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

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og du accepterer, at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, job og tilbud m.m. via telefon og e-mail. I nyhedsbreve, e-mails fra Teknologiens Mediehus kan der forefindes markedsføring fra samarbejdspartnere.
rumfart på den anden måde cs banner bloghoved

CS: Nexø-raketten dumpede !

Nexø I skal snart i luften. Det er tid for de sidste tests af den samlede raket, og i søndags blev raketten udsat for - den mildest talt isnende - "cold-flow test".

Nexø-raketterne drives jo af vores 5-kN motor BPM5, som kører på 75% ethanol/25% vand og flydende ilt (LOX). Sidstnævnte er kryogent og har en temperatur på -183 C (ved 1 bar). At have en så kold substans lagret ombord og stående i de tilførende rør til motoren stiller store krav til isolering og giver særlige udfordringer for design, elektronik og bevægelige dele.

De store temperaturændringer fører til relativt store ændringer i mekaniske dimensioner. Når f.eks. aluminium har længdeudvidelseskoefficienten 23 x 10^-6 m / (m x K), giver en temperaturændring som her på 200 grader alligevel en længdeændring på 4,6 mm per meter. Eller – hvis det ikke kan give sig - tilsvarende termiske spændinger. Det giver et naturligt behov for at afprøve tætheden af diverse ventiler og rørsamlinger under tryk og temperaturvariation.

Mekaniske dele såsom ventiler kan simpelthen fryse uhjælpeligt sammen, hvis der er den mindste smule fugt eller snavs på forkerte steder. Nedslag af fugt fra luften danner rim, som kan udfordre tætheden af elektriske stikforbindelser o.lign. Vi gør et stort nummer ud af at adskille og "LOX-rense" alt, hvad der kan adskilles og siden opbevare det i forseglede plastikposer, indtil montagen finder sted.

Så det er nødvendigt at udføre cold-flow test. Vi sætter den samlede raket op vertikalt på en dummy-affyringsrampe og tanker den med kryogen væske, som får tid til at gøre sin fulde virkning. Det er altså en simulation af den situation, hvor opsendelsen bliver forsinket efter, at vi har tanket LOX ude på affyringsstedet. I denne kolde tilstand afprøver vi så, om alle elektroniske og mekaniske funktioner fungerer, som de skal.

Illustration: CS

Fig. 1: Nexø I er ankommet til prøverampen. Foto: Jev Olsen / CS.

Bl.a. af økonomiske grunde benytter vi dog ikke LOX, men flydende nitrogen til testen. Den modifikation må være tilladelig, da vi derved faktisk strammer testen: kogepunktet for nitrogen er lavere end for LOX, nemlig -196 C.

Fig. 2: Hejs og montering af raketten foregik hurtigt og uden problemer. Foto: Jev Olsen / CS.

Fig. 3: LOX-hovedventilen åbnes. "Mission Control" i baggrunden. Foto: Jev Olsen / CS.

Fig. 4: Når ikke raketten kommer til skyerne, må skyerne komme til raketten. Foto: Jev Olsen / CS.

Nexø I har faktisk været på den før: i september 2015. Dengang havde vi problemer med LOX-tankens "vent-ventil", som opførte sig uhensigtsmæssigt, men raketten bestod i det store og hele prøven.

Hvordan klarede Nexø I sig så til denne prøve?

Der var ingen problemer med telemetrien eller den elektronik, som indgik i procedurerne.

Også den automatiske tryksætning af tankene fungerede, som den skulle.

Ved cold-flow testen i september var der problemer med en ekstern strømforsyning til LOX-hovedventilens servomotor. Ved denne test kørte ventilen fint drevet af rakettens interne batterier.

Også tankenes vent-ventiler virkede denne gang perfekt.

Elektronik, tryksætning, ventiler, servoer og batterier. Udmærket!

Men:

Den Tri-clamp samling (søg på "Tri-clamp fitting"), som sidder lige under LOX-tanken, var ikke helt tæt. Der dryppede nitrogen langs røret og ned i motorrummet. Heldigvis er disse clamps og tilstødende rør af natur lette at adskille for nærmere inspektion. Først vil samlingen dog nok blive tryksat med gasformigt nitrogen for at belyse fænomenet "on the crime site".

