< Serge77 - Моя ракетная мастерская >

Карамельные модельные ракетные двигатели - часть 3

Огневые стендовые испытания.

Топливные шашки, двигатели и трассеры-замедлители:

Три гильзы с топливом в левой части - двигатели ТД 43-45 с каналом разной формы. Правее них - три шашки в бронировке и три без, для двигателей ТД 29-31 и ТД 32-34 соответственно. Ещё правее - шашки без бронировки с длиной, увеличивающейся от 30 до 50 мм, для испытания максимальной загрузки топлива, которую сможет выдержать гильзовый двигатель (ТД 35-42). Справа внизу - две длинные бумажные трубки - это бессопловые двигатели, ждут испытаний.

Испытания проводились на стенде, аналогичном описанному здесь, но с новым датчиком на 10 кг и с креплением для гильз:

Сигнал с генератора записывался на ноутбук через линейный вход звуковой карты. Частота сигнала вычислялась с помощью программы Trust_meter, дальнейший перевод частоты в тягу и все вычисления производились в Excel. Использовалась кубическая калибровочная функция:

 

Одна точка на всех профилях тяги соответствует 0.02 с. По вертикали - тяга в килограммах.

 

Двигатели ТД 29-31. Шашка длиной 30 мм с бронировкой, канал 5.7 мм, трассер длиной 15 мм, сопло - шайба 4 мм.

Хорошо заметно, что трассер даёт тягу около 30 г. После выгорания трассера датчик показывает, что двигатель полегчал на 20 г, что соответствует реальности, заряд топлива составлял 21.2 г. Правда такая точность наблюдалась не во всех случаях, это может быть связано с гистерезисом датчика или с весом зажимов, подсоединённых к воспламенителю. Зажимы иногда оставались на двигателе, иногда слетали.

 

Результаты:

 

ТД 29

ТД 30

ТД 31

 

Время тяги

1,2

1,2

1,2

с

Скорость горения

5

5

5

мм/с

Тяга на режиме

1,15

1,25

1,2

кг

Суммарный импульс

10,3

10,7

10,9

Н*с

Масса шашки

12,3

12,07

12,49

г

Масса торцевой шашки*

2,48

2,48

2,48

г

Полная масса топлива*

14,78

14,55

14,97

г

Удельный импульс

71,3

74,9

74,2

с

 

 

Двигатели ТД 32-34. Шашка длиной 30 мм без бронировки, канал 5.7 мм, трассер длиной 15 мм, сопло 5.6 мм.

 

Результаты:

 

ТД 32

ТД 33

ТД 34

 

Время тяги

0,6

0,6

0,6

с

Скорость горения

5

5

5

мм/с

Тяга на режиме

2,35

2,3

2,4

кг

Суммарный импульс

9,6

9,2

9,9

Н*с

Масса шашки

11,32

10,99

11,06

г

Масса торцевой шашки*

1,26

1,26

1,26

г

Полная масса топлива*

12,58

12,25

12,32

г

Удельный импульс

77,7

76,9

82,1

с

 

 

Двигатели ТД 35-42. Шашка без бронировки, длина от 30 до 50 мм, канал 5.7 мм, без трассера, сопло 5.6 мм. Гильзы двигателей ТД 35-38 обработаны клеем ПВА, а гильзы ТД 39-42 - эпоксидкой. Двигатель ТД 42 случайно избежал испытания, остальные нормально отработали, все гильзы целые.

 

Результаты:

 

ТД 35

ТД 36

ТД 37

ТД 38

ТД 39

ТД 40

ТД 41

 

Время тяги

0,6

0,6

0,6

0,6

0,6

0,6

0,6

с

Скорость горения

5

5

5

5

5

5

5

мм/с

Тяга на режиме

2,1

2,65

3,1

3,3

1,75

2,5

3

кг

Давление на режиме

9,3

11,4

13,2

14,0

7,9

10,9

12,8

атм

Суммарный импульс

8,5

11,0

12,8

14,1

7,7

11,0

12,3

Н*с

Длина шашки

30

37,5

44

50

30

37,5

44

мм

Масса шашки

11,25

13,76

16,02

18,42

11,31

13,62

15,96

г

Удельный импульс

76,8

81,8

81,5

78,1

69,0

82,1

78,8

с

 

Видно, что величина максимальной тяги изменяется достаточно закономерно, однако удельный импульс изменяется нерегулярно. Очевидно, это связано с некоторой задержкой выхода на режим, вследствие чего часть топлива выгорает, не давая никакой тяги. Это относится практически ко всем испытанным двигателям, поэтому при доработке системы воспламенения наверное удастся немного увеличить суммарный импульс двигателей.

