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

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

Måling af drivmiddelmængde...

Kære læsere...

Det kan lyde helt banalt, man at få tanket den helt rette mængde drivmiddel i en raket, er ikke altid let. Det er faktisk nogen gange så svært, at professionelle rummissioner er gået tabt på den konto.

Russerne ´tabte for nogen år siden en kostbar rummission af netop den grund. Så når det driller andre, end lige netop de topprofessionelle, så er det forståeligt nok.

"During the ill-fated mission, Proton was carrying three GLONASS-M satellites in the 49th mission to deploy and maintain the satellite navigation network. In addition, it is also a second attempt to inaugurate a modified version of the Block D upper stage, designated DM-03, after the first vehicle of this type doomed the 43rd GLONASS launch in December 2010 due to a propellant overload caused by a human error during fueling"

kilde.

Når jeg arbejder med flydende oxydations midler i dag, er det altid "earth storable" forbindelser der er tale om - helt specifikt hydrogenperoxid. Men også dinitrogenoxid, som var oxydationsmiddel i begge rakettrin på totrinsraketten Smaragd, og brugtes i LES motoren og på Sapphire - er faktisk "earth storable" under tryk, og man kan derfor i ro og mag loade oxydations middel, efter at have bestemt en tara vægt på tank eller raket. Så vejer man den bare bagefter, og trækker tara vægten fra.

Vejning er faktisk den bedste måde at bestemme mængden af en fordråbet gas under tryk, som f.eks. CO2, dinitrogenoxid eller propan / butan - bedre kendt som flaskegas.

Det kræver bare at gassen kan vejes i ro og mag, uden tilkoblinger der forstyrrer vejningen.

Det er endnu nemmere med hydrogenperoxid. Det er en væske ved stuetemperatur og til op over 100 C, og når vi kører test med det er det helt rutine, at f.eks. veje 2500 gram af, og ramme inden for et gram eller to. Man mister måske en tiende del procent til filmen i overføringsbeholderen. Men med disse "earth storable" drivmidler kan man holde check på den loadede masse inden for brøkdele af en procent.

Det er simpelthen en af de væsentligste fordele ved hydrogenperoxid.

Energetiske drivmidler som dinitrogenoxid eller hydrogenperoxid har i øvrigt den udmærkede egenskab at ISP´s afhængighed af O/F forholdet er meget slack. Derfor er det, helt enkelt betragtet, knap så kritisk at ramme spot on i sit O/F forhold, som det ville være med f.eks. LOX, salpetersyre eller dinitogentetraoxid ( N2O4 ) som ellers har været brugt meget.

Cryogene drivmidler er i denne sammenhæng lidt besværlige...

Jeg har mellem 1996 og 2014 arbejdet meget med LOX som oxydations middel. Det betød at jeg fik en del praktiske erfaringer med b.la. at ramme et forudbestemt niveau i en tank, og siden holde dette niveau trods LOX cryogene egenskaber.

Vejning kan virke som måden at gøre det på, men den konstante fordampning af LOX gør at man ikke kan tanke det, tage den fulde tank og i ro og man veje den i påfyldt tilstand som de andre fordråbede gasser under tryk.

Det gør vejningen meget besværlig og ofte unøjagtig.

Men i 2010 fandt vi et definitivt fix for det, som brugtes på alle de LOX baserede raketter og prøvestande derefter. Det er ikke videre ingeniør agtigt - snarere en McGyver løsning - simpel og dum, billig og enkel.

KISS - som jeg bedst kan lide det...

Man tager en boremaskine. Så borer man et hul i sin LOX tank, der hvor man har beregnet man ønsker sit væskespejl ved fuld optankning. I hullet svejser man en gevindmuffe, altså et kort rør med indvendigt gevind.

Som alle andre detaljer i en trykbeholder skal svejsning og forstærkning selvsagt laves efter normer for trykbærende tanke, men det er ret beset ikke anderledes, end alle de andre tilslutninger tanken skal have.

Så tanker man LOX for fuld kraft til flydende fase i dråbeform ses komme ud af åbningen i tanken. Man venter evt. lidt for at tanken gennemkøles, og gentager manøvren en gang eller to. Så VED man, definitivt, og uden utryghed eller nogensomhelst ambiguitet, at væskefasen står i niveau med åbningen. Nu lukkes åbningen med en afpropning - og hvis det er muligt vil det være nu man lukker sin vent valve.

Dette kaldes "LOX closure" i farten.

Dermed er massen af LOX defineret, og låst til missionen starter.

Basta.

Efter det var erkendt at det være måden på godt som ondt, brugte jeg dette overløbs system i alle efterfølgende LOX systemer. Med tiden fik det et raffinement til, som tog noget af stresset af LOX operationen...

Når man lukker sin LOX vent valve, får man låst sin LOX masse til den masse der svarer til overløbsåbningen. Godt. Men eftersom man ikke længere kan slippe af med fordampet LOX fra tanken - som vi kalder GOX - får man et lille problem...

Trykket stiger...

Hvordan kan vi holde LOX tanken kold uden at fordampe LOX inden i den ? - Jo, det kan ved ved at fordampe LOX uden på den !

Fra 1X og frem indførtes derfor en simpel varmeveksler i LOX tanken. Det var et spiralsnoet rør af kobber eller aluminium - som var åbent til atmosfæren. Spiralen er ført ind og ud af tanken to steder, og har ingen forbindelse ud over termisk ind i tanken.

