er tunge af brændstof og mindre senere når vi ikke vil over accelerere HEAT der nu flyver på næsten tomme tanke.
HEAT ocilerer primært ved 9.5 Hz, med en amplitude på adskillige ton. At fjerne dette er typisk en mellemting mellem voodoo og sort magi. Da trykfald over ditten og datten er okay er det mere komplicerede ting end bare at øge trykfaldet over injectoren der skal til. Professionelle ændrer typisk på injectorens huller, eller indfører diverse "baffels" - vægge der indeler brændkammeret for at dæmpe den slags. Der er langt uden for vores kapasitet at opstille brugbare modeller for vibrations dæmpning - og det ligger helt ude på kanten selv for professionelle. Man piller typisk ved et eller andet og prøver igen. Hos os og hos Lockheed Martin. HEAT er opbygget som alle andre store hybridmotorer - så det er mere sublimt end bare at komme med et råd om at enhver jo kan se at det er en orgelpipe vi har bygget.
Vi har besluttet at flyve med denne her 9.5 hz trykluft nittehammer. Det kan tage en eller ti statiske test at kvæle ocilationerne - og de data kan jeg såden set lige så vel få i luftrummet over Østersøen.
Vi vil forsøge at fjerne ocilationerne det bedste vi kan. B.la. ved at ændre på rørforingen upstreams injectoren og ved at instalere baffles i brændkammeret - men der er naturligvis ingen garenti. Ocilerer HEAT lige så voldsomt i luften kan det tænkes at få komponenter i rumskibet til at fejle. Vi krydser fingre for det ikke sker.
Jeg vil i min næste blok beskrive vores planer for opsendelsen. Men for nu - vi flyver til August venner !
Peter Madsen
23. maj 2010 kl 15:10
Indre krans
Jeg har med fascination fulgt med i jeres fremskridt de seneste måneder. Tillykke med de fantastiske ting, I har nået indtil nu, og held og lykke med jeres forehavende fremover.
Men til mit spørgsmål: Er der ikke risiko for, at der stadig er en hel del brændstof tilbage omkring midten ("navet") af blokken, når "egerne" brænder igennem?
Jeres foto af den forbrændte blok kunne tyde på det, synes jeg.
23. maj 2010 kl 15:17
Re: Ydre krans
Michael Eriksen:
Er det optisk bedrag eller er den yderste krans ("fælgen" på "hjulet") brænd tynd i faretruende grad?
Ingen af delene. Du ser kun den del af grainen, som rager udenfor polyurethan-coatingen i post-brændkammeret.
Men det er et fotooptisk bedrag, at de vandrette porte ser større ud end de lodrette. Billedet er sammesat af to optagelser, som har modsatte rettede forvrængninger. Portene er overordnet helt ens.
23. maj 2010 kl 15:52
Re: Indre krans
Peter Ockelman:
Men til mit spørgsmål: Er der ikke risiko for, at der stadig er en hel del brændstof tilbage omkring midten ("navet") af blokken, når "egerne" brænder igennem?
Jeres foto af den forbrændte blok kunne tyde på det, synes jeg.
Vi er *ikke* færdige med at analysere denne grain. Men:
Spørgsmålet har været oppe flere gange.
Først: Et multiportdesign vil altid udsmide dele hen mod slutningen. Dette design er, i forhold til et design med multiple, cylindriske porte langt mere effektivt med forbrænding af ca 85% af det medbragte brændstof fremfor kun godt 50%.
Dernæst: Den centrale port fik en en tykkere væg fordi:
1. Den med sin runde form har bedre flow- og dermed forbrændingsforhold end de trekantede porte. (Bemærk de nøglehulsformede spidser på de perifere kanaler.)
2. Den forventedes at være 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.
Nu vælger vi dog nok slet ikke at genopfylde før flight.
Punkt 2 bliver måske endnu mere aktuelt, når injektoren, som led i oscillationsbekæmpelsen, udelukkende får parallelle kanaler; og også mere centralt placerede. Det vil følgerne af flight-forbrændingen vise.
Forbrændingsraten er mindre i injektorenden, hvor også "nøglehullerne" er mindre udtalte. "Navet" forventes derfor at blive frigjort først nedadtil, hvilket er særdeles hensigtmæssigt.
Men som sagt er analysen ikke færdig. I er bare som børn juleaften, så ens gode hjerte knapt kan klare det.
Oscillation
Den trykkurve for "Chamber" der er vist ovenfor, er det trykket i headroom over grain ?
I så fald er det formodentlig en termodynamisk oscillation, hvor O2 flowets lave temperatur får forbrændingsgassen i den øverste ende (eller næsten hele længden af - ?) grain til at oscillere i en cyklus af temperatur/tryk skift ?
Tænk på hvorledes vandindsprøjtningen i en dampmaskine får dampen til at kondensere til et næsten vacuum...
I så fald burde foropvarmining af O2 være kuren.
Alternativt, en injector per cavity og intet headroom (for at fjerne resonanskammeret) men der vil stadig være tryk-afsmitning imellem injektorene, med risiko for resonans...
