Проверка 3D печатной камеры сгорания ЖРД главным мяутелистом по ЖРД закрытого цикла
Ответ: *фырк* - означает что плохо пропечатались подводы окислителя в рубашку охлаждения
Что интересно - внутренняя структура двигателя пропечаталась отлично, а простые детали плоховато, очень полезный опыт для нас
Напечатан прототип камеры сгорания первого в России частного жидкостного ракетного двигателя закрытого цикла с полной газификацией
Напечатан на 3D принтере из алюминия, масса около 75 грамм, а из нержавеющей стали будет около 210 грамм.
Основная цель печати прототипа - посмотреть как пропечатается очень сложная внутренняя структура двигателя, провести некоторые проливочные испытания с реальными объёмными расходами жидкостей. Пока что постобработку не провели.
Коротко о конструкции будущего ракетного двигателя ПВС-325 для ракеты УРАН 1
Немного характеристик:
Тяга на уровне моря - 325 кгс
Удельный импульс на уровне моря - 265 секунд
Давление в камере сгорания - 10 МПа (100 бар)
Температура в камере сгорания - 2630 градусов по цельсию.
Двигатель закрытого цикла с полной газификацией, на 90% пероксиде водорода и 99.98% изопропиловом спирте.
Сделать двигатель закрытого цикла - невероятно сложная задача, нужно использовать самые современные технологии и материалы. Но в итоге двигатель будет очень простым - всего около сотни деталей и очень лёгким - около 1.8 кг первые прототипы, и дальнейшее снижение до 1.2 кг, что даёт тяговооружённость двигателя 180 у первого протипа, и 270 у конечного двигателя и сделает его лучшим в мире ракетным двигателем на перекиси водорода.
90-95% деталей двигателя будут 3D печатными, в следующем году будут тесты 3D печатных газогенераторов.
Самое сложное - сделать турбины насосов горючего и окислителя, они работают в очень жёстких условиях, для этого будут применены суперсплавы - по типу Инконеля 718, Инконеля Х750 или Хастелоя Х.
Двигатель проектируется с учетом 500 полётов без замены деталей - это почти 28 часов работы или более 120 тонн топлива выжженого двигателем.
Конечно, все характеристики которые тут написаны изменятся, все таки разработка и доведение до полётного двигателя будет около 3-4 лет)
Интересный факт - чисто теоретически давление в камере сгорания можно поднять до 14 МПа без серьёзных изменений, что даст тягу почти 480 кгс и поднимет удельный импульс до 273 секунд (и тяговооруженность до 370, на испытаниях узнаем))
Ну чё там с ракетами №2
Итак, сегодня 9 декабря 2020, предыдущая статья была 55 дней назад, а 2 года назад был испытан наш первый РДТТ (9 декабря 2018)
САМЫЕ ГЛАВНЫЕ НОВОСТИ ЗА 2 МЕСЯЦА (ну почти):
3 попытки огневых испытаний, последнее — крайне неудачное
1-я попытка была 1 ноября. Не удалось зажечь топливную смесь — так как не смогли подать окислитель в двигатель. Получили лишь огромный факел.
А всё из-за очень низкой температуры и спешки (темно уже было) — аккумуляторы замёрзли, забыли закрутить болт сброса давления в бак окислителя — воздух просто вышел через отверстие не надавив на перекись.
2-я попытка чуть удачнее.
Окислитель получилось подать, горючее тоже, воспламенитель зажегся, правда не в нужное время — он зажегся на несколько десятых секунд позже чем должен был. В итоге в двигатель подавалась топливная смесь, но никто её не зажег.
3-и огневые испытания. Крайне неудачные.
В этот раз был непроверенный катализатор, да и перекись решили вместо 50% использовать 77%. Катализатор развалился в двигателе, заделал форсунки, давление в катализаторном пакете скакнуло выше сотни атмосфер.
Многие детали внутри повреждены, восстановить очень трудно.
Да и почему-то не открылся клапан подачи вытеснительного газа в бак горючего (не порвалась разрывная мембрана, как оказалось потом - клапан был повреждён при перевозке) — вероятно это спасло нас от сильного взрыва. Воспламенитель зажегся вовремя.
Покажем видео зажигания воспламенителя, что произошло дальше - особо ничего интересно, только видно как пар пошёл из двигателя.
Что делать? Делать новый двигатель.
ПВС-9 — новый ракетный двигатель на замену разрушенному
Рендер собранного двигателя
Ну и вот уже есть некоторые детали. Скоро будут все остальные детали.
Делаем целиком из нержавеющей стали.
Тяга — 9 кгс, давление в камере сгорания — 8 атм, запас прочности холодного двигателя — 20, горячего — 4-6.
Постараемся провести первые его испытания в конце месяца.
