Større værktøj
Måske i burde skalere jeres værktøj også- F.eks.: http://www.altimaskiner.dk/ads....htm
Rumfart på den anden måde
Hvordan bygger man en bemandet rumraket? Peter Madsen, kunstingeniør og Kristian von Bengtson, rumfartsarkitekt.SENESTE INDLÆG
EMNER
Skalering - at skifte størrelse - er noget underligt noget...
Der var engang - da deres hengivne blog skribler - boede på kollegium. Det lå i Albertslund, og var ganske spøjst indrettet.
To dæk med værelser delte en gang, som til gengæld var næsten 20 meter lang og hen ved fire meter bred på midten.
Jeg ved ikke hvorfra arkitekten fik den ide - men da jeg kom til blok 2Ø og værelse 241, stod det mig omgående klart at her kunne bygges balloner - en dag meget store balloner.
En sommer dag satte min ven Henrik Nissen og jeg os så for at bygge en varmluftsballon. Ikke af silkepapir som vores forældregeneration og ikke 30 x 50 cm - men på 50 m3, og formet i den såkaldte "zero horisontal stress" form som alle moderne varmluftballoner bruger.
Det gik fint. 
Vi opdagede at varmetabet pr. m3 i det ret store ballonhylster var meget beskedent i forhold til en lille ballon. De 50 m3 gav os et lift på ca. 5 kg ved en hylster temperatur på 70 C, og det kunne vi nå med en 1200 w føntørrer. Folien vi lavede den af var 0,025 mm tyk, så den vejede næsten intet og kostede 50 øre pr m2.
Så kom ideen om at bygge den endnu større. Vi opdagede hurtigt at prisen pr indesluttet m3 steg alt andet end lineært med volumen, ligesom den effekt der skulle til at holde den på 70 C også fladt drastisk med volumen. Kort sagt, der var kun fordele ved størrelsen.
Det her endte selvfølgelig dejligt galt !
Min back yard balloning karriere kulminerede ved en hylster størrelse på 1200 m3. Det var små forsøg af højst et par dages varihed. Men nu var føntørreren blevet til selvbygget propanbrænder komplet med det hele - og et lille sæde gav mulighed for at en modig pilot kunne flyve en solotur.
Claus Nørregaard med gondol / brænder systemet.
Hylsteret var stadig af billig PE folie, omend det var lidt kraftigere. Ved en lav nok hylster temperatur holder PE faktisk udemærket.
Man aner propanbrænderen er tegnet af en dengang ex raketbygger...
"Min" var det heller ikke mere - som altid var det kun praktisabelt ved at invitere til teamwork. Den uofficielle arbejdstitel var: kan tre gode venner bygge et bemandet luftfartøj på tre dage ?
Dette er det sidste officielle billede af 1200 m3 ballonen.
Svaret er et betinget ja, men jeg kan desværre ikke dele med jer hvordan det gik - men jeg kan helt sikkert sige at ballonsagen åbnende mine øjne for fænomenet skalering. Det er meget nemmere end man tror.
De fleste vil nok ønske sig en verden hvor problemer og omkostninger stiger i en høj potens med størrelsen. På den måde vokser træerne ikke ind i himlen, og man kan altid sige - flyv ikke højere end vingerne bær - det tjener os bedst ved jorden at blive. Det er så rart og trygt på den måde.
Men - praksis viser noget andet.
Kraka er en lille diesel elektrisk undervandsbåd på 6.5 ton. Hun blev bygget for en meget stor del af Claus Nørregaard - og med undertegnede som en spændt og villig hjælper. Kraka var umådeligt kostbar i arbejdstimer - meget af hendes udvendige struktur er TIG svejst og omhyggeligt tildannet. Hun er en rigtig mini - og det har den fordel at i det relativt lave vand i Øresund hvor hun sejlede - passer hun ligesom i skala.
Når Kraka var tryksat kunne dykkere passere frit ud og ind gennem denne sluse. Ret sjov feature.
