Georg Gearløs-raketmotor virker for første gang
more_vert
close
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og at Mediehuset Ingeniøren og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, tilbud mm via telefon, SMS og email. I nyhedsbreve og mails fra Mediehuset Ingeniøren kan findes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Georg Gearløs-raketmotor virker for første gang

Ved at bevæge en brændstofstang ind og ud af en motor er det nu lykkedes at justere kraften på motorer med fast brændstof. Illustration: University of Glasgow/Journal of Spacecraft and Rockets

Gennem en glasrude i et lille lufttæt rum på det ukrainske universitet Oles Honchar Dnipro kunne ingeniører for nylig se noget, som raketfolk har sukket efter i årevis. De så, hvordan en raketmotor med fast brændstof kunne skrues op og ned i styrke.

Populært sagt bevidnede de en raketmotor med gashåndtag.

Muligheden for at regulere “gassen” på raketmotorer har ellers været forbeholdt væskemotorer, som de kendte Soyuz, Saturn og Falcon. Men væskemotorer er komplicerede. De kræver et netværk af rør, ventiler, trykstyring, tanke osv. De giver hovedbrud hos ingeniører, der ofte længes efter enkelheden ved motorer med fast brændstof, der groft sagt bare virker som fyrværkeriraketter. Man tænder dem i bunden og så brænder de til de løber tør. Sådan er det også med rumfærgens SRB-hjælpemotorer, men som alle med fast brændstof, så kan de ikke slukkes eller reguleres ordentligt.

Måske er der inspiration at hente bag glasruden i det lille eksperiment på Oles Honchar Dnipro-universitetet, som er beskrevet i tidsskriftet Journal of Spacecraft and Rockets. I laboratoriet brændte nemlig en motor, hvor kraften blev reguleret alt efter, hvor meget ingeniørerne skubbede en cylinder af fast brændstof ind i selve motoren.

Opstillingen på Oles Honchar Dnipro universitetet i Ukraine under test. (University of Glasgow) Illustration: University of Glasgow

Virkede efter adskillige eksplosioner

Motoren består groft sagt af tre dele: et forgasningskammer, et brændkammer og en stang brændstof. Princippet i motoren er, at man stikker brændstofstangen ind i et konisk forgasningskammer, der er i direkte forbindelse med brændkammeret. Varmen i forgasningskammeret omdanner brændstoffet til gas, der strømmer ind i selve brændkammeret og bliver antændt.

For at få det hele til at virker optimalt bruger ingeniørerne både tændrør, ventiler og en justérbar dyse. Med tiden har ingeniørerne også fået rigelig erfaring med at bygge motoren, da første punkt i deres rapport under “Operationel difficulties” er “Explosive Failures”. Men når den virker, så foregår det således:

Brændkammeret bliver først tilført propan, ilt og nitrogen, som bliver antændt med et tændrør. Det sker for at opvarme brændkammeret. Opvarmningen sker, mens brændstofstangen sidder i forgasningskammeret, og efter 20 sekunder er kammertrykket 150 kPa, og brændstofstangen begynder at bevæge på sig, som tegn på at der sker en forgasning. Nu begynder gasserne at bevæge sig ad kanaler ind i brændkammeret

Efter yderligere 10 sekunder stiger kammertrykket til 200 kPa, og den gule flamme fra motoren ændrer farve til blå. Nu kan ingeniørerne begynde at slukke for tilførslen af gasser.

For at undgå for voldsomt tryktab sker nedlukningen samtidig med, at dyseåbningen bliver indskrænket fra 4 til 1,6 mm. Når det trin er overstået, er motoren selvkørende. Den kører nu alene på det cylinderformede brændstof.

Flere gange under forsøgene viste ingeniørerne, at de kunne justere kraften ved at trække brændstofstangen ind og ud. De kunne ændre kammertrykket med mellem 300 kPa og 700 kPa.