Fig. 5: Tri-clamp fitting; blot et andet sted i raketten. Foto: Carsten Olsen / CS.

I bunden af raketten sidder 3 modificerede lyn-koblinger til heliumdrivgas, nitrogenpurge af motoren og LOX-påfyldning. Deres modparter sidder på en flange, koblingsflangen, som efterlades på Sputnik. Låsemekanismerne i koblingerne er fjernet, så det er rakettens vægt, der holder dem samlet, og så raketten simpelthen kan stikke af fra dem i det store øjeblik. Friktionen på o-ringene i disse koblinger var meget høj, hvilket besværliggjorde samlingen. De var simpelthen affedtet for godt ved LOX-rensningen (Suk!). Problemet vil blive løst med lidt LOX-kompatibelt, floureret smøremiddel.

Fig. 6: "Bisse rusker tremmer"? Nej. Jacob styrer raketten ned på koblingsflangen. Foto: Jev Olsen / CS.

LOX-påfyldningsrøret i bunden af raketten har en kontraventil, som skal forhindre udstrømning af LOX efter lift-off. Denne var ikke helt tæt over 10 bar. Problemet løses i denne omgang med en simpel blændprop (blindprop).

Der var en minimal utæthed i fuel-tryksætningsfittingen i bunden af raketten. Den pakkes om.

Et par o-ringe, der skal smøres, to rørsamlinger og en kontraventil, som drypper?

Det kan virkelig ikke gå. Raketten dumpes!

Vejecellens udlæsning varierede +- 15%, når raketten blev rokket på rampen under simuleret "søgang". Det kan raketten jo ikke gøre for! Men vi lægger megen vægt på lascellen. Forklaringen på forstyrrelsen er mest sandsynligt, at lastcellestangens øvre ende, som bærer raketten under vejningen, beskrev én kugleflade, mens koblingsflangen beskrev en anden, fordi de to søjler (radier) havde forskellig længde og centerplacering. Derfor kunne raket og koblingsflange ikke følges ad. Forskellen kunne optages i koblingen mellem de to dele; men den store friktion (omtalt ovenfor) i koblingerne tillod overførsel af relativt store, uønskede kræfter til lastcellen. Udover den nævnte smøring af koblingernes o-ringe, skal geometrien korrigeres; f.eks. ved at lastcellestangen er alene om at holde koblingsflangen. Det ser vi på.

Opladningen af rakettens batterier før testen var både bøvlet og træls. Det kan sandsynligvis klares ved at modificere kablerne og ændre parametre i den fabriksfremstillede lader.

Uafhængigt af testen – og før raketten blev rullet ud til rampen - viste det sig, at guidance and navigation computeren (GNC) havde tabt lysten til at sende data til radioerne. Det virkede ellers, da disse ting sidst blev testet. Årsagen undersøges p.t.

Så det er jo ikke ligefrem voldsomme ting, der udestår.

Raketten får mulighed for at komme til re-eksamen:

Faktisk er ovenstående utætheder udbedret og Nexø I står i øjeblikket under 4 bars tryk som tæthedstjek. Vi planlægger ny cold-flow test i den kommende weekend. Cold-flow testen udgør jo – sammen med den statiske test af selve motoren – Nexø I's FAT (Factory Acceptance Test).

Sputnik er kommet hjem, og snart kan vi gå til Nexø I's HAT (Habour Acceptance Test) og SAT (Sea Acceptance Test).

Yes !

er speciallæge og overlæge i anæstesiologi. I en lang årrække involveret i fysiologiske eksperimenter og projekter vedr. humane aspekter af rumfart i ESA, NASA og ISAS/Japan. Tidl. dansk delegeret i ESA's Programme Board for Human Spaceflight, Microgravity and Exploration. Han er et af flere medlemmer af Copenhagen Suborbitals, der skriver på denne blog.
sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Dog må det siges er jeg er temmelig lettet over at tingene ikke stod mere alvorligt til.
Iøvrigt super med en test der giver mulighed for at fange nogle irriterende småfejl.

