Spectra test rapport til download

12. sep 2012 kl. 09.36

Kære læsere!

Det har virkeligt været en positiv oplevelse at skrive om dette lille projekt. De forskellige ideer bag, og de erfaringer den lille testmotor har høstet er nu gemt og kan bruges af os og andre når man designer raketmotorer med opbevarligt drivmiddel.

Når jeg skriver den slags er målet at give både de målte værdier og de praktiske oplevelser videre. At ISP var lige under 180 sek, og trykket meget tæt på de ønskede 12 bar er en ting. Men de praktiske oplevelse af håndteringen af WFNA er noget andet som er nok så vigtigt.

Det eneste jeg er ked af er at der ikke findes tilsvarende om TM65, og at det er svært at rekonstruere en rapport om den måneder efter burnout. Det jeg kan gøre ved det, er at næste gang jeg laver et eller andet projekt i CS, så følger rapporten projektet og skrives løbende.

Fordelen ved dette er at man efter testen eller opsendelsen ikke står med en stor hurdle med at finde data frem - men alle overvejelserne og tal op til forsøget er gemt og kan læses af andre i Dk eller verden.

Et er sikkert - uanset hvad jeg brygger sammen fremtidigt kommer der noget materiale ud om det - som går i dybden - så folk kan forstå og evt. reproducere det der nu er lavet. Men ikke mindst så vi selv kan huske hvad vi lavede og erfaringerne kan bruges senere.

Vi gemmer selvsagt allerede testdata, men en thrustkurve er en ting. Alle andre data, og så de lidt mere bløde, forsvinder nemt. Det kan små uformelle skiverier som dette måske ændre på.

Projekter som Spectra er mulige, og kan laves hurtigt og billigt fordi der rundt om det eksisterer det jeg kalder CS maskinen. Design og konstruktion stod jeg selv for, men da Spectra skulle ud af værkstedet og i prøvestanden kom hele CS´s system i spil, og rigtigt mange dygtige CSere bidrog til en god og lærerig test.

Debatten om WFNA vs LOX har været utrolig sober og logisk - både den del der har foregået i CS og den del der har foregået på ing.dk

Væske raketter køler sig ofte ved at de har et system der dækker kammervæggen med en film af brændstof. Det havde XLR3B, det havde TM65, men Spectra blev forenklet så den fik det ikke. Det er ikke simplet at lave, og blev derfor udeladt.

Spectra løb varm efter 8 sekunder og dens dysekværk fejlede. Det var første gang jeg prøver en væskeraket uden det besværlige filmkølesystem - og det var også første gang jeg oplevede en gennembrændning. Jeg har tit spekuleret på om jeg spildte min tid med at lave filmkøling - og nu ved jeg at det gør jeg bestemt ikke.

Kan vi lære noget at debatindlæggede? Ofte ikke så meget og ofte er det bare hyggeligt at sludre med andre om vores passion - men en gang i mellem er der nogen der rammer plet.

Se f.eks. dette indlæg:

Henrik Ishøj:

Budget for kølingen:

Er der ikke noget med, at det er svært at køle små motorer med regenerativ køling? Hvordan ser budgettet ud for den lille Spectra?

Tænker man sig, at et af drivmidlerne kan modtage så meget varmeenergi, at temperaturen når op omkring kogepunktet ved injektionstrykket?

Hvordan beregner man, hvor meget varmeenergi, der kommer fra den varme gas i motoren og gennem væggen ud i drivmidlet? Kan det passe, at det er noget i retning af MW/m2? Er gassen turbulent langs med væggen?

Hvad gør man, hvis der kommer for meget varmeenergi, så drivmidlet koger?

Hvordan ser budgettet ud?

Citat slut.

Jeg svarede ikke Henrik den gang - men kan roligt sige at hans bekymring blev bekræftet af testen. Det rigtige svar er at selv en lille motor kan fungere med regenerativ køling, men punkt opvarmningen de værste steder kan være et problem. Det er desunden ikke spor enkelt at simulere, så en praktisk test som den vi havde er tit det hurtigste for os.

Når Spectra kører igen har den fået filmkøling.

Men kan også roligt opfordre til at folk fortsat debaterer CS projekt - og at det altid er inspirende for os at læse.

Her er rapporten til download:

Den rummer også min umiddelbare konklusion på LOX vs WFNA debatten. Den er landet på LOX til booster, og WFNA til særlige opgaver hvor LOX operative vanskeligheder bliver for store. Dermed har Spectar gjort nøjagtigt det den skulle - åbnet for at vi har opbevarlige alternativer til langsigtede ting. Men det lille forsøg overbeviste mig ikke om at vi skal skifte LOXen ud med WFNA i vores booster. Til gengæld kan det noget andet - og er blevet en fin klods mere i lego kassen.

Peter Madsen

Peter Madsens billede
Peter Madsen
er kunstingeniør og i færd med at bygge en rumraket sammen med en gruppe frivillige i organisationen Copenhagen Suborbitals. Bloggen her beskriver hvordan man bygger en bemandet rumraket.

Kommentarer (53)

Jeg tror I får rigtig megen glæde af sådan en dokumentation, og måske er det i virkeligheden især CS selv der har fordelen. I er efterhånden så mange mennesker at det er en udfordring at kommunikere indbyrdes. Nu kan man bare gå hen til reolen og hive rapporten ned i kaffepausen.

Nu har jeg kun skimmet rapporten og fik mig alligevel to overraskelser og jeg synes da ellers jeg følger nogenlunde godt med: For det første havde Spectra ikke fælles trykmanifold for de to tanke, hvilket ville være indlysende for mig at se. For det andet var tankene bare pseudo-aktivt tryksatte til et starttryk på 20 bar. Jeg led af den vildfarelse at I var fået over til holde fast tryk med en reduktionsventil.

Så allerede nu har rapporten sparet jer for to dumme spørgsmål :-)

  • 0
  • 0

Super spændende, at læse den færdige rapport. Det er et godt stykke arbejde!

Personligt glæder jeg mig til, at se resultaterne af en senere test af spectra 2.0 med filmkøling og uden gennembrænding. :-)

  • 0
  • 0

Hej Peter og CS,

Tak for en meget spændende og lærerig rapport!

Efter at have læst rapporten vil jeg meget gerne høre noget om jeres brug af "film cooling". En kort google har lært mig at film cooling er "rigtig rocket science", at det blev brugt på V2 og at der stadig forskes i det. Hvordan gjorde i det på TM65 (var det ligesom på V2?) og hvad er jeres fremtidige tanker?

Hvor meget brændstof bruger film cooling i jeres motor?

Tak!!

Mvh
Steen

  • 0
  • 0

Rigtig godt at I har dokumenteret Spectra.

Under beskrivelsen af selve burnet står der: "At TBD seconds into the burn, ...".
Skal "TBD" ikke erstattes med en numerisk værdi?

  • 0
  • 0

Hello peter,
thanks for this good industry scale report. Very interesting to know more about your studies. Understand better the designs.

Please find some good link about cooling test done by the jet Pasadena laboratory on the early WFNA/aniline motors. You know it perhaps but can give more technical answer to the readers about film cooling.
http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntr...

As I read, I think on german V2 rocket motor it was arround 13% fuel used to cooling by film the chamber (reference given in one of the first edition of the G.Sutton book in 1949).

Not too much time now but will send later some links for film cooling motor rocket chamber.

François

  • 0
  • 0

Kære Peter
Jeg er ikke facebookfan af principielle årsager som ikke behøver omtale her.
Kan du skaffe en anden indgang til rapporten?
Helge

  • 0
  • 0

Rapporten ligger til download uden nogen form for login. Jeg forstår slet ikke hvordan du får blandet Facebook ind i det her.

Jeg lavede samme fejl og var lige ved at komme op i det røde felt da jeg hader FB. Men så gik det op for mig at hele rapporten faktisk er at læse længere nede uden login. Den smuttede bare på en notebookskærm med 600 pixel højde :-)

  • 0
  • 0

Har i overset den store orange download knap.
I får den ned som en fin pdf-fil, som i kan printe eller læse som i lyster ;-)

  • 0
  • 0

Har i overset den store orange download knap. I får den ned som en fin pdf-fil, som i kan printe eller læse som i lyster ;-)

Som ikke virker med mindre man har en FB- eller Scribdkonto. Helt tumpede er vi ikke.

I øvrigt er det noget rod at involvere endnu en web-platform i CS cirkuset. Ideen må altså være at konsolidere tingene og skaffe lidt overblik.

  • 0
  • 0

[quote]Har i overset den store orange download knap. I får den ned som en fin pdf-fil, som i kan printe eller læse som i lyster ;-)

Som ikke virker med mindre man har en FB- eller Scribdkonto. Helt tumpede er vi ikke.
[/quote]

Du har ret. Heldigvis kan man downloade efter at have indtastet junk mail addresse, junk brugernavn og password.

Man kan læse rapporten online uden problemer.

Mvh
Steen

  • 0
  • 0

Err, jeg downloadede nu uden login af nogen art...
Men dem der vil have rapporten finder vel ud af det, så lad os lukke den der ;-)

  • 0
  • 0

ikke noget at gøre med nogen som helt andre sites...jeg har sendt PDFen til ing.dk redaktion, og bedt dem om de ikke kunne lægge den til download fra deres site.

Hvad de så fysisk har gjort, ved jeg ikke, men jeg forstiller mig at den ligger på ing.dk, basta.

Vi kan lave et downloads afsnit på www.copenhagensuborbitals.com - men så skal jeg lige have fat i webmaster von B.

Men ikke nok den skal finde vej ud i cyberspace.

Det er ikke svært.

Peter Madsen

  • 0
  • 0

Skal jeg fjerne den? Linket ligger kun her på ing.dk. Lavede det kun for at hjælpe FB/Scribd haderne

  • 0
  • 0

Du er yderst velkommen til at have den liggende. I bedste fald tøffer den jo bare rundt på nettet - og det er netop meningen.

Raketvenner har den også - det er i skønneste orden.

Peter Madsen

  • 0
  • 0

Hej Peter

Fra testrapporten; "Concentrated nitric acid or WFNA is a clear to light yellow, fuming liquid. In concentrations from 97 –99 %it has a density of 1.510 kg / m3. It is highly corrosive, and can only be stored in glass containers."

Jeg kan sagtens forstå, hvorfor I ikke er tilbøjelige til at langtidsopbevare WFNA i en glasbeholder (selvom man nok kan få ret solide af slagsen er det stadig et skrøbeligt materiale).
Aluminiumstanken har dog den ulempe at den over tid VIL korrodere - og det er svært at vurdere graden af korrosion uden at åbne tanken.
Dermed er der en risiko for lækage ved begge løsninger, som dog i begge tilfælde er håndterbar ved de rette forholdsregler.

Men måske kunne man få det bedste af begge verdener via en coating af indersiden af en metaltank.

Uden at være specialist i overfladebehandlinger forestiller jeg mig at det er muligt at overtrække indersiden af en aluminiumstank (eller for den sags skyld en ståltank) med glas eller andre passende materialer.
Hvis porcelain kan holde til 98% WFNA uden at blive ødelagt er det det oplagte materiale.

  • 0
  • 0

Vi fikser et download afsnit på hjemmeside.. I formiddags satte jeg din rapport til download på forsiden ved nyheden om testen... :)

godt arbejde min ven...

  • 0
  • 0

Kan vel opbevares som alle murerne i danmark opbevarede saltsyre på arbejdspladserne, nemlig i glasballoner i trådbure med halm. Det gik jo som regel godt, blev ihvertfald brugt i mange år, indtil ballonerne røg hjem, og blev brugt till at lave vin i ;)

  • 0
  • 0

Concerning the combustor cooling problem:
I´m not a rocket specialist and I´m trying not to be a know-it-all, but did you ever consider an ablative coating inside your combustor?
I understand that many smaller hypergolic engines have the combustor coated with some composite material of poor heat conductivity, which burns away and protects the inside of the combustor (and the nozzle throat) from direct contact with the hot gases. IIRC the hypergolic engines used on the Apollo moon lander were designed like this.

Rgds,

Jan Krusat

  • 0
  • 0

Please ignore my previous comment about ablative cooling, as I wrote it before I read your report in full.

Jan Krusat

  • 0
  • 0

Jan, you really should read the blog archive. A LOT of things have been tried and it is all there to read. And someone should list up all those findings.

And for the question: The moon lander engine was not regen cooled with fuel running around the chamber, thus somehing needed to be done to stop the nozzle from burning.

  • 0
  • 0

glasballoner i trådbure med halm

Eller en vinballon i en halv olietønde, pakket med krøyerkugler, stenuld, glasuld eller leca - jeg er ikke kemiker, men det skal naturligvis pakkes med noget, der ikke reagerer voldsomt eller giftigt, hvis der er en læk.

En 54 l vinballon koster 3-400 kr.

  • 0
  • 0

man giver en beholder en gang teflon ? Peter Madsen

Det køber man som spraymaling hos Dupont, men det er rigtigt stads og man virkelig, virkelig have brug for det for at gide røre det med spidsen af en ildtang.

  • 0
  • 0

Først sandblæser i de overflader hvor PTFE (teflon) skal påføres, dette gøres for at skabe små mikrskopiske ridser som PTFE kan binde til.

Efter sandblæsning påføres et tyndt primer lag af PTFE, typisk fra spray dåse eller sprøjte pistol. Herefter skal delene tørres ved typisk 100-120 grader celsius.

Herefter kan der påføres et sidste lag teflon, og delene tørres igen ved 100-120 grade celsius.

Efter tørringen hæver i temperaturen til 250-270 grader celsius, hvilket fjerne uønskede tilsætningsstoffer. Tilsidst skal temperaturen op på 360-380 grader celsius for at hærde teflonen.

Typisk findes der en brugsvejledning til produktet, og som Michael ganske rigtigt nævner kan det købes hos Dupont.

I skal formegentlig bruge enten

DuPont™ PTFE TE-3875

eller

DuPont™ PTFE TE-3876

Jeppe

  • 0
  • 0

man giver en beholder en gang teflon ? Peter Madsen

Jeg tror nu nok at Peter referer til hvordan man tilføjer en Teflon belægning på en allerede svejset beholder.

Fra mig at se udelukker den nødvendige svejsning Teflon, men i kender måske til en påføringsteknik der kan bruges - altså indvendigt i tanken, når den er svejset?

  • 0
  • 0

Jeg tror nu nok at Peter referer til hvordan man tilføjer en Teflon belægning på en allerede svejset beholder.

Det tror jeg ikke. CS har vist aldrig lavet to identiske komponenter at noget som helst, måske undtaget HATV, så med en ny komponent kan man gøre hvad man vil. Men jeg mener nu heller ikke at salpetersyre som oxidator og teflon som korrosionsbeskytter er en synderlig genial ide.

  • 0
  • 0

Michael, hvorfor skulle teflon ikke være en god ide til beskyttelse mod korrosion fra saltpetersyren? Alt data jeg har kunnet finde indikere at teflon er en af de eneste overflade behandlinger der kan modstå saltpetersyre.

  • 0
  • 0

Merck kemi flesker har et teflon indlæg - en slags pakning. Mercks flasker har uden på et skrugelåg i polyetylen.

Efter et par uger med WFNA misfarves polyetylenen, og efter længere tid går den ned.

Det indikerer at det trænger i gennem teflon.

Alle prof anbefalinger er ren alumium plus tilsætning af 0.5 % HF.

Det så godt som stopper problemet. Unden HF går det dog stadig langsomt i vores skala.

Peter Madsen

  • 0
  • 0

Jeg har samme erfaring med emballage som Peter (dog kun med kommerciel koncentreret salpetersyre). Og derfor har jeg heller aldrig forstået interessen "storable" raketter. CS er ikke en slyngelstat og har intet behov for at kunne affyre med 15 minutters varsel. Alt er alligevel planlagt måneder frem i tiden. Det er højst en ekstra LOX-tankning, der kan blive irriterende ved et scrub. Og derfor er det måske værd at bruge noget af vinterpausen på at tænke lidt over bedre isolerede LOX-tanke.

  • 0
  • 0

Jeg har samme erfaring med emballage som Peter (dog kun med kommerciel koncentreret salpetersyre). Og derfor har jeg heller aldrig forstået interessen "storable" raketter. CS er ikke en slyngelstat og har intet behov for at kunne affyre med 15 minutters varsel. Alt er alligevel planlagt måneder frem i tiden. Det er højst en ekstra LOX-tankning, der kan blive irriterende ved et scrub. Og derfor er det måske værd at bruge noget af vinterpausen på at tænke lidt over bedre isolerede LOX-tanke.