Nautilus er en større diesel elektrisk undervandsbåd på 34 ton. Hun kostede reelt mindre at bygge en Kraka - og i kraft af sin størrelse kan hun vedligeholdes. Kraka måtte på teknisk museum efter en karriere der ikke var længere end byggetiden, alene fordi hun var så lille at man ikke kunne vedligeholde hendes ballasttanke og trykskrog. Nautilus derimod har den ene fordel at alt kan tilgås gennem mandehuller eller håndhuller. Derved bliver vedligehold og inspektion mulig - og hun vil sikkert leve mange år frem af samme grund.
Miniubådene var lidt ekstreme at arbejde i. Det blev de, målt i arbejdstimer og fysisk smerte, ret kostbare af.
Læren af ubådene var klar - mini koster dyrt. Hvis vi fik penge for at bygge dem ville Kraka koste mindst tre gange så meget pr kg. Hun ligner en million og sejler som en drøm, men hun kunne ikke vedligeholdes. Al service er fysisk smertefuldt i det ekstremt trange fartøj. I Nautilus går man rundt oprejst og kan arbejde under menneskelige forhold. 
Samme sted bare i Nautilus - Jens Falkenberg og Claus Nørregaard instalerer akkumulatorer. Samme sted i Kraka var ø 60 cm. Dette var
meget nemmere i stor skala end lille.
Så til raketterne.
HEAT 1X var ca. 100 gange større end "normale" amatørraketter hvis vi kikker på masse. Hvis vi kikker på diameter er det en fem - ti gange større volumen. Bygningen af den - f.eks. drejningen af dysen - som f.eks. tog en dag - og fremstillingen af alle dens komponenter var på ingen måde 100 gange større job. Det var ikke noget enormt stykke arbejde - for størrelsen gjorde at alt det besvær man normalt har med at miniatyrisere ting og sager gik væk. Elektronik sektionerne var nogen af de allermest komplicerede - og det var simpelthen fornøjeligt at se Thomas Sherrer komme med ganske almindlige standard elektronikasser som han monterede på indersiden i sektionen. de sad i en ring - med batterierne i midten - og alt kunne forbindes på kryds og tværs hen over denne midte. Jeg selv havde det lige så let i den sektion hvor mine komplicerede ting sidder - halt almindelige industrikomponenter kunne monteres med masser af plads.
Da vi testede selve motoren opdagede vi endnu et skaleringsfænomen. Det meget større volumen af brændkammeret i forhold til dyse kværken gør at forbrændingen får længere tid at foregår i. Derfor når den at blive mere fuldstændig og derfor stiger den gasudvikling der er formålet med det hele. Det betyder lidt højere brændkammertryk - netop så meget at trykfaldet over injektoren kom ind i det kritiske område hvor forbrændingen bliver ustabil.
HEAT´s 9.5 Hz sving er simpelthen et udtryk for at den er mere effektiv - og at hendes designere har været for konservative og antaget gasudviklingen pr kg er som på en HATV.
Det ved vi nu, så næste generation af HEAT kan få justeret dette, så svingningerne bliver mindre.
Et andet eksempel er dysen. En given driftstilstand giver måske en dyse erosionsrate på 0,5 mm sek. Det vil sige dysen forandrer sig og øges med 1 mm pr sekund. Det er meget kritisk med en 15 mm dyse, med det er ret ligegyldigt med en ø 210 mm dyse som HEAT´s
Vi har en formodning om at der kommer et punkt hvor vi skal gøre det igen - tage et skala hop en gang til så von B´s nye store kapsel kan få en løfteraket. Det kunne gøres ved at lave en klynge af HEAT raketter - men det vil formentlig ikke kunne betale sig i arbejdstimer. Mere sandsynligt er det at vi bare indkøber noget større rør og støber noget mere gummi. Som tilfældet med HEAT vil vi givet vis lave statiske test af nogle sekunders varighed, og så tage turen ud og flyve denne maskine. Vi er i øvrigt ikke bundet til de 2 meters diameter som vores nye kapsel laves - von B vil sikkert mindske diameteren - men lave alle delene på samme måde. En diameter på f.eks. 1,6 meter koster kun det halve i startvægt etc. end en diameter på 2.0 meter. Så skal man sidde som en kosmonaut i en Soyus, med bøjede ben - men hvis russerne kan...