  • 4
  • 0

Jeg tænker når jeg ser den triclamp, og tilhørende vingemøtrik - på hvordan den opfører sig når der er gang i motoren og godt med rystelser?

Ville det være bedre med nylock møtrik spændt til kendt moment?

Mvh

Jens Jakob

  • 3
  • 0

Hej,

Godt gået - har været med til mange FAT (dog ikke for en raket), og disse få ting i havde problemer med,

er ikke meget, i forhold til rakettens kompleksitet.

Pøj pøj med næste weekend

  • 5
  • 0

Jeg tænker når jeg ser den triclamp, og tilhørende vingemøtrik - på hvordan den opfører sig når der er gang i motoren og godt med rystelser?

Det kommer an på, om CS har fulgt mit gamle råd om at lægge en Nord-Lock låseskive under - se http://www.nord-lock.com/da/ , men det ser godt nok ikke sådan ud på billedet, og det ville også overraske mig, hvis de begynder at gøre, som jeg foreslår :-)

Jeg har faktisk en demo fra Nord-Lock, som består af en øloplukker med påsat gevindstag med en Nord-Lock skive og en vingemøtrik. Spænder man den hårdt med håndkraft, skal der værktøj til at løsne den igen. Det er meget overbevisende!

  • 4
  • 3

Det lyder interessant at der ingen bivirkninger er på test-standen. Jeg ved ikke om der er de samme påvirkninger af vingemøtrikkerne i test-standen, som der vil være i flight - eller om konfigurationen er anderledes i test-standen?

Hvilke mekanismer er der for at sikre at de ikke ryster løs?

Og - hvad ville kræve at erstatte dem med nylock og tilspænding i moment?

Der er nogle interessante reflektioner over tri-clamps og moment-tilspænding her - samt beskrivelse af nogle af de ting der kan udfordre tri-clamps:
http://www.integracompanies.com/gasket-and...

Mvh

Jens Jakob

  • 2
  • 0

Da de har holdt i alle de tests vi har lavet endnu på teststanden, endda til flere på hinanden udførte tests, er det ud fra disse resultater at vi ikke er nervøse. De har, så længe de spændes korrekt, ikke lækket. Det har altid været fordi vi har haft en defekt pakning hvis der har været læk.

Tri-Clamps bruges i industrien og alene den CIP proces som feks bryggerier bruger udsætter dem for stort stress. Jeg har ikke set dem fejle endnu.

/Morten

  • 8
  • 1

Kommer til at tænke på saglig Feynmann og hans udredning af Challenger katastrofen.

Køler I ned indefra vil O ringen blive stiv ret hurtigt.

Samtidig vil de koniske flangeender I klemmer på med triclampen blive mindre.

Helt kritisk i denne applikation er imidlertid, at jeres triclamp ikke køles tilsvarende og derfor ikke krymper med resten af metallet.

Resultatet er en samling der er tæt @ stuetemperatur, men utæt @ lav temperatur fordi i I har kuldekrympet de flanger I spænder på.

Desværre vil en hårdere tilspænding kun virke indtil I begynder at deformere metallet.

Jeg ville satse på en mere elastisk triclamp. Evt skære en meander i en rustfri en af slagsen. Det er ikke mange 1/00 dele af en millimeter den skal kunne give sig - og det er kun kritisk fordi I laver en "Feynmann-overgang" på gummi O-ringen.

  • 2
  • 0

Nord-Lock kræver 2 plane anlægsflader, som skiven kan hvile på. Hvis man lagde en plan skive på Tri-clampen, ville den blive mast i skålform.

Det er begrænset hvor stort et tilspændingsmoment, man kan lave med en vingemøtrik, så det er vel et spørgsmål om skivetykkelse. Desuden kan jeg ikke se, at Nord-Locks virkemåde umuliggøres, hvis den ikke har anlægsflade hele vejen rundt.

