Please enable / Bitte aktiviere JavaScript!
Veuillez activer / Por favor activa el Javascript![ ? ]
niedziela, 04 grudnia 2011 02:18

Silniki na proch czarny

Oceń ten artykuł
(0 głosów)

 

W artykule tym chciałem przedstawić problemy bardzo często napotykane przez początkujących rakietników związane z silnikami na zwykły proch czarny. Artykuł ten opiera się w większości na moich własnych doświadczeniach mających na celu wypracowanie sobie metod pozwalających na zbudowanie dowolnego silnika rakietowego na proch czarny w możliwie łatwy sposób i z możliwie największą powtarzalnością parametrów silników.
Początkowo próbowałem budować silniki po prostu upychając proch wewnątrz komory silnika z wstawionym trzpieniem, ale dawało to kiepskie rezultaty (czytaj prawie każdy silnik miał CATO - catastrophic failure of a rocket engine), ponieważ bardzo ciężko było taki proch odpowiednio sprasować, dlatego zacząłem w późniejszym czasie prasować taki proch na wilgotno, co bardzo wpłynęło na wytrzymałość silników jednak nadal były to wyniki niezbyt obiecujące (stosunek CATO do lotów udanych wynosił około 1:1), należy wspomnieć również, że proch taki prasowałem przy pomocy młotka i trzpienia, (na którym wcześniej zwijałem papierowy korpus silnika) i bardzo ciężko było w ogóle ocenić, z jaką siłą należy uderzać i ile razy (za silne uderzenia najczęściej po prostu niszczyły silnik ze względu na „puchnięcie” bloku prochowego). Następnie wymyśliłem, że lepiej będzie, jeśli będę prasował wilgotny proch bezpośrednio na dyszy (bez wywierconego otworu), a po wyschnięciu bloku wklejał zatyczkę i wiertarką o odpowiednio dobranej średnicy wiertła wiercił otwór w dyszy oraz w bloku paliwa krótki kanał (oczywiście też odpowiednio dobrany). Takie rozwiązanie było w wielu aspektach lepsze, ponieważ ułatwiło prasowanie bloku paliwa no i nie było potem problemów z mocowaniem dyszy, ponieważ tutaj dysza była idealnie spasowana z ziarnem prochowym (dysze moje do tego typu silniczków to po prostu zwykły cylinder z wywierconym otworem) wyschnięty proch stykał się ze ściankami silnika tak szczelnie, że równocześnie ta warstwa była inhibitowana. Ostatecznie doszedłem do wniosku, że ta metoda jest dobra, ale chciałem wyeliminować ten nieszczęsny młotek z całego procesu i dlatego doszedłem do wniosku, że do mączki prochowej przeznaczonej do napędu silnika będę dodawał około 5%-owy dodatek lakieru nitrocelulozowego rozcieńczonego dodatkowo w acetonie, aby mączka łatwiej i bardziej równomiernie wypełniła się lakierem w czasie mieszania. Taki proch prasuję siłą ręki za pomocą trzpienia wykonując dodatkowo ruch obrotowy. Wyeliminowało to konieczność używania młotka, a mimo to ziarno jest bardziej twarde niż takie wilgotne prasowane młotkiem, oraz czas schnięcia znacznie się skrócił (pomijając już fakt, że silniki suszę w naczyniach próżniowych :) ).
Do wykonania silnika prochowego dobrze jest wyposażyć się w narzędzie, jakim będzie drewniany trzpień – wzorzec komory silnika, na którym to zwijany jest pasek papieru (najwygodniej wykorzystać faxowy papier termosublimacyjny – ma taką szerokość, jaką ma kartka A4 i długość kilkudziesięciu metrów, do tego pokryty jest środkiem termosublimacyjnym, który powoduje, że papier ten jest jeszcze bardziej odporny na rozciąganie i rozrywanie niż zwykły). Dysze oraz zatyczki wykonuje się poprzez sprasowanie gliny rzeźbiarskiej w rurce, jaką jest nasz przyszły silnik, za pomocą wzorca i wypchnięciu tych cylindrów z tulei. Takie cylindry muszą wyschnąć a następnie trzeba je wypalić. Kiedy są już suche i twarde jak kamienie to wklejamy jeden taki cylinder, który będzie dyszą do naszej rurki za pomocą jakiegoś kleju epoksydowego np. poxipol czy inny distal. Po wyschnięciu żywicy należy przygotować proch z lakierem NC i sprasować go w tulei siłą ręki za pomocą tegoż samego wzorca, co poprzednio, potem należy odczekać aż do całkowitego odparowania rozpuszczalnika i wkleić zatyczkę. Następnie za pomocą odpowiednio dobranego wiertła wiercimy wiertarką (najlepiej stołową, inaczej trzeba sobie zrobić specjalną prowadnicę do wiercenia za pomocą zwykłej wiertarki) na niskich obrotach najpierw dyszę oraz odpowiedniej długości kanał w paliwie (dlatego trzeba znać wysokość dyszy, i zaznaczyć na wiertle długość dyszy + długość kanału, żeby nie wywiercić za długiego/krótkiego kanału).
Do tej pory wszystko wydaje się dość proste, ale trzeba również wiedzieć, jaką dyszę, do jakiej średnicy wewnętrznej komory przygotować oraz jaki długi kanał, aby silnik miał mocnego kopa, ale żeby go nie rozerwało. Ponieważ niestety nie posiadam dobrej hamowni (jakąś tam mam, ale jest mało dokładna), ani też żadnych innych sprzętów pomiarowych parametrów pracy silnika, dlatego doświadczalnie wyznaczyłem wartość maksymalną „kn” (kn to stosunek powierzchni palenia ziarna do pola poprzecznego przekroju dyszy w najwęższym miejscu), jaką mogę zastosować w silnikach na prochu przygotowanym najlepiej jak tylko w moich warunkach jest to możliwe (mielenie poszczególnych składników na pył, przegryzanie wodą na łaźni wodnej w temperaturze około 130*C, suszenie na „kamień”, a potem żmudne mielenie w moździerzu, aż cały proch będzie wyglądał jak szara masa jednorodna i będzie się do wszystkiego strasznie lepił mimo, że jest suchy) dodatkowo zaprasowanego z lakierem NC. Wartość ta wynosi kn maksymalne około 100-110 (powyżej tej wartości w 90% mamy gwarantowane CATO), a minimalne, czyli takie, które pozwala silnikowi oderwać się od ziemi, ale z małym przyspieszeniem to około kn 25. Aby nie, męczyć się za bardzo z liczeniem kn zrobiłem sobie kalkulator kn, w którym to przyjąłem pewne uproszczenia i oparłem się na prawie geometrycznego spalania prochu Vieille’go, które mówi o tym, że: „zapalenie prochu w przestrzeni zamkniętej jest natychmiastowe, a jego spalanie zachodzi ze stałą prędkością ze wszystkich stron w warstwach równoległych.”