Skalering er meget anderledes end folk i almindelighed tror. Nogen gange gør det det hele meget værre, men overraskede ofte - bliver det hele meget nemmere af at størrelsen kommer op.
Selvfølgelig er jeg skrækslagen ved tanken om den raket der skal til at flyve den store kapsel - og så alligevel ikke. Al erfaring siger - det kan vi godt, og det bliver måske endda overraskende nemt når man kan gå ind i brandkammeret...
Peter Madsen
Sorry!
Jeg må indrømme at jeg er svært imponeret af, at du tør bringe endnu en historie på banen, der involverer en føntørrer. Var dén også fra Føtex? :-)
Re: Sorry!
Ha, de bruger såmænd også tapetafdampere til at holde tankene varme i den kolde tid. Det er ikke fantasi de mangler derude :)
28. jan 2012 kl 22:16
Re: Sorry! - næææ det er en damprenser
Det lyder meget finere :-) Princippet er det samme den producerer bare mere damp.
Den er det ultimative hit til at varme alle former for beholdere op. Kombinationen af damp igennem en omviklet haveslange giver masser af varme fra sig. Uden den rare dims ville trykket til rådighed i lattergastanken til sidste test have været lavere.
Derudover bruger vi også højteknologiske varmetæpper fra Jysk. Sammen med rigelig isolering er de perfekte til at holde diverse beholdere med flydende produkter frostfri og på den rette konstante temperatur :)
29. jan 2012 kl 11:12
Stor raket
@Peter Madsen
Stor raket lyder spændende.
Kan det bedst betale sig med en 2. trins raket til at løfte Tycho DS, eller er det nemmere bare at skalere op?
Ulempen må være at en stor raket så får mere vægt at løfte på hele vejen op til separationen imellem den store raket og Tycho DS i forhold til en 2 trins raket.
Hvad er egenlig prisen i arbejde og materialer (incl LOX og PUR) for at lave?:
a) en stor raket
b) en 2 trins raket, hvor trin 1 flyver langsomt i den nederste tykke atmosfære
Jeg har bemærket at 2. trins raket er mindre KISS princip end 1 stor raket, men en 2 trins raket ser mere fantastisk ud.
/Lars
29. jan 2012 kl 12:47
Re: Stor raket
@Peter Madsen
Stor raket lyder spændende.
Kan det bedst betale sig med en 2. trins raket til at løfte Tycho DS, eller er det nemmere bare at skalere op?
Ulempen må være at en stor raket så får mere vægt at løfte på hele vejen op til separationen imellem den store raket og Tycho DS i forhold til en 2 trins raket.
Hvad er egenlig prisen i arbejde og materialer (incl LOX og PUR) for at lave?:
a) en stor raket
b) en 2 trins raket, hvor trin 1 flyver langsomt i den nederste tykke atmosfære
Jeg har bemærket at 2. trins raket er mindre KISS princip end 1 stor raket, men en 2 trins raket ser mere fantastisk ud.
/Lars
Måske er der nogen svar på dit spørgsmål fra en lidt tidligere artikel d 24 januar. http://ing.dk/artikel/126089-b...det.
mvh
29. jan 2012 kl 21:09
Stor dyse/flere dyser
Peter, du må skrive den bog en dag. Du bliver jo ved med at komme oplysninger om tidligere projekter gang på gang der kunne være spændende at vide mere om.
Som jeg forstår, så snakker du denne gang om at støbe i hele rakettens diameter (1,6m), istedet som tidligere omtalt at have en stor tank og så have flere dyser af HEAT størrelse.