Работа над прототипом ракеты УРАН 1 - "Кузнечиком" продолжается!
Напечатаны первые топливные форсунки для ЖРД на 70 кгс из нержавеющей стали
Бак не обходим стороной — вырезаны детали бака из 1мм AISI 304 (нормальная такая нержавейка). Этот бак будет вмещать 40 кг топлива при давлении наддува 10 бар. Вероятно первый бак будет разрушен испытательным давлением (16 бар)
В январе ожидается полная сборка и первые тесты на давление.
Синим - окислитель (80% пероксид водорода), красным - горючее (99% этиловый спирт)
Ну и готовы основные детали двигателя, но сначала - сделаем рабочий образец катализаторного пакета с форсунками - убедиться что испытания не превратятся в огневые испытания ЖРД от Лин Индастриал в 2016
И прямо во время написания поста -
Успешные испытания 3D печатной топливной форсунки для ЖРД на 70 кгс!
Запрет на полёт большого РДТТ на 0.8 тонн тяги в составе ракеты УРАН 1Т СВЗ
Да-да, вообще, нам запретили это делать)
А перед этим мы сделали новое параболлическое сопло для этого двигателя
Весит оно не один килограмм, а весь тестовый движок в сборе весит 17 кг.
Летать он не будет, вероятно будет одно единственное испытание (и то неизвестно когда) на 600 кгс тяги и 6.3 МПа в камере сгорания.
Полетный двигатель без топлива весил бы всего 3.4 кг, и ракета с таким двигателем могла бы подняться на высоту 10 км. Может оно и к лучшему
УРАН СПГ — такси для наноспутников
УРАН СПГ — метановая многоразовая ракета-носитель сверхлёгкого класса. Способна выводить до 11.2 кг полезной нагрузки на НОО 250*250 км
Подробнее про ракету — https://rstspace.ru/uran-spg
Первая ступень возвращаяется на парашютах и сбрасывает остаток скорости с помощью 2 из 4-х двигателей или при старте с самолёта — на ВПП самолётным способом.
Первые тесты будут в 2021.Начата разработка двигателя для ракеты УРАН 1
Схема максимально упрощена, а давления округлены в рандомные стороны)
Двигатель закрытого цикла с полной газификацией, на 90% пероксиде водорода и 99.98% изопропиловом спирте.
Сделать двигатель закрытого цикла - невероятно сложная задача, нужно использовать самые современные технологии и материалы. Но в итоге двигатель будет очень простым - всего около сотни деталей и очень лёгким - около 1.8 кг первые прототипы, и дальнейшее снижение до 1.2 кг, что даёт тяговооружённость двигателя 180 у первого протипа, и 270 у конечного двигателя и сделает его лучшим в мире ракетным двигателем на перекиси водорода.
90-95% деталей двигателя будут 3D печатными, в 2021 году будут тесты 3D печатных газогенераторов.
Самое сложное - сделать турбины насосов горючего и окислителя, они работают в очень жёстких условиях, для этого будут применены суперсплавы - по типу Инконеля 718, Инконеля Х750 или Хастелоя Х.
Двигатель проектируется с учетом 500 полётов без замены деталей - это почти 28 часов работы или более 120 тонн топлива выжженого двигателем.
Тестовая камера сгорания для попытки 3D печати
ALICE — ракетный двигатель, работающий на воде
ALICE — ракетный двигатель, работающий на воде
Говоря о ракетных двигателях чаще всего подразумевают два их основных вида: жидкостный ракетный двигатель(ЖРД), чаще всего работающий на жидком кислороде и керосине(РД-180, Merlin), либо твердотопливный ракетный двигатель(ТТРД), использующий чаще всего в качестве топлива смесь окислителя — перхлората аммония, а качестве топлива — мелкий порошок алюминия(Боковые ускорители Space Shuttle). Но порой в поисках лучших топлив инженеры предлагают нестандартные решения.
Одно из таких — ALICE — совместный проект Управления научных исследований ВВС США, NASA, Университета Пердью и Государственного университета Пенсильвании. ALICE складывается из слов AL(алюминий) и ICE(лëд). Как и в других ТТРД здесь в качестве горючего используется алюминий, но в качестве окислителя — вода, а точнее лёд, при температуре — 30°C. Но вода не будет вступать в реакцию с алюминием, потому что, как известно, алюминий мгновенно покрывается оксидной пленкой, для преодоления которой требуется значительное количество тепла. Чтобы алюминий вступил в реакцию нужно свести к минимуму влияние оксидного слоя. Решение нашлось в использовании частиц алюминия размером до 80 нанометров, что в 500 раз меньше ширины человеческого волоса.
Оксидный слой в порошке наноалюминия тоньше и его легче преодолеть, чем в более крупных частицах. Это облегчает воспламенение и поддержание горения алюминия с водяным льдом.