 

Dlatego pominąłem we wzorze wg, którego liczy mój kalkulator kn fakt tego, że w rzeczywistości kanał (niepoprowadzony przez całe ziarno) o kształcie walca na końcu przybierze kształt sferyczny, ponieważ wzór na liczenie takich rzeczy byłby zbyt skomplikowany. Powoduje to, że wartość kn dla ziarna paliwa o takim kanale jest wartością niedokładną (zaniżoną), ale do moich zastosowań zdecydowanie wystarczającą oraz pozwalającą z powodzeniem budować silniki rakietowe o zadowalających parametrach.





Lewy rysunek przedstawia palenie się ziarna wg teorii, jaką przyjąłem, a prawy pokazuje rzeczywiste spalanie. Jak już wspomniałem takie uproszczenie nie przeszkadza wielce w budowaniu skutecznie działających silników.


Przykład silniczka z paliwem prasowanym bez lakieru NC (mały silniczek)

  Potrzebne materiały/narzędzia:

– pasek papieru (najlepiej termosublimacyjnego) szerokości 40mm i długości 310mm;
– metalowy/drewniany trzpień o średnicy 8mm (od biedy można wykorzystać 8 milimetrowe wiertło do metalu lub drewna);
– trochę gliny;
– wiertło do metalu 2,5mm;
– wiertarkę;
– około 1 łyżeczka od herbaty idealnie zmielonego na pył prochu czarnego (standardowego 75:15:10 przegryzanego)
– młotek drewniany lub gumowy;
– Vicol
– jakiś epoksyd np. poxipol

Na początku zwijamy pasek papieru na naszym trzpieniu i brzeg ostatniej warstwy zwilżamy klejem:



Następnie trzeba do tak utworzonego cylinderka wcisnąć troszkę gliny i zgnieść ją przy pomocy trzpienia, następnie wycisnąć i odstawić do wyschnięcia, czynność należy powtórzyć 2 razy, ponieważ z tych glinowych cylinderków wykonamy zatyczkę oraz dyszę naszego silniczka (obie powinny mieć długość około 8mm). Następnie należy odstawić takie cylinderki na cały dzień, aby woda odparowała. Kiedy są już suche trzeba je wypalić np. stawiając na palniku kuchenki gazowej (UWAGA!!! nie wyschnięta glina będzie wybuchać w wyniku rozrywania przez wrzącą wewnątrz wodę). Jedną z wypalonych zatyczkę należy wkleić w korpus za pomocą jakiegoś mocnego epoksydu:


Teraz trzeba napełnić prochem nasz silnik. Należy napełnić silnik prochem tak, aby sprasowany blok paliwa wewnątrz silnika miał 18mm wysokości. Proch wsypujemy małymi porcjami i prasujemy trzpieniem dodatkowo dopukując młotkiem (dość delikatnie, ale nie za lekko). Po zaprasowaniu bloku należy wkleić zatyczkę analogicznie jak poprzednio tylko, że tak, aby wklejając ją docisnąć do sprasowanego prochu. Następnie należy za pomocą wiertła 2,5 mm wywiercić dyszę oraz kanał na głębokość 15mm w bloku paliwa:



I to tyle na temat wykonania takiego prostego silniczka. Na sam koniec można od strony zatyczki przy krawędzi wywiercić otworek 2mm aż do bloczku paliwa wetknąć lont visco lub usypać przez taki kanalik trochę prochu i już można uzbroić taki silniczek w malutką szelkę albo kometkę.

Download Video: MP4, HTML5 Video Player by VideoJS




Artykuł napisał:
Andrew
 
Czytany 6748 razy Ostatnio zmieniany środa, 14 grudnia 2011 23:41
Zaloguj się, by skomentować