Fire gange viste ingeniørerne, at de kunne justere kraften på motoren Illustration: University of Glasgow/Journal of Spacecraft and Rockets

Motor æder raketten nedefra og op

Den mest opsigtsvækkende egenskab ved raketmotoren er utvivlsomt, at man kan regulere kraften. Der har nemlig været forsøgt i adskillige eksperimenter siden 30’erne med forsøg på alt fra ændring af kammertryk til elektricitet og særlige brændstoftyper.

Men raketmotoren har også en anden særlig egenskab. Den cylinderformede brændstofsstang i eksperimentet giver nemlig håb om at fremstille raketter helt uden tilhørende tanke, fordi brændstoffet så og sige er tanken i sig selv. Brændstofstangen er nemlig fremstillet af oxidationsmidlet ammonium-perklorat omgivet af hård plast, polyethylen, der fungerer som brændstof.

En raket kan på den måde fremstilles med en tank, der brænder op. Ingeniørerne ser også for sig, at det er en fordel, hvis man vil bygge små og billige raketter til at opsende små satellitter.

»Raketter er typisk store, fordi du har brug for store mængder brændstof for at nå ud i rummet. Hvis du nedskalerer, mister du hurtigere brændstof end materialer til strukturen, så der er en nedre grænse for, hvor små du kan bygge raketter,« siger Patrick Harkness, seniorforsker ved Ingeniørskolen ved Glasgow universitet i en pressemeddelelse.

»En raket med en selvædende egenskab er anderledes. Brændstofstangen vil i sig selv være rakettens struktur, og i takt med at raketten flyver højere vil motoren fortærre brændstofstangen nedefra og op,« siger han.

Jeg ser et hav af problemer med ideen.
De 2 brændstoffer er i kontakt.
Formen af brændstoffet bliver underlagt alle krav til rakkettens form såsom aerodynamik, varmebelastning og vibration.
Motorkammeret bliver dikteret af brændstoffets form, dvs er rakketen 5 meter i diameter skal kammeret og vaporizer også have den størrelse.
Payload skal monteres direkte på brændstof stangen der bevæger sig.
Brændstofstangen skal skubbes ind i motoren med en mekanisme der måske skal trykke med samme eller højere kraft end motorens udstødning.
etc etc
For mig at se har konceptet ingen chance mod eksisterende designs såsom ikke tryksatte flydende brændstof tanke eller normale faststofraketter.

  • 0
  • 0

De 2 brændstoffer er i kontakt.

Der er tilfældet i stort set alle faststof-raketter - faktisk er det ofte endnu værre idet brændstof og oxidator ligefrem er blandet sammen. Det kritiske her er at brændstof og oxidator så vidt jeg kan forstå forgasses sammen og dermed er blandet uden for det egenlige brændkammer. Så tricket må være at undgå at det antændes inden det kommer ind i brændkammeret.

Formen af brændstoffet bliver underlagt alle krav til rakkettens form såsom aerodynamik, varmebelastning og vibration.

Afgjort et potentielt problem, men nogle af de problemer eksisterer også for almindelige faststof-raketter.

Motorkammeret bliver dikteret af brændstoffets form, dvs er rakketen 5 meter i diameter skal kammeret og vaporizer også have den størrelse.

Det er vel kun vaporizer der skal have samme diameter som brændstofstaven?

Payload skal monteres direkte på brændstof stangen der bevæger sig.

Den ende skulle helst ikke bevæge sig mere end alle andre raketter gør i den ende.

Brændstofstangen skal skubbes ind i motoren med en mekanisme der måske skal trykke med samme eller højere kraft end motorens udstødning.

Umiddelbart er det et problem, hvis kraften skal overstige motorens udstødningskraft plus tyngdekraften ja. Men er det ikke først og fremmest et spørgsmål om dimensionering?

For mig at se har konceptet ingen chance mod eksisterende designs såsom ikke tryksatte flydende brændstof tanke eller normale faststofraketter.

Det gælder vel for alle uprøvede koncepter. Det er langt fra sikkert at dette her kommer til at virke godt nok til at konkurrere med andre teknologier og deres eksplosive erfaringer antyder vel også at det ikke er så nemt at få til at virke. Men den slags er jo desværre ikke noget nyt i raketvidenskab.

  • 4
  • 0