Nord-Lock skiven baserer sig på, at den meget hårde overflade skærer sig ned i såvel bolthoved som anlægsflade. Hvis man så prøver at løsne bolten, vil drejebevægelsen ske mellem de to halvdele, så de skrå kileflader spænder bolten, så den ikke kan ryste løs. Desuden er de nye versioner også tallerkenformede og dermed fjedrende, så de kan optage mindre bevægelser bl.a. som følge af temperaturvariationer, hvilket ærlig talt burde være interessant til LOX brug.

Har du i det hele taget prøvet Nord-Lock i praksis, eller afviser du bare dette fremragende produkt ud fra rene gætterier?

PS. Jeg har ingen økonomisk interesse i Nord-Lock.

  • 1
  • 3

Og - en samling hvor spændingen på gevindet mindskes - og dermed kan gevindet nemmere ryste løs under flight.

Især er det interessant at læse industri-referencer, hvor der anføres moment-tilspænding af tri-clamp, og anvendelse af særlige moment-bolte.

Men - jeg skal ikke bestemme hvad CS vælger af risici - kun foreslå at man reviewer vingemøtrikken ud fra en reel risikovurdeirng, og ikke fejer input af banen med "Det er der aldrig sket noget med når vi har været på jorden, så hvorfor skule det ske under flight......"

En udtalelse som "Jeg har ikke set dem fejle endnu.
/Morten" - er i min verden en smule overfladisk set ud fra risikostyrings-vinklen.

Det er ikke et sagligt argument for en risikovurdering af en vingemøtriks even til at holde en kritisk komponent under flight - eller hur?

  • 3
  • 0

OK, den fladeudbredte pakning med en koncentrisk, bilateral vulst der styres af en krave i recessen :) :) - men hovedkonklusionerne er de samme:

Du mister elasticitet i pakmaterialet og triclampen bliver løs ved afkøling.

I har egentlig allerede bevist effekten, i og med Nexø nu står @ RT med 4 bars tryk på systemet uden at lække.

  • 0
  • 0

Jens Jakob Andersen:

Men - jeg skal ikke bestemme hvad CS vælger af risici - kun foreslå at man reviewer vingemøtrikken ud fra en reel risikovurdeirng, og ikke fejer input af banen med "Det er der aldrig sket noget med når vi har været på jorden, så hvorfor skule det ske under flight......"

Hvad vil du basere en reel risikovurdering på, hvis du forkaster andres erfaringer og egne praktiske forsøg? Vi har trods alt ikke set nogen svigt af Tri-clamps under de statiske tests, hvor de bliver både repeterende LOX-kølet og vibreret som under flight.

  • 2
  • 1

Jeg har ikke afvist noget, men oplyst, at der ikke er plane flader. De er svært konkav-konvekse.

Så landet/gaflen er konkav, og vingemøtrikken konveks, så der dannes en form for kugleskal, som bevirker, at vinklen mellem gevindstangen og landet/gaflen ikke behøver at være præcis 90 grader?

I så fald kan Nord-Lock selvfølgelig ikke anvendes; men til gengæld bør I så nok finde en anden måde at låse vingemøtrikken på, om det så bare er et stykke bukket tråd/ledning. Jeg vil give Jens Jakob Andersen ret i, at bare fordi det ikke ryster løs under en test, er der absolut ingen garanti for, at det ikke gør det under en affyring. En virker/virker-ikke test garanterer hverken funktion eller pålidelighed. Det er noget, man designer ind.

  • 3
  • 3

Kristian Glejbøl:

OK, den fladeudbredte pakning med en koncentrisk, bilateral vulst der styres af en krave i recessen :) :) -

Nej. En fladeudbredt pakning med en koncentrisk, bilateral vulst, som passer i og styres af koncentriske recesser. Pakningen styres tillige af en krave langs ferrulernes kant.

Du mister elasticitet i pakmaterialet og triclampen bliver løs ved afkøling.

Det er PTFE-pakninger, som er duktile ved temperaturer langt under LOX's kogepunkt.

Desuden, når klampen spændes, sker der ikke noget videre sammenpresning af pakningen. Derimod udvides klampen af ferrulerne. Det er nogenlunde temperaturuafhængigt, da klampen er af rusfrit stål. Der vil stadig være en elastisk forspænding ved den lave temperatur, så klampen vil følge med ind, når ferrulerne krymper. Derfor ingen løsning pga. afkøling.