Forskellen er vel at med LOX betyder blot 2 timers forsinkelse (polsk fiskerbåd på afveje el lign) et markant tab af oxidationsmiddel / nødvendighed for 'top op' mens med WFNA har man først problemer efter en uges tid.

  • 0
  • 0

på at vi kører LOX / EtOH på HEAT 2X - men det er et faktum at med WFNA
har vi:

40 % mere drivmiddel ombord,

N2 tryksætning,

Ingen fejl på tændsats,

Ingen ting der fryser fast.

Det var grund nok for at bruge tid på at afprøve det.

Nu, da designet er frosset, i alle fald på kort sigt - så tager vi selvfølgelig fat på at raffinere vores LOX teknik yderligere.

Det skal nok blive godt, smukt og interessant.

Der kommer snart nyt om 2X.

Peter Madsen

  • 0
  • 0

Jeg tror, at det er den rigtige beslutning, der er truffet. Og godt at det er afgjort nu, så der kan være 100% koncentration om næste sommers mision.

Hvis vejret er meget med os, så kommer der en test med en mindre styrbar raket i november. Jeg synes stadig, at det bør have høj prioritet, at få presset nogle flere test med mindre styrbare raketter ind inden 2X. Jeg håber så meget på succes med 2X.

  • 0
  • 0

Hvis vejret er meget med os, så kommer der en test med en mindre styrbar raket i november.

Altså, den er vel enten styrbar eller ikke styrbar? Man kan jo heller ikke være mere eller mindre gravid kan man? Der er så meget jeg ikke forstår. ;-)

  • 0
  • 0

Det er nok et godt valg, ja. I har jo vist at i godt kan håndtere den kombination, selvom det er mere besvärligt på affyringstidspunktet.
Så er der nok også större chance for at i er klar med en 2X näste år. I har jo allerede testet motor-designet én gang. Og nu gläder jeg mig så til at se jer teste den på fuld kraft :)

Henrik: Spändende. Jeg var ikke lige under det indtryk at der kunne blive flere muligheder efter september. I november er vinteren jo efterhånden begyndt. Men jeg krydser fingre for vejret så!

  • Palle
  • 0
  • 0

[quote]Hvis vejret er meget med os, så kommer der en test med en mindre styrbar raket i november.

Altså, den er vel enten styrbar eller ikke styrbar? Man kan jo heller ikke være mere eller mindre gravid kan man? Der er så meget jeg ikke forstår. ;-)[/quote]

Prøv med et komma mellem mindre og styrbar ;o)

  • 0
  • 0

Nu, da designet er frosset, i alle fald på kort sigt - så tager vi selvfølgelig fat på at raffinere vores LOX teknik yderligere.

"- i alle fald på kort sigt"...

AHA!
Det er nu alligevel tiltrækkende, ik'?

Tak forøvrigt for en fin rapport.

  • 0
  • 0

Ingen fejl på tændsats,

Naar nu i har aabnet posen med hypergole braendstoffer kunne der blive plads til en lille hypergol dyse inde i LOX/sprit kammeret som "selv-starter" til HEAT 2X?

  • 0
  • 0

[quote]Hvis vejret er meget med os, så kommer der en test med en mindre styrbar raket i november.

Altså, den er vel enten styrbar eller ikke styrbar? Man kan jo heller ikke være mere eller mindre gravid kan man? Der er så meget jeg ikke forstår. ;-)[/quote]

Der skal stå "mere styrbar raket", vi har haft rigelig test af de mindre styrbar.

Undskyld Peter, fristelsen var bare for stor ;-)

#P

  • 0
  • 0

[quote]Jeg har samme erfaring med emballage som Peter (dog kun med kommerciel koncentreret salpetersyre). Og derfor har jeg heller aldrig forstået interessen "storable" raketter. CS er ikke en slyngelstat og har intet behov for at kunne affyre med 15 minutters varsel. Alt er alligevel planlagt måneder frem i tiden. Det er højst en ekstra LOX-tankning, der kan blive irriterende ved et scrub. Og derfor er det måske værd at bruge noget af vinterpausen på at tænke lidt over bedre isolerede LOX-tanke.