Hvilke fordele/ulemper er der ved de 2 løsninger?
Vil PUR have en max for hvor stort man evt. kan støbe den?
Mvh
Morten Christensen
Re: Stor dyse/flere dyser
Der er vel også en grænse for hvor stor en raket den nuværende Sputnik kan bære, og dermed launche? Den dag, hvor der bliver brug for en større Sputnik kan alle vi uden svejse certifikat måske få et lille job ;)
29. jan 2012 kl 22:23
Re: Stor dyse/flere dyser
Det er der allerede gjort nogle tanker om :-)
FLMP
http://ing.dk/artikel/121204-s...5643
Spændende projekt i sig selv, synes jeg
29. jan 2012 kl 22:34
Re: Stor dyse/flere dyser
Ups..direkte link
http://ing.dk/artikel/121204-s...over
Square/cube law
Den vigtigste "naturlov" ved skalering er, at rumfang stiger kubisk, mens tværsnit og overflade stiger kvadratisk.
Det betyder f.eks, at store balloner kan rumme mere gas pr. kvadratmeter overflade, og at de taber varmen langsommere, da varmetabet sker i overfladen. Ganske som du beskrev.
Men der er også en negativ effekt: Styrken af en massiv cylinder er nogenlunde proportional med dens tværsnit, mens vægten er proportional med rumfanget. Så hvis man skalerer en massiv cylinder op til dobbelt størrelse i alle retninger, bliver den otte gange så tung og kan belastes fire gange så meget. Men på grund af vægtstangsprincippet, bliver belastningen i dobbelt længde dobbelt så stor. Så reelt vil den otte gange tungere cylinder kun kunne bære dobbelt så meget. Det er derfor, at et spaghetti på 30 cm. sagtens kan bære sin egen vægt (og lidt til), hvis man understøtter det i enderne, mens en ti gange så lang og ti gange så tyk pastastang ville bryde sammen under sin egen vægt.
Så "gratis" skalering går kun op til en vis grænse -- så begynder materialestyrken at blive for lille i forhold til materialets egenvægt. Så kan man skifte til stærkere materialer (kulfiber i stedet for melpasta) eller lave strukturer, der øger styrke i forhold til vægt, f.eks. hule rør i stedet for massive cylindre, bikagestrukturer i stedet for massive plader m.m. Men det går igen kun op til en vis grænse.
Groft sagt er der til en given struktur i et givet materiale en ideel størrelse. I har endnu ikke oversteget den med jeres raketter, men når I gør, skal I være forberedt på at skulle nytænke konstruktionen for at øge styrke/vægt forholdet.
30. jan 2012 kl 11:15
Man bliver jo vældig nysgerrig
Svaret er et betinget ja, men jeg kan desværre ikke dele med jer hvordan det gik
Hey! Kan du så ikke i det mindste fortælle HVORFOR du ikke kan dele det med os :-)
/Kristian
Svar...
Kristian,
Den gang var det SLV´s ansvar at sikre at der ikke bliver bygget ukontrolerede luftfartøjer i Danmark og i dag er det en afdeling af Trafikstyrelsen. Det er sikkert forbundet med bøde eller hæfte at flyve såden en ballon, uanset om det kan, eller ikke kan, medføre fare for trediemand.
Torben,
Bliver en bils masse større når den kører hurtigt - ja - alle ved at
E = MC^2 men løser men dette mht. M og indsætter en bils masse ved 30 m/s kan man se det er vigtige hvis der sætter sig en myg i køleren.
Hvis vi byggede exceptionelt større raketter ( langt større end Saturn V ) er der nogle effekter der ville ramme os, men ikke før.
Så du har naturligvis ret...men i praksis...
Raketter - som vi bygger - er alt primært trykbeholdere. For trykbeholdere gælder at vægt til volume forholdet ikke afhænger af størelsen. En lille trykbeholder der vejer 3 kg og rummer 1000 ltr gas ved 200 bar, kan modsvares af en stor trykbeholder der vejer 30 kg og kan rumme 10.000 ltr
gas ved 200 bar. De hhv 1000 og 10000 ltr er det volume gassen antager ved 20 C / 1 bar. Gassen er en idealgas ( N2, O2,H2,He etc ) som ikke fordråbes.
Strukturelt er det en stor fordel. Vores raketter oplever ikke at de som en søjle kan kolapse under accelerations last. Tværtimod - HEAT og HATV er udsat for ret store krafter som hiver i dem - og prøver at gør dem længere.
En HEAT 2X f.eks. som har 300 kg nyttelast og accelererer med 3 g er udsat for en kompression på 300 kg x 3 g = 900 kg. med ed 24 bar i tanken er trækket fra trykken i dens tank 3150 cm2 ( dens vandrette tværsnit ) x 24 kg /cm = 75600 kg. Kort sagt - raketten er træklastet som en wire, ikke tryklastet som en søjle.
Denne effekt bliver i praksis ikke mindre med størelsen.
Peter Madsen
30. jan 2012 kl 16:52
Re: Svar...
Bliver en bils masse større når den kører hurtigt - ja - alle ved at
E = MC^2 men løser men dette mht. M og indsætter en bils masse ved 30 m/s kan man se det er vigtige hvis der sætter sig en myg i køleren.
Så længe du holder dig under 42.000 km/s er masseforøgelsen under 1% og derfor ikke noget, du behøver at bekymre dig om ;-)
Mener du ikke E = ½ m * v^2 ?
PS. Jeg havde ellers lovet ikke at kommentere yderligere; men det her er altså et ingeniørforum. Sorry.
Tak,
Carsten, vi vidste du ville komme tilbage og du er ret, der er lige en brøk foran i Einsteins berømte formel. Det gør dog ikke argumentet dårligere.
Mvh.
Peter
30. jan 2012 kl 17:20
Re: Tak,
Carsten, vi vidste du ville komme tilbage og du er ret, der er lige en brøk foran i Einsteins berømte formel. Det gør dog ikke argumentet dårligere.
Du forveksler altså Einstein/Lorentz med Newton.
c er lysets hastighed på ca. 2,998*10^8 m/s. E = m*c^2 er den energimængde, der fremkommer ved omdannelse af masse til energi, som det f.eks. sker i solen eller i en atombombe.
Det er rigtigt, at massen stiger med hastigheden; men det er uhyre lidt. Den såkaldte Lorentz faktor er 1/sqrt(1 - v2/c2), så du skal helt op på 42.000 km/s for bare at se en 1% stigning, og ved 30 m/s har du nok ikke cifre nok på lommeregneren til at se nogen forskel.
E = ½ m * v^2 er den kinetiske energi ifølge Newton.
30. jan 2012 kl 21:05
Kapseldiameter
Der er vel ingen grund til at kapslen ikke kan rage ud over raketten?
jo,
Det er af æstetiske grunde ikke en mulighed. De design hvor det bringes til at se pænt ud ( Ariane 4 ) har meget større L/D forhold end det vi kan tillade os.
Carsten,
Altså for dælen det er jo Einstins formel E=MC^2 og formlen for kinetisk energi der sat samme giver at man faktisk øger sin masse når man bevæger sig. Det var det mit argument gik på. Så jeg havde husket rigtigt, og nej der er ikke nogen brøk foran.
Det jeg ville med det var at vise at selvom noget rigtigt ( relativistiske effekter ) behøver det ikke at have praktisk betydning. Det gælder også for skalering af raketter at hvis de bare blive store nok vil de blive mast under deres egen vægt - men det sker ikke i vores skala - eller noget vi kan drømme om.
