Ракета от Амперки, часть 5: Разбор полетов, ремонт
Рад всех приветствовать!
Очередная неделя работы над ракетой.
В этом выпуске займемся выяснением причин срыва сопла, поиском вариантов решений и ремонтом.
Ремонт
В предыдущем выпуске в ходе испытаний у нас реактивной струёй сорвало сопло с двигателя и пострадал стенд. Подробнее можно ознакомиться здесь. Нам осталось только ехать домой, отсматривать материал и пытаться понять, что же пошло не так.
Но в первую очередь решили восстановить работоспособность нашего главного измерителя. Заказали новые круглые направляющие и вставили вместо сломаной. Также заменили вышедшие из строя тензодатчики и восстановили геометрию коромысла, произвели повторную калибровку.
Разбор полётов
Стенд снова готов к работе, теперь нужно понять, где мы просчитались. В предыдущем посте и в личку многие просили посмотреть на график тяги поближе. А пожалуйста! Специально сделал скриншоты со значениями:
На 10 фото виден момент развития усилия в 135 кг. Мы не можем утверждать, что тяга в этот момент была именно такой, так как после этого, скорее всего, тензодатчики вышли из строя. Можно только гарантировано сказать, что не меньше этого показателя. По логике вещей, на такой показатель также повлял эффект отдачи — двигатель отбросил от себя часть своей массы в виде сопла, из-за чего наш стенд превратился в лафет артиллерийского орудия, вот направляющая и не выдержала.
Еще в замедленной съемке удалось рассмотреть, что сразу после запуска двигатель неплохо выходит на режим, в котором стабильно работает короткий промежуток времени, после чего давление струи на выходе сопла начинает расти (а должно быть примерно равно атмосферному, по нашим расчетам), что является следствием увеличения давления в камере сгорания. Причин увеличения количества сгораемых газов может быть несколько (как и возможна их комбинация):
- Кратерное горение топлива
- Детонация топлива
- Раскалывание топливного заряда
- Закупорка критического сечения
- Горение по нерасчетной поверхности
- Неправильный расчет сопла
- Неправильный расчет профиля топлива и шашки
Будем следовать от противного. Вариант с закупоркой сопла стартером отбросили сразу, так как на видео отчетливо видно, как его выбрасывает из сопла еще до выхода двигателя на режим. Раскалывание шашек тоже маловероятно — они были не только склеены между собой топливом, но еще и приклеены к стенкам трубы на эпоксидку. Кратерное горение — крайне маловероятно, так как на испытаниях топлива в первой серии мы сожгли самую дефектную шашку с явными признаками кратеров, и неравномерного горения не наблюдалось. Версия с детонацией тоже неработоспособна: давление выросло бы настолько резко, что трубу бы разорвало, даже не успев сорвать сопло, а по видео видно, как после срыва топливо продолжает догорать. Да и не склонно карамельное топливо к детонации — это же не аммонал.
Теперь о более вероятных причинах. Товарищи из МКА посоветовали смотреть в сторону перехода горения с внутренней поверхности шашки на внешнюю, что и привело к резкому увеличению количества сгораемых газов. А причиной этому послужило отсутствие бронировки на топливном заряде. Топливо прогорело от канала до самого края, а потом горение перешло на внешний слой, здорово увеличив при этом площадь. В следующий раз будем умнее и обязательно сделаем бронировку.
Неправильный расчет сопла вероятен, однако, он зависит от того, насколько правильно было посчитано топливо. Точнее, его закон горения. В наших расчетах мы пользовались значениями, взятыми из программы Meteor, но это абсолютно не значит, что характеристики сваренного нами топлива полностью соответствуют табличным.
Расчет закона горения
Скорость горения топлива прямопропорционально зависит от давления внутри камеры сгорания и измеряется в мм/с. Для проведения таких испытаний применяется метод бомбы Кроуфорда, который заключается в создании установки примерно такого вида:
(источник)
Суть испытаний состоит в сжигании топливной шашки малого объема в камере, внутри которой нагнетается давление и замерах скорости горения при различных значениях давления. Результатом измерений будет примерно такой график, по которому можно будет высчитать закон горения именно для каждого отдельно взятого топлива, с учетом его особенностей: чистоты реагентов, влажности, качества запрессовки/литья и т.п.
(источник)
Мы решили провести такие испытания и сравнить, насколько характеристики нашего топлива соответствует табличным. Для этого будем строить новый стенд. За его основу мы взяли углекислотный огнетушитель ОУ-7 и стравили с него заряд. В него мы и будем помещать небольшие шашки, нагнетать азот (кстати, баллон с азотом тоже уже прикупили) и тестировать, насколько быстро будет сгорать топливо при различном давлении. На данный момент подбираем подходящую фурнитуру и контрольно-измерительную аппаратуру, попутно пишется программа для проведения измерений. Когда закончим отладку — предоставим код.
Видео по серии:
Спасибо, что остаетесь с нами!