Forskellen er vel at med LOX betyder blot 2 timers forsinkelse (polsk fiskerbåd på afveje el lign) et markant tab af oxidationsmiddel / nødvendighed for 'top op' mens med WFNA har man først problemer efter en uges tid.[/quote]

Slap Saturn raketterne ikke først deres LOX slange når der var lift?

  • 0
  • 0

Slap Saturn raketterne ikke først deres LOX slange når der var lift?

Det er også min opfattelse. Det kan også implementeres på Sputnik, der alligevel er ubemandet ved launch. Der skal bare være en stopventil der lukker ved launch, hvilket kan være en banal stålwire på raketten, der trækker en mekanisk ventil på LOX-tanken. Wiren skal nok knække af sig selv med de missil-starter CS plejer at præsentere.

  • 0
  • 0

[quote][quote]Jeg har samme erfaring med emballage som Peter (dog kun med kommerciel koncentreret salpetersyre). Og derfor har jeg heller aldrig forstået interessen "storable" raketter. CS er ikke en slyngelstat og har intet behov for at kunne affyre med 15 minutters varsel. Alt er alligevel planlagt måneder frem i tiden. Det er højst en ekstra LOX-tankning, der kan blive irriterende ved et scrub. Og derfor er det måske værd at bruge noget af vinterpausen på at tænke lidt over bedre isolerede LOX-tanke.

Forskellen er vel at med LOX betyder blot 2 timers forsinkelse (polsk fiskerbåd på afveje el lign) et markant tab af oxidationsmiddel / nødvendighed for 'top op' mens med WFNA har man først problemer efter en uges tid.[/quote]

Slap Saturn raketterne ikke først deres LOX slange når der var lift?[/quote]

Jo (eller 5 sekunder før eller så, kan ikke lige huske hvornår slangerne 'faldt' på de videoer jeg har set), men de havde jo ground-launch med masser af muligheder for store ekstratanke på jorden med ekstra LOX/LH2
Vel at mærke med mulighed for stor afstand mellem ekstratankene og raketten forstås.

  • 0
  • 0

sådant et system, der bare er endnu smartere.

Man behøver ikke at fordampe af LOXen inden i tanken. Vi kan det slet ikke, for ved liftoff har vi 24 bar på LOX tanken og kan ikke køle det ved fordampning af det selv. Lader vi efter tryksætning stå til, vil tempraturen stige, LOXen blive lettere og fylde mere, og ende i skumende sodavand når trykket falder under flyvningen.

Derfor har vi en kølespiral inden i tanken. Der kan vi køle den med LOX som pga. dets kontankt til 1 bar atmosfære koger ved - 183, og holder LOXen ombord på den ønskede tempratur.

Denne tilførsel af kølemiddel slutter først ved liftoff. Vi har en flere umbilicals, der slipper ved liftoff, b.la. for helium og altså køling.

Vi har også isolering som først står af ved liftoff.

Vi kan godt det der. Men uanset om man topper op eller køler eksternt, så har man stadig kun en vis tid før man er nede på LOX. Fremtidig tanker vi LOX op i havn, og har de to 600 ltr tanke ombord kun til køle LOX.

Lad lige værd med at foreslå LN2, tak. Check densiteten og fordampningsvarmen først og husk det koster en masse at trække LOXen ned på -196.

Fordelene ved WFNA / FA er at det 40 % højere densitet - og er noget man "glemmer" når det først er ombord.

Eksempel: V2 : LOX / Etanol. 1,6 meter diameter, 12 ton. Kapasitet: 1 ton payload / 350 km downrange ( svarer til ca. 175 km op )

Eksempel: SCUD: RFNA / petrolium: 0.85 meter diameter, 5 ton. kapasitet
935 km / 350 km.

Men put nu med det. Vi bruger LOX. slut. Det andet var værd at undersøge, og har været interessant - og ville være rigtigt godt til 2. trin.

Peter Madsen.

  • 0
  • 0

Hello Peter and CS,
can you explain how to join pdf document as link in the blog as I have some interesting declassified document from fifties that can be published now. Informations are on storage and use of nitric acid/different fuels rocket injection design, cooling systems on rocket motor design, from 50 to 3000 kg thrust, test report of hundreds of tests. Can help you to win time in your design.

François BRETHIOT

  • 0
  • 0