I har egentlig allerede bevist effekten, i og med Nexø nu står @ RT med 4 bars tryk på systemet uden at lække.

Det beviser ikke noget. Samlingen har været adskilt og en ny pakning er sat i. Tæthedstesten er mhp. næste cold-flow test - og flight.

Den benyttede pakning var i øvrigt uden defekter.
Vingemøtrikken syntes lidt for løs ved demonteringen.

To muligheder synes at være tilbage:

  1. Endelig tilspænding af klampen er blevet glemt.

Men den relevante CSer husker, at han spændte den og også tjekkede den igen. Det var også ham, der syntes den var for løs ved demonteringen.

  1. Klampen er ikke 100% selvoprettende på ferrulerne.

Hvis man ikke er omhyggelig, eller hvis man har svært ved at se og bruge begge hænder til at positionere klampen, kan det ske, at klampen ikke kommer helt ned om ferrulerne, selvom den spændes. Det kan man ikke se efter tilspændingen. Glider klampen senere af på den position, bliver den løs. Det er efter vores opfattelse den sandsynlige forklaring.

  • 5
  • 0

Hvad vil du basere en reel risikovurdering på, hvis du forkaster andres erfaringer og egne praktiske forsøg? Vi har trods alt ikke set nogen svigt af Tri-clamps under de statiske tests, hvor de bliver både repeterende LOX-kølet og vibreret som under flight.

Det lyder godt at Tri-clamps er blevet grundigt testet ved statiske tests.

Men - er øvelsen blevet lavet med at se på hvordan flight adskiller sig fra statiske tests - og om der er væsensforskelle hvor en fingerspændt vingemøtrik kan fejle?

Så jeg vil ikke sige at jeg forkaster andres erfaringer og praktiske forsøg - men jeg vil gerne holde fast i at der kan være væsensforskelle mellem statiske tests og flight.

Jeg tror jeg savner een ting - at CS skriver "Ja, vi har risikovurderet vingemøtrikken ud fra flight-scenarier, og finder at det stadig er et sikkert valg."

Samtidig er jeg nysgerrig over hvorfor man holder fast i vingemøtrikken, og ikke skifter den til fx en nylock-møtrik, som spændes i moment - så man altid ved at den er spændt ensartet og selvlåsende? (Ja, jeg ved så godt at nylock'en giver nogle udfordringer i.ft at spænde i moment...)

  • 1
  • 3

Hvis man har lidt praktisk erfaring med tri-clamp fitting/samling, så ved man godt at det kan give sig lidt når der har været tryk på samlingen og det kan skyldes at vingemøtrikken har føltes som løs, måske kombineret med lidt adrenalin (eller andet) i blodet hos den der bruger sine fingre som momentnøgle.
Det betyder ikke at samlingen er eller bliver utæt.

Hvis nu CS ville skrive, at fremover overvejer CS at sikre vingemøtrikker med lidt ståltråd (I behøves ikke engang bore hul i vingemøtrikken), så burde den del af debatten kunne lukkes!

  • 2
  • 0

Jeg synes godt nok at vi måske er på vej ud i at gøre lidt meget ud af en storm i et glas vand. Det handler grundliggende om at en teflonpakning, på en eller anden mystisk vis, har siddet en lille bitte smule forkert. :-)

Vi har rystet disse mejerrørsklamper synder og sammen i teststanden her for just nyligt. Der blev installeret en mængde af disse koblinger på teststanden, da de i test og praksis har vist sig overlegne i både brugsvenlighed og driftssikkerhed, specielt i forhold til gængse unioner.

Der har efter mit vidende ikke været et eneste eksempel på at disse klamper har været utætte eller er gået løs, hverken under motortest eller i vores andre applikationer. Ved statisk motortest sidder der mindst to af disse koblinger direkte på motoren og vi testede endda to forskellige motorer sidst. Kameraer raslede ned fra deres montager i testcontaineren og Franken-5 startede mindst to gange nærmest direkte i main-stage, så jeg kunne mærke trykket i hele kroppen. Der var ikke skyggen af problemer med at nogen af dem var utætte eller raslet helt eller delvist løs.