Efter LOX vent valve closure - kobler man sit lagertank på denne spiral og fordamper LOX mod atmosfærisk tryk i den. Dermed kan man kontrollere temperaturen og dermed trykket i LOX tanken efter LOX vent valve closure.

Illustration: Privatfoto

På dette video still fra 1X opsendelsen ses faktisk afblæsningen fra LOX kølespiralen ned langs siden af 1X. Video: Peter Madsen

Ja, denne GoPro optagelse tog jeg faktisk selv med et af to GoPros, som var mine første af slagsen. GoPro´s kunne den gang tage 720 p / 60 fps, og det kunne de i ganske lang tid. I dag er performance langt bedre.

Disse to simple løsninger gjorde at vi kunne tanke LOX til den nøjagtigt ønskede mængde var ombord, og låse denne mængde fast på et plateau, som kunne holdes så længde vi havde køle LOX i lager tanken.

LOXen i varmeveksleren koger af mod atmosfæren ved -183 C, og LOXen i tanken koger ikke mere, men holdes nogen grader over - 183 C, ved et lille overtryk, men frem for alt, så er den loadede mængde kendt og konstant.

LOX er meget vanskeligt at have med at gøre operationelt på havet - i forhold til andre oxydations midler - men det er rent, ugiftigt og tilmed smukt. Der er løsninger på de mest kritiske problemer, og de blev fundet allerede inden 1X stævnede ud i på Østersøen i 2010.

"Rocket science" er en frygteligt utilgivende sport. Man skal bare lykkes med så tæt på 100 % at selv den bedste indsats kan ende med et hul i jorden. Det kan ske for alle, for mig, for de bedste. Ces´t la vie - og er en del af hvorfor det er så forjettende at lykkes i den verden.

I 1991 var DARK i Sverige og oplevede nogen rakethavarier. I TV-2 Lorrys dokumentar om dette kan man se Civ. Ing. Jørgen Frank stå bøjet over en af de nedstyrtede raketter. Han konstaterer "Alt har fungeret" - men Hr. Civilingeniør - raketten ligger altså smadret på jorden. For en enkelt ting af mange fungerede bare ikke.

Det kan være hårdt.

Det sker for alle fra Space X til NASA, og for os andre små, når vi bare prøver fordi vi ikke kan lade være.

Men det er stadig rigtigt fantastisk sjovt og udfordrende...måske netop derfor !

Peter Madsen

Man tager en boremaskine. Så borer man et hul i sin LOX tank, der hvor man har beregnet man ønsker sit væskespejl ved fuld optankning. I hullet svejser man en gevindmuffe, altså et kort rør med indvendigt gevind.

Enig det er KISS. Eneste problem (hvis det er et problem) er at man så helt fra start skal vide hvor meget LOX man vil køre med. Bølgegang ude på åbent vand vil nok også gøre at man får fyldt lidt mindre LOX på. Løsningen kunne være den her hvor man skruer et rør ned i en bøsning i toppen. Det gør det simpelt at bestemme fyldningsgrad også efter tanken er produceret. Anbringes "Vent" i midten af tank bliver den måske også knapt så følsom over for lidt bølgegang.

Fra 1X og frem indførtes derfor en simpel varmeveksler i LOX tanken. Det var et spiralsnoet rør af kobber eller aluminium - som var åbent til atmosfæren. Spiralen er ført ind og ud af tanken to steder, og har ingen forbindelse ud over termisk ind i tanken.

Det var og er et smart princip, men det blev vel droppet i 2X fordi man ville spare vægten eller er det mig der husker forkert?

  • 1
  • 0

Nej, som skrevet har alle LOX raketter / statiske test rigs jeg har arbejdet med siden 2010 haft disse ret simple systemer.

Således havde HEAT 2X også både overløb og LOX varmeveksler.

Det virker fint og vejer ikke meget - og jeg har ikke hørt nogen udtale sig imod brugen af overløb som måden at ramme det ønskede LOX niveau på.

Trods alle vores forsøg på at måle LOX niveau har overløbet vist sig at være det eneste, der reelt fungerede under de praktiske forhold på vandet.

Man ved selvsagt fra start hvad den ønskede ulage er.

Dit eget forslag i linket ville også virke, men fordelen ved åbningen er at den ikke er tilkoblet noget rør, som kan forstyrre det man ser. Rør i forlængelse af overløbet bør undgås.

Peter Madsen

  • 7
  • 4

Er der ikke risiko for at fugt kan give is i tanken, eller undgås dette ved at starte med at tanke med åbningen lukket, så der er overtryk i tanken når det er nødvendigt at tjekke?

  • 0
  • 0

Når tankningen starter gennemblæses tanken med meget tør GOX, ( gasformig LOX ) så normalt er
fugt inden i tanken ikke et problem. Det blæser ud i starten.

Peter Madsen

  • 5
  • 3

Jeg troede at LOX var ude af betragtning til "rumfart på en anden måde". Det er ikke andet end bøvl og det yder ikke godt.

Hvis Peter er så venlig at minde mig om densitet og koncentration (per vægtenhed) af T-Stoff vil jeg gentage beregningen, der viser at iltindholdet i T-Stoff er på højde med LOX.

  • 3
  • 2

Jeg er kun til "earth storable" dvs. N2O el. H2O2.

Specielt H2O2 er meget KISS operationelt.

Bloggen her er bare en general fortælling om noget måleteknik.

Bare så der ikke er nogen tvivl.

Performance sammenligninger er komplekse...men H2O2 har mindre O2 end LOX pr. volumen. KClO4 indholder mere O2 pr. ltr end LOX.

Pm

  • 7
  • 2

Jeg troede at LOX var ude af betragtning til "rumfart på en anden måde". Det er ikke andet end bøvl og det yder ikke godt.

Du ved udmærket at "rumfart på den anden måde" lige har opsendt Nexø og havde bøvl med afmålingen af LOX. Peter skriver i dette tilfælde pænt om de løsninger der er valgt tidligere på det problem så lad venligst være med at puste til nogle gløder!

Hvis Peter er så venlig at minde mig om densitet og koncentration (per vægtenhed) af T-Stoff vil jeg gentage beregningen, der viser at iltindholdet i T-Stoff er på højde med LOX.

Vand indeholder ganske meget ilt vægtmæssigt, men det gør det ikke til et godt iltningsmiddel! LOX har sine udfordringer og Peter har fravalgt det, men det er vrøvl at det ikke yder godt.

  • 5
  • 2

Mikkel hvorfor spørger du? Hvad vil du gerne have af svar?
Det er et fint indlæg om hvordan man f.eks. kan sikre en bestemt mængde LOX nu når der har været problemer med det i et andet firma.

  • 11
  • 4

Tak til PM for nogle virkelig gode betragtninger, som - også for os lidt mindre teknisk raket-kyndige - gør LOX-problematikkerne langt mere forståelige.
Jeg forstår også nu langt bedre fascinationen ved raketbyggeriet, hvor relativt enkle løsninger på selv komplicerede problemstillinger nærmest fremstår som geniale - og som en udfordring i sig selv at finde. (Også i forbindelse med raketbyggeri skal teknik-fascination for teknikkens egen skyld holdes i ave, og dér kan visse ingeniører sikkert være deres egne værste fjender.)
Over-engineering er en meget let fælde at falde i for selv særdeles kompetente konstruktører og ingeniører, og dermed risikerer man en overfokusering på processen eller vejen mod målet, samt en potentiel negativ indvirkning på robustheden.

  • 13
  • 1

bygget et antal kapasitive måle systemer. Altså den mekaniske del, selve sensor elementet. Det er et interessant princip og vi testede det af i 2010 - 2011.

Det førte dog ikke til et brugbart system, pga elektronikken.

Det er ret små kapasiteter man skal måle.

Det var ikke første gang jeg lavede koncentriske rør med små teflonringe i, og tryktætte gennemføringer.

Men det er altid gået ned på elektronikken.

I alle fald endte sagen med KISS løsningen som jeg selv kunne indbygge, og som var mere intuitivt pålidelig end en kapasitiv sensor ville have været.

Men det er et godt og velkendt måleprincip. Tak for at bringe det på banen Carsten.

Peter Madsen

  • 5
  • 5

Kunne man ikke måle mængden af den helium man bruger til at tryksætte? Og derved regne sig frem til hvor meget LOX der er i tanken?

  • 0
  • 0

Det førte dog ikke til et brugbart system, pga elektronikken.

Det er ret små kapasiteter man skal måle.

Det var ikke første gang jeg lavede koncentriske rør med små teflonringe i, og tryktætte gennemføringer.

Men det er altid gået ned på elektronikken.

Det var dengang. Idag har bl.a. Texas Instruments kredse på markedet, der kan måle uhyre præcist og støjfrit som f.eks. den resonansbaserede FDC2214/2212/2114/2112 serie. Så sent som 1. juni var jeg på sensorseminar hos Silica om bl.a. dem. Jeg har en dropbox link til præsentationen, der dog primært går på inductiv sensning. Jeg må nok ikke offentliggøre linken generelt; men mon ikke Silica ser igennem fingre med en link til dig eller konkurrenten på den anden side af gaden, der sikkert læser med, hvis I er interesseret?

Kan man rent mekanisk løse problemet med en isolerende gennemføring, der både kan tåle tryk og de meget lave temperaturer, er elektronikken nok ikke det store problem længere, og man kan oven i købet købe et evalueringsmodel, så man kan prøve om det duer uden at skulle have gang i loddekolben og de stærke briller - se http://www.ti.com/tool/fdc2214evm .

  • 5
  • 0

"Helium

Kunne man ikke måle mængden af den helium man bruger til at tryksætte? Og derved regne sig frem til hvor meget LOX der er i tanken?"

Tempreturer cykler op og ned, så nej ikke umiddelbart.

Men hvilke ulemper er der ved overløbet - vi brugte det i årevis og det fungerede fint.

Jeg har ikke hørt nogen udtale sig negativt om den løsning nogensinde.

Peter Madsen

  • 6
  • 4

Men hvilke ulemper er der ved overløbet - vi brugte det i årevis og det fungerede fint.

Jeg har ikke hørt nogen udtale sig negativt om den løsning nogensinde.

Så skal jeg gerne være den første :-)

Hvad hvis GOX trykket efter er stykke tid (skydeområdet ikke ledigt) bliver så højt, at man må udlufte, eller sikkerhedsventilen åbner, og man så senere må efterfylde med LOX? Det kunne ikke mindst blive aktuelt ved VaPak. Åbner man så også overløbsrøret på det tidspunkt, hvor der måske er 25-30 bar i tanken? Det ville øjeblikkelig få al LOX til at stødkoge.