«Наноразмерный алюминий действительно является ключом к работе системы», — сказал Тимоти Поурпойнт, профессор школы аэронавтики и космонавтики в Пердью. «Использование только алюминиевого порошка микронного размера и водяного льда не сработало бы».
Производство нанопорошка алюминия дело не дешëвое, поэтому исследовательская группа ищет комбинации из частиц воды и алюминия различной величины для более дешевой версии топлива.
Компоненты топлива тщательно смешиваются на специальной машине в состояние пасты, которая после уже загруженная в корпус двигателя, остается твердой при температуре — 30°C, что предотвращает случайное воспламенение от искры.
Хотя вода это уже продукт сгорания водорода, алюминий в данном случае выступает восстановителем, в т. н. алюмино-термической реакции.
Основная реакция горения:
2Al + 3H2O → Al2O3 + 3H2
В течение рекции горения выделяется много тепла, а также водорода, нагревание и раширение которого эффективно преобразуется в тягу двигателя.
Изображение с сайта: https://www.researchgate.net/figure/Images-from-the-ALICE-fl...
Ракета из композитного материала, длиной 2.7 м, взлетела на 396м, развив тягу в 295 кг.
«Мы находимся на уровне или чуть ниже обычных твердотопливных двигателей с точки зрения общей производительности», — отметил Стивен Ф. Сон, один из разработчиков нового двигателя.
Готовая топливная шашка из льда и алюминия. Изображение с сайта: https://gajitz.com/go-ask-alice-rocket-fuel-made-of-aluminum...
В чем же преимущества и недостатки такого двигателя? В преимуществам можно отнести доступность компонентов топлива и окислителя. Предполагается что подобные двигатели могли бы использоваться для полетов на Луну и Марс, включая добычу воды и алюминия и создания топлива прямо на месте. Только каким образом это будет происходить пока неизвестно.
Преимуществом является также экологичность и безопасность топлива. Горение ТТРД на перхлорате аммония выбрасывает в атмосферу десятки тонн соляной кислоты. Продукты же сгорания ALICE — оксид алюминия и водород — безопасны.
Также, в отличие от обычных ЖРД нет необходимости в криогенных температурах. При достаточно удобной температуре в -30°C, сохраняется высокая плотность энергии топлива.
Таким образом, ALICE вполне может стать альтернативой нынешним ТТРД.
Но есть и недостатки. Производство нанопорошка, как упоминалось выше — дело не дешевое. В отличие от этого производство компонентов обычного ТТРД — дело отработанное и налаженное.
Производительность. Чтобы составить серьезную конкуренцию производительность ALICE нужно быть выше чтобы оправдать свое применение.
Видео о создании и испытании ALICE
Самая свежая информация о проекте какую я нашел за 2010 год. С тех пор новостей нет. Будем надеяться что проект возродится и будет использоваться как экологичная замена традиционному топливу ТТРД.
P.S. это моя первая статья. Буду рад замечаниям и исправлениям.
Ссылки:
https://www.popsci.com/military-aviation-amp-space/article/2...
https://www.space.com/amp/7429-rocket-fuel-mixes-ice-metal.h...
https://web.archive.org/web/20090827151154/http://www.wpafb....
Ну чё там с нашими ракетами?
> Какими ракетами?
> Ну которые вы там делаете.
> А вот об этом ты узнаешь далее
Итакс, сегодня вроде 15 октября, 3 месяца прошло с момента успешного запуска (А также неудачной посадки) ракеты УРАН 1Т. Что вообще произошло с того момента, над чем идёт работа сейчас?
Самые главные новости за 3 месяца:
(1) Тестовая ракета «Кузнечик», которой не суждено попасть в космос
«Кузнечик» — уменьшенная и упрощённая версия ракеты УРАН 1, предназначена для получения знаний о производстве больших жидкотопливных ракет и отработки различных операций с ними.
Топливная пара — 80% перекись водорода и абсолютированный этиловый спирт (>99%).
Двигатель «Кузнечика»
Тяга двигателя всего 23% от тяги ракеты УРАН 1, а именно 70 кгс (С возможностью увеличения до 76 кгс), давлением в камере сгорания всего 20 бар, и широким использованием нержавеющей стали в конструкции двигателя.
Способ подачи топливной пары в двигатель — электронасосный, осевые насосы перекиси и спирта находятся на одном валу, частота вращения 11200 об/мин.
Электронасос позволяет изменять тягу в широком пределе — от 14 кгс до 76 кгс.
Удельный импульс не превышает 210 секунд, а во время пониженной тяги бывает меньше 160 секунд.
5 октября были готовы еще несколько деталей двигателя (Крышка, усилительное кольцо и кожух катализаторного пакета), тоже из нержавейки.