Poul-Henning
PS: Prøv at kontakt B&K, de ved (vidste ?) en masse om kroppens resonansfrekvenser. Det forekommer mig at ca. 10Hz er et af de rigtig dumme frekvensbånd, noget med både nakke, nyre og lever resonanser...
23. maj 2010 kl 18:12
Dæmpning
Har i gjort jer nogle tanker om "dæmpning"?
Ares I ser ud til at have planer om at bruge Tuned Mass Absorber til dæmping. Min tanke var at bruge lyd til dæmpning, men der er jeg nok ude på ret dybt vand. Og jeg tror også det er unødvendigt til CS formål.
Re: Oscillation
Hej Poul,
Jeg bekymrer mig ikke pt om oscillationer i forhold til personen, men rumskibet... I mandags sagde jeg til Peter at rumskibet ikke kommer på HEAT1XP, hvis vi ikke får styr på oscillationerne.. Kun fordi jeg oplevede rystelserne med kameraer direkte på motoren (ikke optaget desværre) og kender rumskibet, som min egen bukselomme.. Jeg er overbevist om at rumskibet og andre systemer på raketten ikke kan klare turen.. Derfor laves der nu det fornødne på HEAT1XP, så oscillationerne forhåbenligt bliver kontrolleret, og Tycho kommer på...
Jeg vil skrive et blog indlæg om alt dette imorgen, og ligeledes beskrive kort den beslutningsprocess som Peter og havde tog mandag og tirsdag formiddag, efter testen....
Dette projekt er open source i den grad vi har tid og overskud til det... og disse interne beslutningsprocesser synes jeg er vigtige at dele med ing.dk læsere.. Derfor vil jeg gøre dette...
Ad Adstra
Flight
Kristian von Bengtson
23. maj 2010 kl 21:46
Re: Re: Oscillation
@Kristian:
Så kan det jo være at I skal sætte en "boilerplate" dummy på i stedet for dit rumskib - det er der jo også andre der gør under de første tests...
Og egentlig er det ikke det værste der kunne ske, for hvad skal testes i kapslen under opsendelsen? Faldskærmene, varmeskjoldets limning og funktion samt generel byggekvalitet (= modstandsdygtighed mod vibrationer samt strukturel styrke).
Det kan I da godt teste selvom I ikke risikerer skibet i første test.
@Niels & Peter:
Blev LOX flowet gennem hovedventilen målt mens testen kørte? Hvis flowet svinger herigennem, så trykkes LOX'en baglæns under oscillationerne, og så HAR I brug for mere tryk. Eller trykforskel mellem LOX tank og brændkammer.
Hvis flowet er stabilt, er det hele brændkammeret der svinger, og så kan I få brug for mange flere tests for at finde den rette løsning. Det bliver ikke let.
Men påfaldende var det nu at paraffin - versionen ikke havde antydning af oscillationer, selv om brændkammeret er det samme som denne gang. Jo, selvfølgelig er der et "wagonwheel" til forskel, men det burde ikke betyde noget. Måske er paraffin mere dæmpende? Eller hvad?
23. maj 2010 kl 22:24
Re: Re: Re: Oscillation
Hvis PUR forbrændes mere effektivt end Parafin, så har de over fodret motoren med Oxygen. Det har så ført til Oscillationerne.
Overfodringen medføre at brændkammertrykket stiger og derved hæmmer Oxygenflowet. Et hæmmet Oxygenflow medføre faldende brændkammertryk, som så igen medføre stigende Oxygenflow.
Løsningen må derfor være at redesigne injektoren efter det nye brændstof.
Spørgsmål til motorgruppen:
Da i testede PUR brændstoffet i HATV motoren, brugte i så den samme injektor som i Parafin HATV?
Hvis ja, var der i så fald oscillationer?
Hvis nej, hvorfor undlod at designe en ny injektor?
Jeppe
24. maj 2010 kl 09:38
Re: Re: Re: Re: Oscillation
Jeppe Nielsen:
Hvis PUR forbrændes mere effektivt end Parafin, så har de over fodret motoren med Oxygen. Det har så ført til Oscillationerne.
Vi fik eksakt det forbrug og kammertryk, som vi forventede.
Overfodringen medføre at brændkammertrykket stiger og derved hæmmer Oxygenflowet. Et hæmmet Oxygenflow medføre faldende brændkammertryk, som så igen medføre stigende Oxygenflow.
Med det transinjektorale tryk, vi havde, har vi svært ved at tro på den mulighed.
Da i testede PUR brændstoffet i HATV motoren, brugte i så den samme injektor som i Parafin HATV?
Ja.
Hvis ja, var der i så fald oscillationer?
Nej.
Hvis nej, hvorfor undlod at designe en ny injektor?
Hvorfor skulle vi?
24. maj 2010 kl 10:04
Re: Re: Re: Oscillation
Peter Lykke:
Blev LOX flowet gennem hovedventilen målt mens testen kørte?
Nej. Vi forsøgte at måle LOX-standen, men den svigtede. (Og ville ikke have haft en opløsning, der overhovedet nærmede sig f.eks. 20 Hz.)
Hvis flowet svinger herigennem, så trykkes LOX'en baglæns under oscillationerne, og så HAR I brug for mere tryk. Eller trykforskel mellem LOX tank og brændkammer.
Med det transinjektorale tryk, vi havde, har vi svært ved at tro på den mulighed.
Hvis flowet er stabilt, er det hele brændkammeret der svinger, og så kan I få brug for mange flere tests for at finde den rette løsning. Det bliver ikke let.
Det er der jo heldigvis ingen, der har lovet os.
Men påfaldende var det nu at paraffin - versionen ikke havde antydning af oscillationer, selv om brændkammeret er det samme som denne gang. Jo, selvfølgelig er der et "wagonwheel" til forskel, men det burde ikke betyde noget.
Jo, det kan sagtens betyde noget. Det er helheden i kammeret, der betyder noget, uden at man kan give én detalje skylden. Omvendt kan en anden detalje give løsningen.
Nu vil vi i første omgang ændre injektoren til udelukkende paralle kanaler. Derved er der bedre mulighed for at opnå en stabiliserende vortex.
Samtidigt vil kanalerne blive rykket mere centralt. Der har været for varmt dér, hvilket har givet højere GOX/LOX i midten. Ændring af dette forhold kan også have betydning.
(Begge dele kan gå lidt ud over den centrale port, men den er designet med tykkere væg af bl.a. denne grund.)
Om vi reducerer antal injektorkanaler en smule, er ikke besluttet.
Ved en lodret test kan dykrøret fjernes, så indløbet til injektoren lettes.
Endelig kan lodret stilling i sig selv ændre på tingene. Øget G-load ligeså.
24. maj 2010 kl 10:26
Semi open source projekt
Jeg synes det er et mega fedt projekt! En af de ting jeg allerbedst kan lide er, at i deler alle jeres overvejelser, og til dels også jeres beslutningsprocesser (Som KvB også er inde på). Det gør projektet meget vedkommende, ja nærmest intimt, hvis man kan bruge det ord i denne sammenhæng ;) Kan man få adgang til den rå data, eller vil dette udløse en flodbølge af "bedrevidenhed" der er irriterende? Jeg lover ikke at være irriterende selvom jeg kan plotte rundt med jeres data :D
/Niels, der i New Zealand fortælle alle der gider at høre på det om de her danskere der render rundt i kedeldragter og svejser en raket sammen, som de vil sende en mand i rummet med! Folk glor mistroisk på mig indtil jeg viser dem et par billeder og klip fra youtube. Så bliver mistroen forvandlet til interese :)
24. maj 2010 kl 23:38
Opsendelse den 30 August
Det lyder jo glimrende. Så mangler i bare at få nogle til at "låne" jer et Omnimax-film kamera, så vi alle kan nyde turen fra planetariet. Den plexiglas kuppel ser ud til at være perfekt til formålet!
Jeg er sikker på at der er flere der er villige til at indløse billet til den tur, og så tilmed "før" Peter!
Hvis ikke andet så er det vel værd at prøve at sælge ideen til et tv/film selskab, de kunne så passende betale for opsendelsen af 1 stk. kamera, og dermed bevise at der også er en vis finansiel fremtid for projektet!
25. maj 2010 kl 12:40
Re: Re: Re: Re: Oscillation
@Niels: Fine svar, tak for det. Når alt kommer til alt, er I eksperterne I det her, så bare klø på.
Måske kunne en studietur til Mohave komme på tale?
:)
Log ind
Ingeniør-job »
- DONG Energy A/S
- Project Management Engineer for wind farm automation
- Unisense FertiliTech A/S
- Software developer with experience in GUI development
- Unisense FertiliTech A/S
- Software developer with experience in databases and communication
- Rockwool International A/S
- Projektingeniør
Kursus & Efteruddannelse »
- 4D Konsulenterne A/S
- Business Intelligence (BI) Grundlæggende
- Byggecentrum
- DS 418 - Beregning af bygningers varmetab - 2010
- Dansk Konstruktions- og Betoninstitut
- G218 Skivebygninger og stabilitetsberegninger
- VIA University College
- Diploma in Engineering Business Administration
- Seneste nyt
- Mest læste
- Debatterede
- Se Danmark under angreb i reklamevideo om missilskjold
- Jylland under angreb i amerikansk våben-video
- En stor dag for Suborbitals !
- Tyske simuleringer afslører Concordia-kaptajns løgne
- Siemens 6 MW-mølle sætter vindkraftrekord
- 32 meter lange modulvogntog har kurs mod Danmark
- 2003-brand giver frisk revne i klumpfisk-akvarium
- Kina vil øge den kunstige nedbør betydeligt
- Se testen af Tordenskjold på video
- Succes: Ny raketmotor nåede 70 procent af maksimal kraft
9
DEBAT »
- 43
- 66
- 3
- 31
- 52
- 23
- 6
- 128
- 4
- 13