Den slags løsninger ville blive kasseret på gråt papir i industrien. Det eneste rigtige er et elektronisk sensorsignal, der som minimum præcist viser, når et givent niveau er nået, og gerne et analogt signal, der viser niveauet omkring dette punkt, og det burde både være enkelt og billigt med de moderne IC-kredse, hvis man som sagt kan løse de mekaniske udfordringer, og det ser det jo ud til, at du har kunnet.

Glem iøvrigt ikke VaPak - selv om du på nuværende tidspunkt helt afskriver LOX. Tryksætning med trykgas fører til at uacceptabelt adiabatisk trykfald, og dynamisk trykregulering (DPR) løser kun problemet delvist. Du har selv påpeget, at en given mængde trykgas med beholder vejer det samme uanset hvilket tryk, den opbevares ved, så det er urealistisk at medbringe tilstrækkelig med trykgas til hele flyvningen, og når den slipper op, falder trykket lynhurtigt til et niveau, hvor motoren ikke engang vil kunne bære raketten. Det så du allerede med TM-65 testen, hvor der kun var nominelt tryk det første halve til hele sekund, og sluttrykket på omkring 2 bar var helt til grin, så jeg ser kun to muligheder for at få de her raketprojekter til at lykkes - pumpede motorer, hvilket kræver et meget stort udviklingsarbejde, og VaPak med LOX, som helt klart fungerer bedst med en hybrid, hvor man kun har én komponent at trykke ud. Lad os se, hvor du/I ender. Jeg tror ikke på, at du når de 100 km med H2O2 og trykgas.

  • 1
  • 3

Kan en termografering af raketten, fortælle hvor højt væskespejlet er?.. eller er det en total dum ide?

  • 2
  • 0

Hvad hvis GOX trykket efter er stykke tid (skydeområdet ikke ledigt) bliver så højt, at man må udlufte, eller sikkerhedsventilen åbner, og man så senere må efterfylde med LOX? Det kunne ikke mindst blive aktuelt ved VaPak. Åbner man så også overløbsrøret på det tidspunkt, hvor der måske er 25-30 bar i tanken? Det ville øjeblikkelig få al LOX til at stødkoge.

Jamen der er vel ikke nogen der siger at man ikke må sætte en elektrisk ventil på overløbsrøret. I forvejen vil man jo nok gerne kunne fjerne tryk fra tank uden at det skal ske gennem motoren. Den eneste forskel er at man i stedet for at sætte den vent ventil helt i top bare sætter den x cm nede i tanken (f.eks via det rør jeg nævner). Så er det bare at åbne overløbsventil og pøse LOX på til det kommer ud. Den process kan man gentage remote så mange gange man har lyst og LOX tilbage. Det vil i min verden være ret KISS (kræver selvfølgeligt at ventilen kan klare LOX, men udover det ingen hightech).

  • 2
  • 1

Carsten J

Alutanke har så god varmeledning at der ikke er nogen skarp gradient til termografering.

Carsten K,

Hvis jeg skulle køre med en elektronisk sensor, ville jeg satse på den kapasitive.

En anden mulighed er en differenstryk måler. Disse bruges i professionelle systemer.

Men filosofien bag "Rumfart på en anden måde" og dette er ikke en reference til min gamle blogs titel...

-Er netop at fjerne komplicerede ting.

Hvis vi har en elektronisk sensor, og man får nogen aparte værdier...så kan man stå i den situation hvor man må lave en scrub, til mange tusind kroner, eller et crash til mange millioner.

In overløb we believe...!

Smaragd, LES og Sapphire - havde alle de mest lavteknologiske løsninger - som sejlgarns timeren / ventilløs propstart...og vi oplevede aldrig propulsion system failures på fem forskellige typer motorer...

Det er - i denne verden - ret elegant.

Jeg mener virkelig der er en stor sandhed i Johannes Aagaards indlæg oven over.

Som teknikbegejsterede kan vi blive så grejliderlige at vi glemmer at det at lykkes her, kun kan gøres to måder:

A. Tonsvis af ressourcer, altså tid og penge i rigt mål.

B. Smarte, billige og enkle løsninger.

Hvad kan verden lære mest af ?

Beviser vi noget nyt, gør vi nogen forskel, hvis vi kan lave rumfart ved at brænde tusinder af ingeniørtimer og tusinder af kroner af ?

Nej.

-Det ved man jo virker - men begrænsningen ligger indbygget.

Beviser vi noget nyt hvis vi er smarte og kan sno os ?

Ja.

  • Det kan faktisk inspirere i andre, mere jordnære brancher.

VaPac hører til i gruppen af smarte og enkle løsninger.

Peter Madsen

  • 4
  • 2

Jamen der er vel ikke nogen der siger at man ikke må sætte en elektrisk ventil på overløbsrøret. I forvejen vil man jo nok gerne kunne fjerne tryk fra tank uden at det skal ske gennem motoren. Den eneste forskel er at man i stedet for at sætte den vent ventil helt i top bare sætter den x cm nede i tanken (f.eks via det rør jeg nævner). Så er det bare at åbne overløbsventil og pøse LOX på til det kommer ud. Den process kan man gentage remote så mange gange man har lyst og LOX tilbage. Det vil i min verden være ret KISS (kræver selvfølgeligt at ventilen kan klare LOX, men udover det ingen hightech).

Og i min verden er det absolut ikke KISS at skulle tappe GOX af gennem en elektrisk styret ventil samtidig med at man fylder LOX på og stadig opretholde et givent tryk inden for snævre tolerancer. Hvordan vil du iøvrigt se forskel på, om den GOX, der kommer ud af ventilen, er GOX fra ullagen eller LOX, der er fordampet gennem ventilen som følge af det lavere atmosfæretryk. Der kommer kun flydende LOX ud af overløbsrøret, hvis trykket på begge sider af ventilen er stort set det samme, dvs. hvis temperaturen af LOX er ca. -183 grader svarende til 1 bar.

Hvad er mere KISS end en isoleret plade i LOX tanken, som man oven i købet kan udformes, så følsomheden omkring setpunktet er størst muligt, og så en simpel og billig IC til at måle kapaciteten? Ved ialtfald ikke-kryogene væsker kan man på den måde måle niveauet i en tank med omkring 1 promilles nøjagtighed med de omtalte TI kredse.

  • 3
  • 4

VaPac hører til i gruppen af smarte og enkle løsninger.

Netop, og det system var én af årsagerne til, at jeres HATV lattergashybrider var så succesfulde - se https://ing.dk/blog/hybridraketten-boer-ma... .

Hvad var egentlig årsagen til, at du droppede lattergas (N2O) i stor størrelse?

  • Risikoen ved håndtering af store mængder?
  • For lille ISP?
  • For høj pris?
  • For stort tanktryk (51,5 bar ved 20 grader C)?

Hvis det sidste er tilfældet, hvilket ovenstående link godt kunne tyde på, er der vel ikke noget i vejen for at køre N2O VaPak ved lavere temperaturer end 20 grader C ligesom LOX VaPak? Når man tapper N2O af en trykbeholder, må temperaturen jo falde fuldstændig som ved LOX, og ved -18 grader C er trykket 25 bar, hvilket kunne være ideelt. Ved den temperatur, som jo bare svarer til en dybfryser, kan man bruge alle tankmaterialer og standard ventiler, så det er næppe meget sværere at håndtere end H2O2, og så slipper du for hele problemet med trykgas og de lige lovlig "spøjse" egenskaber ved H2O2.

  • 0
  • 0

Det var dengang. Idag har bl.a. Texas Instruments kredse på markedet, der kan måle uhyre præcist og støjfrit som f.eks. den resonansbaserede FDC2214/2212/2114/2112 serie. Så sent som 1. juni var jeg på sensorseminar hos Silica om bl.a. dem. Jeg har en dropbox link til præsentationen, der dog primært går på inductiv sensning. Jeg må nok ikke offentliggøre linken generelt; men mon ikke Silica ser igennem fingre med en link til dig eller konkurrenten på den anden side af gaden, der sikkert læser med, hvis I er interesseret?

Jeg sad for nyligt og kiggede på netop muligheden for at måle LOX fyldning ved at have en kapacitiv sensor nede i tanken. Det kunne også lade sig gøre idet der var forskel på dielektricitetskonstanten mellem LOX og GOX ved 1 bar. Når nu man skal kunne fortælle om man har fået kogt for meget LOX af undervejs i en ventesituation, så skal man også kunne fortælle hvor meget LOX der er i ved højere tanktryk, og her hoppede kæden af for den kapacitive måling.
Som jeg husker tallene (Jeg slog dem ikke selv op), så var LOX dielektricitetskonstant omkring 1,5. GOX havde en lavere konstant, hvilket var forventet, og den var omkring 1,28 eller sp synes jeg at erindre. Det sjove var at GOXs dielektricitetskonstant steg til vistnok omkring 1,8 ved 50 bar, hvilket betyder at konstanten hele tiden skal kompenseres for tryk, og, endnu værre, er mage til LOX ved et bestemt tryk, hvorved sensoren vil sige at den ikke ved noget som helst om mængden i tanken.
Så det er ikke non-trivielt, selv med nyere kredse, at måle niveauet i en LOX tank med kapacitive målinger.
En elektrisk pendant til overløbsrøret ville være en flyder i tanken med en magnet i. Så kan man detektere magnetens position med f.eks. reed rør eller andet der er glad og tilfreds ved kryotemperaturer. Så der findes løsninger på problemet, som også kan bruges efter man har lukket tanken af og venter.
Skal man tale sikkerhed, så er jeg ikke sikker på at jeg vil føle mig vel ved at skulle stå og skrue en skrue i et gevind mens jeg står i en 100% ren iltatmosfære. En smule friktion i gevindet og jeg risikerer at noget synes at det har det fint med at brænde i LOX. (LOX kompatible materialer og alt det der. Jeg ved det godt). Det kunne jo være friktionen mellem mine begrænset lox kompatible fingre og en Allen nøgle der gjorde udslaget. Just saying.
Jeg taler ikke specifikt for eller imod en bestemt løsning, men siger bare at mange løsninger, også de tilsyneladende simple, kan have sine faldgruber man skal have kortlagt før man bare går videre med dem.

  • 4
  • 1

I hydraulik cylindre måles positionen af stemplet ofte ved hjælp af en såkaldt magnetostrictive transducer.
En sådan transducer består af en langt rør (typisk Ø10 mm) hvori det magnetostrictive "materiale" befinder sig. Udenom røret glider en ringformet magnet.
Røret stikker ind i en udboring i stempelstangen (gun-hole) mens ringmagneten flytter sig med stempelstangen.

Fås i flere meters længde og med enten analogt output eller RS485.

Det kræver selvfølgelig en passende stor flange i toppen af LOX tanken så ringmagneten på en flyder kan komme ind.

Mvh. Ole Fabian

  • 2
  • 0

kan man ikke slå let på tanken, lytte og derved finde væske spejlet?

måske noget med en lille solonoide der banker let på tanken, en mikrofon der lytter. lyden må ændre sig når væske spejlet når mikrofonens højde?

  • 3
  • 0

Når nu man skal kunne fortælle om man har fået kogt for meget LOX af undervejs i en ventesituation, så skal man også kunne fortælle hvor meget LOX der er i ved højere tanktryk, og her hoppede kæden af for den kapacitive måling.

Det er muligvis rigtigt; men ifølge denne link fra den anden blog: http://www.cmtbv.nl/ENG/C-stic%20Cryo%20Le... kan nogle åbenbart måle niveauet kapacitivt op til 35 bar og med 0,1 % opløsning.

Måske er forklaringen, at dielektricitetskonstanten af LOX ændrer sig en del som følge af temperaturen, og når trykket stiger, stiger temperaturen også. Uden at have undersøgt sagen virker det fysisk usandsynligt, at dielektricitetskonstanten for LOX og GOX "bytter/krydser" ved et givent tryk, så den over det tryk og den tilsvarende temperatur bliver lavere for LOX end for GOX; men jeg vil ikke udelukke, at det kan være tilfældet.

  • 0
  • 1

Enig det er KISS. Eneste problem (hvis det er et problem) er at man så helt fra start skal vide hvor meget LOX man vil køre med. Bølgegang ude på åbent vand vil nok også gøre at man får fyldt lidt mindre LOX på. Løsningen kunne være den her hvor man skruer et rør ned i en bøsning i toppen. Det gør det simpelt at bestemme fyldningsgrad også efter tanken er produceret. Anbringes "Vent" i midten af tank bliver den måske også knapt så følsom over for lidt bølgegang.

Med fare for at få en storm af sure tommelfingre, så syntes jeg ikke det er en særlig god løsning, da hullet svækker tankens bæreevne overfor tryk. Det vil en svejsning af en forstærkningsflange i øvrigt også gøre, alt den stund at der vil opstå spændingskoncentrationer både omkring flangen og som følge af svejseoperationen.

Såhhh, smart metode hvis man er ligeglad med vægt i f.eks. statiske tests, men knapt så smart hvis man vil optimere rakettens performance. Tanken er en væsentlig del af rakettens struktur, og bare 10% overvægt vil stjæle uforholdsmæssig megen payload/maxhøjde. Et hul vil resultere i en kærveffekt der betyder langt mere end bare 10%.

Den korrekte måde er i min optik er enten at måle på tanken eller veje raketten.

  • 1
  • 0

Måske er forklaringen, at dielektricitetskonstanten af LOX ændrer sig en del som følge af temperaturen, og når trykket stiger, stiger temperaturen også.

Kanstrup + Keld: hvad siger I til en simpel R/C kreds med en airgap kondensator? Når resonansfrekvensen ændrer sig markant er det fordi der løber noget mellem pladerne...... Det burde kunne realiseres både nemt, billigt (og gnistfrit). Man kan lege med en smule LOX i en dewar for at tune sig ind på hvilken frekvens man skal jagte og hvor meget frekvensen dykker ved "neddypning"

Fyldeoperationen skal naturligvis forgå ved atmosfæretryk for at få en tydelig overgang......

  • 0
  • 0

Som validerings metode kunne man bruge nogen dyre flowmetre på LOX fueling siden (altså den del som ikke flyver op) og empirisk bestemme udstrømningen af GOX som funktion af trykket (og måske temperaturen).

Der er altid en fejl i den slags initial systemer men det er totalt uafhængigt og burde kunne ramme indenfor procenter (alt afhængig af hvor lang tid tanken står naturligvis). Et ret solidt sanity check på alle de sensorer i snakker om og kræver ingen ændringer på selve tanken.

  • 0
  • 0

Med fare for at få en storm af sure tommelfingre, så syntes jeg ikke det er en særlig god løsning, da hullet svækker tankens bæreevne overfor tryk. Det vil en svejsning af en forstærkningsflange i øvrigt også gøre, alt den stund at der vil opstå spændingskoncentrationer både omkring flangen og som følge af svejseoperationen.

Den bedste tank får du givet hvis du helt undgår huller, men der skal nu være nogle for at den bliver brugbar. Hvis du vil have et hul i toppen for at kunne fjerne tryk uden at lukke LOX gennem motoren (det vil du af flere grunde, men ihvertfald for at fjerne GOX under påfyldning) skal du ikke lave flere huller. Du skal bare iskrue et rør i toppen af tanken med den længde som du ønsker ullage volumen skal have og sætte en ventil på.