Вероятнее всего (Шанс около 20-30%) что двигатель будет разрушен во время испытаний, будем готовы к тому, что придется делать ещё один.
Окончательная сборка камеры сгорания будет после испытаний катализаторного пакета и форсунок спирта, т.е. примерно в июне 2021, а первые огневые испытания будут не ранее сентября 2021.
Баки «кузнечика»
Баки тоже намного проще чем баки ракеты УРАН 1.
Они будут сделаны из алюминия толщиной 1.5 мм со стеклопластиковым усилением. Рабочее давление примерно 9 бар. Испытательное будет около 12 бар (Запас прочности — 1.33).
Начнём его окончательную сборку в декабре, тесты будут в январе-феврале 2021.
(2) Ракета УРАН 1L живее всех живых!
Да, это та самая мелкая ракетка на перекиси.
В чём смысл? — Научиться делать компактные детали ракет.
Высота полёта — примерно 0.5-3 км (Зависит от того, зальём мы горючее или нет)
Что готово на данный момент —
1) Бак окислителя.
Бак окислителя начал изготавливаться 13 августа, закончен 8 октября.
Бак прошёл успешные испытания на тройном (!) давлении
Достигнутое давление — 36 бар, полётное давление — 12 бар.
Способ крепления заглушек без сварки и болтов показал себя прекрасно.
Способ заключается в том, что сначала алюминиевая труба прогревается до 500-550 градусов горелкой, от температуры она расширяется, туда мягко говоря вставляется заглушка (Забивается молотком со всей силы, 1 заглушка не выдержала такого способа), труба охлаждается, уменьшается, и образуется очень крепкое и герметичное соединение.
2) Бак горючего
Доделан на 60%, испытан на 0%.
При сборке что-то пошло не так.
Помните рассказывал про термический метод крепления заглушек? Так вот, если заглушка встаёт неровно в трубе, то заглушка сразу остужает трубу, она уменьшается в размерах и сильно сжимает заглушку. Именно это и произошло.
Единственный способ всё исправить — нагреть трубу и заглушку до примерно 300 градусов и через дощечку со всей силы опять забить молотком. Так и будет сделано.
Этот бак имеет рабочее давление 15 бар, тесты будут на двойном давлении — 30 бар. А еще, этот бак в первое время будет стоять на стенде для испытаний мелких ЖРД, он будет предназначен опять таки для горючего)
Заглушечки)
3) Двигатель
Самая интересная и важная часть ракеты. Без него ракета просто «Плюнет в стартовый стол спиртом и перекисью, все загорится и взорвётся».
Первые чертежи двигателя появились еще 1 мая, первая деталь была сделана 8 мая, а в августе была готова первая версия двигателя.
Было выявлено 2 проблемы:
1. Катализатора не хватало для разложения перекиси
2. Нехватка воздуха для вытеснения всей перекиси
Все эти проблемы были исправлены во второй версии двигателя и в новом стенде.
Испытания — скоро.
(3) Стенд
Да, наконец-то он есть!
Стенд расчитан на испытания ЖРД с тягой до 50 кгс и РДТТ до 800 кгс.
(4) УРАН 1ТУ
УРАН 1 Твердотопливная Управляемая. Управление с помощью решетчатых рулей.
Высота полёта — не более 500 метров
Первый полёт — ???
(5) Самый большой в России двигатель на карамельном топливе
Ну тут уж лучше почитать развернутый пост про него
Изолента крепит термопару временно, просто на время того как считалось какой длины нужен провод для неё.
Ну как то вот так. Задавайте вопросы в комментах
Возможно что-то забыл, буду дополнять если вспомню
Хорошо разбираетесь в звездах и юморе?
Тогда этот вызов для вас! Мы зашифровали звездных капитанов команд нового юмористического шоу, ваша задача — угадать, кто возглавил каждую из них.
Переходите по ссылке и проверьте свою юмористическую интуицию!
Начало испытаний нашего ЖРД на перекиси водорода
Итак. Сегодня произошло одно из самых важных испытаний за все время существования RST Space.
Мы проверяли работоспособность стенда и ЖРД на 50% перекиси.
Мы провели 4 испытания, одно с двумя компонентами.
Давление подачи перекиси в камеру сгорания не превышало 8.5 бар, а давление в камере сгорания - 3.2 бар
Мы не смогли поднять давление выше - перекись просто не успевала полностью разложиться (разлагалось около 10% от всей массы подаваемой перекиси + концентрация перекиси маловата)
Нашли проблему со стендом - способ заправки плохой, в неудачные моменты бак выплёвывал перекись прямо на руки.
Через несколько недель мы решим все эти проблемы и возобновим испытания на более концентрированной перекиси (65%+)
P.s. получилось на доли секунды зажечь и второй компонент