Man kunne godt sikre de ellers udemærkede vingemøtrikker med sikkerhedsråd, men jeg tror ikke længere at det er nødvendigt. Vingemøtrikkernes kontaktflade er nærmere semi-sfærisk, snarere end flad, og man kan godt mærke det rustfri stål begynde at "bide", så snart man spænder til, hvilket et nyligt fabrikeret spændeværktøj har gjort betydeligt nemmere. Effekten er vist ikke ulig en god spændeskive.

Den korte konklusion må være at der er et eller andet, der har siddet forkert, uagtet at man ikke har kunne se det udefra. Pakningen er nu skiftet og der hele spændt korrekt sammen, da det nu synes helt tæt, så det ligner lidt en enlig svale.

Vi tester jo blandt andet så grundigt, for ikke pludseligt at få nogle grimme overraskelser på rampen på afskydningsdagen. Vi skal have en helt tæt raket.

Den næste cold flow test vil vise om de kryogene temperaturer virkelig har indvirkning på tætheden. Personligt, så tvivler jeg, hvilket ikke afholder os fra at teste et par gange mere.

  • 9
  • 0

@ Foldager - tak for fin forklaring - og beklager min påståelighed, men med de oplysninger der var tilgængelige var det et plausibelt scenarie. .

Jeg har selv en del erfaring med kryo/vakuum opstillinger og har en sund respekt for hvor meget ting kan arbejde termisk jeg syntes jeg måtte dele med jer.

  • 3
  • 0

@Glejbøl:

No problem. Det er jo ikke så let at få alle detaljer formidlet ud fra starten; og heller ikke at vide, hvilken detalje, der pludselig påkalder sig al opmærksomheden.

Beklager at jeg ikke kunne tælle til 2 i svaret :-)

Det er kun fint, at du deler ud af erfaring med det kryogene, som vi i øvrigt også har respekt for. Det har ligget i baghovedet gennem hele designfasen.

Det er iøvrigt nogle store termiske kontraster, man har i denne branche: fra LOX-tank til brændkammer.

  • 1
  • 0

Kunne man evt. bruge (anaerob) gevindsikring (fx Loctite)

Det kunne man selvfølgelig godt. Men man skal tænke på, at det ligger i designet, at vi skal kunne skille tingene ad og komme til på en nem måde. Måske stående i højden i søgang ude på opsendelsesstedet.

Der er ingen fysisk mulighed for at netop vingemøtrikken på en triclamp vil løsne sig. Selvom der skulle være en pulserende kraft på rørsamlingen, er trækket i gevindstangen stort set konstant. Hele dabatten om møtrikker der løsner sig er meningsløs - det sker bare ikke fordi der ikke er en fysisk påvirkning der kan afstedkomme denne.
Hvis en triclamp er løsere efter brug er det enten fordi den har "sat sig" eller på grund af mekaniske deformationer af systemet som følge af højt tryk eller termiske spændinger. Løsner den sig af disse grunde nytter det alligevel ikke at fixere vingemøtrikken.

  • 2
  • 1

Sidste nyheder:

Nexø 1 er nu så tæt at vi tør flyve med den, hvis den forbliver tæt under og efter cold flow testen i morgen.
Nexø 1 blev efterladt med 4 bar nitrogen i LOX og fuel tank systemet onsdag aften. Ved en kontrol her til aften var der stadig et overtryk på 3,15 bar i fuel systemet og 1,5 bar i LOX systemet. Det er pænt tæt.
Derudover har vi vejet Nexø 1 for at finde tørvægten. Den havnede på 148kg, og jeg må indrømme at jeg ikke kan huske hvad den nominelle tørvægt skulle være.
Vi fik også bestemt massemidtpunktet, som jeg heller ikke ved hvor ligger i forhold til teorien. Begge dele hører vi nok nærmere til i løbet af nogle dage.

Vi har i hvert fald nogle gode indikationer på at cold flow testen kunne gå ret godt i morgen.

  • 7
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten