close

Vores nyhedsbreve

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.
rumfart på den anden måde cs banner bloghoved

Et par µm SiO2, tak!

Kære læsere,

For et par uger siden kørte vi en række motortest forud for flyvningen af Nexø II. På trods af en mindre fejl så godkendte vi Engine Controlleren og dens kode til flyvning, men hvad med de der TEOS-test, hvordan gik det egentlig med dem?

Illustration: Carsten Olsen

Nexø II’s reservemotor for fuld drøn i teststanden. Foto: Carsten Olsen.

Som skrevet i den tidligere blog, så kørte vi i alt fem test på dagen, alle med forskelligt brændstof for både at se effekten af at sænke vandindholdet og effekten af at tilsætte TEOS. Brændstoffet anvendt i de fem test var:

  • 1) 75% ethanol
  • 2) 85% ethanol
  • 3) 92.5% ethanol
  • 4) 91.5% ethanol + 1% TEOS
  • 5) 74% ethanol + 1% TEOS

For læsere, som måske ikke læser med på alle blogs, så lad mig lige kort genopfriske hvad tilsætningen af TEOS forventer at resultere i. TEOS danner ved høje temperature et lag af amorf siliciumoxid. Brænder man det derfor af i en raketmotor, så får man belagt sit brændkammer og dyse med et tyndt lag siliciumdioxid. Da det har en meget lav varmeledningskoefficient, så nedsætter man varmeoverførsel fra forbrændingsgasser til brændkammer og dermed vil motoren være stresset mindre end ellers. Det kan altså udvide designrummet lidt med hensyn til mekanisk styrke af selve brændkammeret.

Inden vi kigger på data så vil jeg lige vise den umiddelbare, visuelle effekt af at køre med TEOS. Billedet nedenfor er taget efter den sidste test med TEOS. Som det ses så er indersiden af motoren og dysen dækket af et fint hvidt lag siliciumdioxid.

Illustration: Niels Foldager

BPM5, nu coated med (formentlig) nogle få mikrometer siliciumdioxid. Foto: Niels Foldager.

Jeg har grublet lidt over en pæn måde at præsentere data fra alle fem test på… men det har jeg ikke rigtig fundet. Så uden yderligere omsvøb, så kommer der fluks ca. 1 million datapunkter i form af fem gange 12 grafer med motordata…

Illustration: Thomas Pedersen

Motordata fra Test #1 med 75% ethanol.

Illustration: Thomas Pedersen

Motordata fra Test #2 med 85% ethanol.

Illustration: Thomas Pedersen

Motordata fra Test #3 med 92.5% ethanol.

Illustration: Thomas Pedersen

Motordata fra Test #4 med 91.5% ethanol + 1% TEOS.

Illustration: Thomas Pedersen

Motordata fra Test #5 med 74% ethanol + 1% TEOS.

Formålet med at ændre på brændstofsammensætningen var at se på den resulterende varmeflux, altså se på temperaturen af brændstoffet i kølekanalen. Det har jeg samlet i nedenstående plot.

Illustration: Thomas Pedersen

Brændstoftemperatur og effekt afsat i brændstoffet.

Grafikken er delt op i tre rækker. I øverste række ser vi temperatur og effekt afsat i de tre test uden TEOS, altså med henholdsvis 75%, 85% og 92.5% ethanol. Helt som forventet ser vi en højere temperatur når vi reducere indholdet af vand. Vi går fra en temperaturstigning på ca. 40 grader og til 54 grader for 85% og 65 grader for 92.5%. Jeg har ikke på forhånd regnet så meget på den forventede temperatur, men tallene virker ikke overraskende.

Bemærk i øvrigt at MECO for de to test med 85% og 92.5% ligger ved ca. T+17 sek, hvorimod standardblandingen blev kørt længere, nemlig frem til ca. T+25 sek.

Den afsatte effekt er plottet i højre side. Det ses at 75% blandingen når omkring 186 kW, mens 85% blandingen når 217 kW og 92.5% blandingen når 238 kW.

Så langt så godt. Hvad sker der så når vi tilsætter TEOS? Lad os se i række to. Her har vi sammenlignet 75% blandingen med den tilsvarende koncentration med 1% TEOS. Vi ser at temperaturstigningen før det første er mere konstant og ligger på blot 30 grader! Den afsatte effekt i brændstoffet er 143 kW, en reduktion på 23%!

Kigger vi på nederste række ser vi en sammenligning af 92.5% med og uden TEOS. Her ser vi temperaturstigningen gå fra 65 grader og til 44 grader når vi tilsætter TEOS. Ligeledes ser vi den afsatte effekt gå fra 238 kW og til 171 kW, en fald på 28%!

Sammenligningen for 75% blandingen forstyrres dog en smule af et kammertrykket i TEOS-testen desværre var en smule lavere, 15,2 bar mod 16,4 bar. Derudover var OF-forholdet skrækkeligt lavt, helt nede på 0,9… Det ødelægger sammenligningsgrundlaget lidt for den blanding.

For 92.5% blandingen er sagen dog anderledes. Her var kammertrykkene ens og OF-forholdene var næsten ens, så her ser vi bestemt en reel reduktion i varmetransport fra forbrændsgasser og til kammervæggen på op mod 30%. Det er ganske massivt og virkelig noget vi kan bruge i designet af BPM100.

I forbindelse med sidste blog blev der spurgt til BPM100 designet, og den fik jeg ikke svaret på. Men sagen er at det ligger lidt stille for tiden, pt er det all hands on deck op til Nexø II opsendelsen. Så snart den er skudt af, så begynder vi at fremstille de første injektor-elementer til testbrug. Det kommer vi til at skrive meget mere om så snart Nexø II har fløjet.

Thomas Pedersen
er civilingeniør fra DTU fra 2006 og har en Ph.D. indenfor mikro- og nanoteknologi fra DTU Nanotech, og er nu ansat samme sted som seniorforsker. Thomas har bygget raketter siden 1999 og blev en del af Copenhagen Suborbitals i 2009. Han er et af flere medlemmer af Copenhagen Suborbitals, der skriver på denne blog.

Den blog havde jeg spejdet længe efter, for synes jo nok man kunne høre én der i live streamingen sagde -30% :-)

Hvorfor ser man ikke termisk ligevægt i test1 ?
Undlod I at skifte fuel tryksensoren efter test 1 af sammenlignings hensyn?
LOX flow målingerne for de 2 test på 92.5% er meget urolige, hvad skyldes det?

Tillykke med en god test.
Alle affyringer kom jo nærmest på samlebånd uden de store sværdslag. Smukt!

  • 3
  • 0

Citat: "Da det har en meget lav varmeledningskoefficient, så nedsætter man varmeoverførsel fra forbrændingsgasser til brændkammer "

Det tror jeg ikke helt på, et par mikrometer er ikke nok til at isolere noget som helst.
Mulige effekter der ville have en reel indflydelse:

a/ Øge tykkelsen af grænselaget imellem dysevæg og forbrændingsgasser

b/ Reducere dysens absorptionskoefficient så den "suger" mindre termisk stråling fra forbrændingskammeret. Jeg kan se at dysen er hvid i det synlige område, men det betyder se'fø'li ikke at den også er hvid i IR området hvor det primære varmeflux ligger.

Jeg tror umiddelbart at b/ er bedste forklaring - Ikke fordi det gør den store forskel - det primære må jo være at det virker......

  • 3
  • 0

En tredje forklaring kunne være:

c) SiO2 afsættes og fordamper kontinuerligt på indersiden af brændkammeret og dysen. Herved foregår der egentligt en form for ablativ køling.

Sandsynligvis er alle 3 forslag i spil på samme tid.

  • 1
  • 1