  • 0
  • 0

Kanstrup + Keld: hvad siger I til en simpel R/C kreds med en airgap kondensator? Når resonansfrekvensen ændrer sig markant er det fordi der løber noget mellem pladerne

Det er faktisk præcis sådan (L/C), FDC2214/2212/2114/2112 serien virker. De er resonansbaserede og bygger på en frekvensændring, der kan måles uhyre præcist (op til 28 bit) - se http://www.ti.com/lit/ds/symlink/fdc2214.pdf ; men det virker naturligvis ikke, hvis dielektricitetskonstanten for LOX og GOX "bytter" ved et givent tryk.

  • 2
  • 0

Kanstrup + Keld: hvad siger I til en simpel R/C kreds med en airgap kondensator? Når resonansfrekvensen ændrer sig markant er det fordi der løber noget mellem pladerne

Det er faktisk præcis sådan (L/C), FDC2214/2212/2114/2112 serien virker. De er resonansbaserede og bygger på en frekvensændring, der kan måles uhyre præcist (op til 28 bit) - se http://www.ti.com/lit/ds/symlink/fdc2214.pdf ; men det virker naturligvis ikke, hvis dielektricitetskonstanten for LOX og GOX "bytter" ved et givent tryk.

Vi er netop selv ved at kigge på at bruge LOX som iltningsmiddel. I den forbindelse har vi brug for at måle forbruget for at karakterisere motoren ordentligt. Vi var ikke lune på den ide som CS kører for øjeblikket: En dyr flowmåler som dør hvis den kortvarigt kommer til at køre ren GOX.
Derfor kiggede vi på hvad man så kunne gøre. I mange væskesystemer kan man forholdsvis let lave en eksplosionssikker sensor baseret på kapacitiv måling, hvorfor jeg foreslog at vi forsøgte dette. Vores initielle BOTE (Back Of The Envelope) undersøgelse af dette indikerede dog at der kunne være problemer på grund af den meget lave dielektricitetskonstant kombineret med at konstanten ændrede sig med trykket. Jeg indrømmer gerne at vi ikke blev færdige med beregningerne idet vi lod ideen ligge da vi konstaterede at GOX flyttede sig hen over LOX dielektricitetskonstanten, uden at konstatere om LOX konstanten også flyttede sig.
Jeg skal derfor ikke helt afvise at Kanstrup kan have ret i at forholdene er således at der altid er forskel.
For en ren detektering af et specifikt niveau ved cirka 1 bar vil systemet virke fint idet man, som Kristian Glejbøj foreslår, bare kan indsætte et sæt plader (gerne vandret) som man detekterer LOX/ikke LOX med. Men da vi har brug for at måle flow under tryk, så var det et problem. Skulle vi i starten køre pressure blow down, så ville den krydsende dielektricitetskonstant betyde at vi på et tidspunkt slet ingen måling fik, ligesom vi ikke kunne beregne mængderne uden at skulle tage trykket med i betragtning. Sandsynligvis ville vi også skulle regne på temperaturfordelingen i GOX delen idet mængden af GOX pr volumenenhed ændres som funktion af temperaturen, jævnfør gasligningen.

Men jeg følger med her for hvis nu en super målemetode viser sig. En her på jobbet foreslog at vi målte på en glaslysleder udspændt i tanken. Den skulle ændre egenskaber hvor den var i væske, så vi kunne detektere hvor væskeniveauet var. Jeg tvivler på at det er en triviel opgave. Men har nogen flere ideer, så lad os høre dem. Vi kommer nok til at skyde nogen af dem ned med forskellige argumenter, men uden input får vi ikke inspiration.

/Keld
Danish Space Challenge

  • 4
  • 0

behøver ikke at være andet end en blænde i et rør, hvor du måler trykfald over med en dif tryktransmitter. "Blænden" kan f.eks. udgøres af injektoren.

Resten er et spørgsmål om kalibrering.

Injektoren dør ikke ved gas gennemstrøming.

Jeg har bygget en hel serie gigantiske flowmetre til Teknologisk Institut som benytter netop det princip.

De benyttes til akkrediterede målinger på industrielle ventilationssystemer.

Der er mange ting der hverken behøver at være dyre eller besværlige.


Åbninger i en tank reducerer IKKE dens trykbærende egenskaber hvis de er korrekt udført. Der er så meget andet på en tank, f.eks. langsømme, som også skal være korrekt udført.

Overløbsystemet virker bedst uden lange rørtilslutninger.

Hvis altså man ikke bare vil være sten sikker på ikke at have for meget i tanken, men også gerne vil vide når man er der.

Peter Madsen

  • 4
  • 6

Men jeg følger med her for hvis nu en super målemetode viser sig. En her på jobbet foreslog at vi målte på en glaslysleder udspændt i tanken. Den skulle ændre egenskaber hvor den var i væske, så vi kunne detektere hvor væskeniveauet var.

Der er næsten uendelige muligheder, det er bare at bladre igennem en fysikbog og så tage få sig af retterne.....

Hvis du pakker en thermistor ind i noget isolerende, ikke brændbart ( f.eks. glasuld) og brager strøm igennem den, så holder den sig "varm" i GOX. Så snart vædskespejlet når thermistoren vil der ske en voldsom fordampning omkring thermistoren og modstanden vil ryge helt vildt op. Ved denne løsning skal man lige sikre, at alle komponenterne er ilt-skre......