Peter Madsen
30. jan 2012 kl 22:49
Bigger is just better
Regards
H.Val
spaghetti
Torben !! det er jo genialt..
spaghetti er nok den fedeste analogi for skalering jeg har hørt,
det kan enhver jo forstå, den skal jeg huske til ungerne :-)
Jeg skal elleres love for at der også er skaleret lidt op i hjemme lab her.
normalet levere vi elektronik grejer til en raket og et rumskib,
men denne gang er der "bestilt" grejer til hele 4 små og en stor,
dvs der bliver lavet 5 sæt, + 1 i reserve,
Re: Bigger is just better
Regards
H.Val
Dem der siger størrelsen ikke betyder noget, er ofte dem, der selv har en lille "raket" ;o))
mvh Flemming
31. jan 2012 kl 12:10
Re: jo,
Altså for dælen det er jo Einstins formel E=MC^2 og formlen for kinetisk energi der sat samme giver at man faktisk øger sin masse når man bevæger sig.
Det er nu ikke sådan, det hænger sammen. Først kommer man frem til Lorentz faktoren ud fra Lorentz transformationen, og kan så ved at forudsætte masse- og impulsbevarelse i et uelastisk stød bevise, at faktoren også gælder for masse. Det har intet med hverken Einstein's formel eller kinetisk energi at gøre - se denne udmærkede link: http://www.matlex.dk/relativi....html og specielt afsnittet "Massefunktionen".
31. jan 2012 kl 13:18
autoskalering
glem endeligt ikke at uddybe begrebet autoskalering :)
31. jan 2012 kl 19:12
Launch Campaign PromISSe, Video fra ESA
PromISSe launch campaign in 3D : http://www.youtube.com/watch?v..._cwk
Hint: 3D kan slås fra: klik på kanppen mærket "3D" i rammen af video, og vælg "Disable 3D", siden skal måske genindlæses før det virker.
01. feb 2012 kl 09:26
Skaléring...
Her er måske lidt som CS-Guidance kan skalere op:
http://www.bbc.co.uk/news/tech...0107
01. feb 2012 kl 09:49
Re: spaghetti
Thomas Scherrer:
Torben !! det er jo genialt..
spaghetti er nok den fedeste analogi for skalering jeg har hørt,
det kan enhver jo forstå, den skal jeg huske til ungerne :-)
Nu, da du hoerer til elektronikgruppen, skal man maaske lige understrege, at spaghettien ikke skal koges foerst.
Kh Niels
Poolen, Maspalomas
Log ind
Ingeniør-job »
- DTU, Campus
- Projektleder
- Rambøll
- Planner (Project Manager Assistant) til nyoprettet projektafdeling
- Mogens Pedersen, Nyborg A/S
- Erfarne ingeniører til havnebygning
- Siemens Wind Power A/S
- Technology Engineer, Mechanical Systems
Kursus & Efteruddannelse »
- 4D Konsulenterne A/S
- Visual Basic (VB) .NET 3.5-4.0 Grundlæggende
- Dansk Konstruktions- og Betoninstitut
- P244 Beregning af betonkonstruktioner ved hjælp af elastiske Finite Element programmer
- Byggecentrum
- Energirenovering af bygninger
- VIA University College
- Det digitale byggeri 6 uger hold 2
- Seneste nyt
- Mest læste
- Debatterede
00:01
- Tyske simuleringer afslører Concordia-kaptajns løgne
- Amerikanere tester benzinmotor uden tændrør
- 32 meter lange modulvogntog har kurs mod Danmark
- Kina vil øge den kunstige nedbør betydeligt
- Live-tv: Dragon-kapsel koblet til International Rumstation
- Launch Escape System og Den store Booster
- Se den 32 meter lange lastbil
- Revolutionerende byggesystem indstillet til Produktprisen
- Sådan laver man: En spade
- Det nye Rigshospital til 1,85 mia. kr. skal sno sig langs Fælledparken
36
DEBAT »
- 36
- 1
- 119
- 40
- 22
- 55
- 1
- 4
- 5
- 17
