Et styks frisk raketmotor med ekspresfragt. What now?

Som beskrevet i DanSTARs tidligere blogindlæg, så var vi tilbage i slutningen af september ’18 i fuld sving med at modellere varmeoverførslen mellem den varme forbrændingsgas ind i vores aluminumsvæg og videre ind i vores kølemiddel. Det lader sig faktisk til, at teorien i det mindste er på vores side. Så langt så godt, men det sker til tider at der kan være ret langt mellem teoretiske udregninger og reel måledata. Og det er det kapitel vi åbner nu. Motoren skal fyres op, og det skal ikke gå galt.

Før man overhovedet overvejer at sættene en fakkel op i bunden af sin motor for at antænde den voldsomme strøm af 1,5 kg/s brændstoffer (som er nominelt for vores motor), så er der en række tests der skal udføres. Nogle tests kan nedprioriteres, og alle tests bidrager naturligvis til selvsikkerheden forinden en optænding, men iblandt de vigtigste finder vi coldflow testen. Her er målet at karakterisere sin motors væskeafladningskoefficienter, sådan man kan relatere et tryk til et væskeflow – ofte med vand. Hvorfor er det vigtigt?

Principperne bag en raketmotor

En raketmotor fungerer på et ret simpelt princip; nemlig Newtons 3. lov. Hvis vi kaster nok masse afsted i én retning, så vil det skubbe os i den anden retning. Dette gælder for alt fra haveslanger, der spuler vand ud, til kontorstole, hvor man sætter af fra et bord og til, ja, raketmotorer. Lige for at ridse det op igen, så er den overordnede ide, at vi forbrænder en given mængde brændstof med en given mængde oxideringsmiddel inde i et kammer, som har en indsnævring i den ene ende. Denne forbrænding frigiver kemisk energi, varmer forbrændingsgasserne op og accelereres vha. Venturi-effekten til soniske hastigheder nede i indsævringen. Efter indsnævringen udvides gassen med en ekspanderende dysse, og netop fordi vi opnåede de soniske hastigheder tidligere i raketmotoren, så stiger hastigheden på udstødningsgassen. Ved at omskrive Newtons 2. lov en lille smule, kan det sluttes at en kraft kan fås fra et masseflow og en hastighed på dette masseflow. Og det er det en raketmotor kan gøre enormt effektivt – masser af masseflow ved ekstremt høje hastigheder (ofte adskillige km/s).

Når det så er på plads, så er masseforholdet mellem brændstof og oxidationsmiddel en af puslespilsbrikkerne som betyder om motoren smelter, fungerer OK eller spiller totalt max. Måden at kunne spå på dette forhold er det som ligger next-in-line for DanSTAR. I skrivende stund arbejder elektronik- og softwareholdet på højtryk for at få vores testanlæg, som har fået en ordentlig overhaul for at kunne følge med på vores nye 3,1 kN 3D-printede motor, på plads. Dette anlæg skal forinden hotfire-testene bruges til køre vand gennem vores nye injector ved trykforskelle, som ligner dem vi kommer til at opleve under drift. Ved hjælp af trykmålere og en vægt, kan vi relatere masseflowet til fødetryk, og dét er et led i planen for at ruste os til at fyre op under vores motor.