Thermistorløsningen er dobbelt smart fordi komponenten mere eller mindre slukker for sig selv (P=U^2/R). Hvis du kører med strømbegrænser sikrer du også at den ikke kører for varm i den indledende fase.

Den med lyslederen er heller ikke dum. Du burde kunne måle en ændring i refraktionsindex i vædske kontra gas, men det kræver mere udstyr end en simple thermistoropstilling der bare kræver for 20 kr komponenter fra RS-online, et bilbatteri og et multimeter.

Iøvrigt: Thermistor målingen kan eventuelt udføres som en differentialmåling med to stykker der sidder i hver sin højde. Så behøver man ikke at bekymre sig så meget om den kølende effekt af GOX'en.

  • 1
  • 0

På bl.a. Saturn V havde man syn for sagen med et kamera koblet til LOX tanken gennem et fiber optic bundle. Men kan man få den slags til Kina priser? Altså et endoskop, hvor man ikke 'snyder' og bare har en c-mos sensor ude i spidsen

  • 1
  • 0

Iøvrigt: Thermistor målingen kan eventuelt udføres som en differentialmåling med to stykker der sidder i hver sin højde. Så behøver man ikke at bekymre sig så meget om den kølende effekt af GOX'en.

Thermistor - eller thermocouple versioner er også under overvejelse. Igen er der tale om en metode der er gennemførlig for et lavt budget, og det er overskueligt at sætte en række sensorer, således at vi kan måle hastigheden hvormed vi bruger brændstof, og ikke kun hvornår vi har nået vores fyldningsgrad. Som du beskriver, så kan vi definere fyldningsgraden til den nærmeste thermistor mens den næste sikrer at der ikke overfyldes.

Men du har ret i at der findes masser af fysiske egenskaber vi kan tage fat i for at måle væskestanden.

På bl.a. Saturn V havde man syn for sagen med et kamera koblet til LOX tanken gennem et fiber optic bundle. Men kan man få den slags til Kina priser? Altså et endoskop, hvor man ikke 'snyder' og bare har en c-mos sensor ude i spidsen

Et hurtigt kig siger at vi kan få endoskoper til (langt) under $100 som har sensoren for enden af et kabel. Jeg tvivler på de vil blive glade for at sidde inde i en tank. Rigtige fiberoptiske endoskoper ser ud til at starte ved $1000 og gå opad. Og så skal vi have designet et målebånd der også sidder i tanken så vi har noget at kigge på.

  • 0
  • 0

Der er mange ting der hverken behøver at være dyre eller besværlige.


Hvor nøjagtig skal måling af drivmiddel egentlig være?

Vi vil naturligvis gerne have så præcise og pålidelige data som muligt, til det vi laver, så det nemme svar er selvfølgelig "så præcis som muligt". Men det er vel relevant at vide hvor nøjagtige de behøver at være.

Er det f.eks. nok (ved påfyldning) at vide at afkogningen er begrænset så meget, at LOX-mængden stadig ligger indenfor X% af det ønskede?

Hvis X er stor nok, og man ikke gider at løfte en kølespiral op i rummet, som kun skal anvendes på jorden, så kunne det måske gøres med en "dyne" omkring raketten, og så forkøle tanken med GOX fra dewaren, inden man tanker.

(Mere ment som eksempel, end et konkret forslag)

Åbninger i en tank reducerer IKKE dens trykbærende egenskaber hvis de er korrekt udført. Der er så meget andet på en tank, f.eks. langsømme, som også skal være korrekt udført.


Kan heller ikke se problemet. Hvis tanken klarer de foreskrevne testprocedurer, formodentlig ved langt over nominelt drifttryk, så er det vel bedøvende ligegyldigt hvor mange gennemføringer der er svejst i?

  • 0
  • 1

Næhh, hvis vægt ikke er en bekymring og du bruger Detroitprincipet ved dimensionering kan du jo gøre hvad du vil :)


Jeg kender ikke CS' eller Madsens testproducedurer, men jeg formoder de bl.a. er beregnet efter at afsløre svagheder i svejsningerne, under betryggende forhold.

Det var der jo ingen grund til, hvis alting bare var dimensioneret efter "Detroit-metoden".

I min verden betyder vægt en hel del - specielt hvis man vil have noget til at løfte sig fra jordens overflade.


Men du er vel glad for at vide at de fly du sætter dig op i, kan holde til en hel del mere end den flyvning du skal med på - også selvom du ved det kunne flyve bedre, hvis det var dimensioneret efter det yderste af neglene?

  • 2
  • 1

Bare lige for at smide et par andre teknologier ind i den interessante diskussionen, så kommer her to.

Jeg har tidligere arbejdet en del med især flyden helium (LHE), hvor vi typisk brugte superledende sensore til at måle højden. Her udnytter man at superlederen har en forholdsvis høj modstand for den del der er over væske og dermed ikke superledende, mens den er ca. nul under væskespejlet. Jeg ved dog ikke om disse sensorer findes til LOX da det er en del "varmere" end LHE og også mere kemisk aktivt.

Vi havde også en old-school manuel måler, som bestod af et langt tyndt rør (tænk 3m sugerør) med en fingertyk tragt for enden. Ved at slå med fingeren på tragten mens man sænker røret langsomt ned mod væsken kan det trænede øre høre, hvornår man rammer væskespejlet. Man kunne sikkert sagtens lave lignende automatiske akustiske systemer.

  • 0
  • 0