 

Двигатель ТД 43. Аналог ТД 26, шашка с плоским каналом.

Параметры двигателя:
время тяги 1,38 с
тяга на режиме 1,85 кг
крит. сечение сопла 5,6 мм
давление на режиме 8,3 атм
суммарный импульс 13,9 Н*с
масса шашки 19 г
удельный импульс 74,6 с

Двигатель ТД 44. Изготовлен по "классической" технологии: топливо залито в двигатель, после затвердевания просверлен канал диаметром 4 мм и глубиной 40 мм. Канал не доходит до заглушки на 16 мм.

Параметры двигателя:
время тяги 2,3 с
тяга на режиме 1,4 кг
крит. сечение сопла 5,6 мм
давление на режиме 6,5 атм
суммарный импульс 11,5 Н*с
масса шашки 22 г
удельный импульс 53,2 с

Прекрасно видно всю "прелесть" такой конфигурации: на старте тяга очень маленькая, но постепенно нарастает до нормальной. Обычно это приводит к тому, что ракета медленно сползает с направляющей, заваливается на бок, а в это время тяга увеличивается и ракета делает рывок в сторону, возможно кому-то в лоб.

Плавное падение тяги в этом двигателе обусловлено тем, что канал получился не строго центрированным, поэтому фронт горения достиг одной стенки гильзы раньше, чем другой. Надо будет переделать.

 

Двигатель ТД 45. Изготовлен по другой "классической" технологии: топливо залито в двигатель, в топливо вставлен стержень на всю длину, получился канал диаметром 5.7 мм. Верхний торец топлива забронирован эпоксидкой, т.е. горение идёт только по каналу.

Параметры двигателя:
время тяги 1 с
тяга на режиме 2,4 кг
крит. сечение сопла 5,6 мм
давление на режиме 10,5 атм
суммарный импульс 16,7 Н*с
масса шашки 22,2 г
удельный импульс 76,8 с

 

За счёт более длинного канала начальная тяга этого двигателя достаточно большая и устанавливается она очень быстро, такой двигатель вполне работоспособен. Интересно отметить, что максимальная тяга больше начальной всего на 67%, в то время как максимальная площадь горения топлива больше начальной в 3 раза. Пока неясно, с чем это связано, и является ли это закономерностью или случайностью, обусловленной отслоением бронировки или трещиной в топливе.

Выводы.

  1. Подтверждена достаточно высокая воспроизводимость параметров двигателей.
  2. Двигатели типа ТД 29-31 и ТД 32-34 готовы к использованию в классе 10 Н*с.
  3. Сравнение данных, полученных на весах и на стенде, показывает, что они не сильно отличаются и простейшие весы вполне могут служить средством оценки параметров двигателей. Однако относительно достоверными можно считать только значения средней тяги и суммарного импульса, но не максимальной тяги.

 

ТД 20 (весы)

ТД 30 (стенд)

 

Время тяги

1,1

1,2

с

Скорость горения

5,5

5

мм/с

Тяга на режиме

1,2

1,25

кг

Суммарный импульс

11,2

10,7

Н*с

Масса шашки

11

12,07

г

Масса торцевой шашки*

2,48

2,48

г

Полная масса топлива*

13,48

14,55

г

Удельный импульс

84,9

74,9

с

 

4. Двигатели с топливом, залитым непосредственно в гильзу, отработали без аварий с различными типами каналов. Видимо работа двигателя на очень низком давлении не приводит к отслоению топлива от стенок гильзы. Однако необходимо подобрать форму канала, обеспечивающую профиль горения, близкий к нейтральному.

 

 

* часть массы торцевой шашки, сгоревшей одновременно с основной шашкой и участвовавшей в создании тяги.
** полная масса топлива, участвовавшего в создании тяги.

03.05.2005 Serge77

Рейтинг@Mail.ru