Tehnologii (episodul 7): Motoarele rachetă cu combustibil solid; fundamente (partea a III-a)

Dupa ce prima parte a fost introductivă iar partea a doua s-a ocupat de corpul motorului și combustibil, iată-ne ajunși la partea a treia a articolului dedicat motoarelor rachetă cu combustibil solid (MRCS). Dacă nu le-ați citit deja, autorul vă încurajează să le citiți, alături de articolul introductiv.

3. Ajutajul

Ajutajul de reacție (nozzle) este un tub sau un canal a cărui secțiune poate rămâne constantă sau poate varia după anumite reguli, în cazul MRCS fiind utilizat pentru expansiunea gazelor fierbinți, trebuind să suporte temperaturi mari și corodarea datorată evacuării gazelor. Profilul ajutajului (nozzle profile, forma pe care o are ajutajul) diferă în funcție de scopul în care este utilizat. Imaginea de mai jos prezintă câteva forme pe care le poate avea un ajutaj.

Tipuri de ajutaje – drept, convergent, divergent, convergent-divergent (sursa: [12])

Un ajutaj al MRCS (sursa: [2])

Cel mai folosit ajutaj în cazul MRCS este ajutajul convergent-divergent (numit și ajutaj Laval sau De Laval), care are trei părți:

  • o zonă convergentă, care direcționează curgerea gazelor aflate sub presiune mare și care la intrare au viteză mică;
  • o zonă care are suprafața cea mai mică unde gazele sunt accelerate la viteză sonică; aceasta determină modul în care funcționează motorul – zona critică (throat);
  • o zonă divergentă – ieșirea din ajutaj – care crește viteza de evacuare a gazelor aflate în faza de expansiune și mai mult, supersonic, crescând astfel și forța de împingere.

Profilul ajutajului reactiv Laval (sursa: 1 – [7], 2 – [25])

Diametrul secțiunii critice variază de la câțiva milimetri la un metru (în funcție de motor și rachetă) și există în acest moment mai multe categorii de ajutaje pentru MRCS, acestea fiind descrise în rândurile următoare:

  • ajutaj fix: este cel mai simplu ajutaj, fiind utilizat frecvent în sistemele de propulsie ale rachetelor tactice; secțiunea critică având de cele mai multe ori diametrul cuprins între câțiva milimetri și 15 cm;
  • ajutaj orientabil: oferă posibilitatea orientării vectorului forței de împingere; aceste ajutaje sunt de obicei inlcuse în camera de ardere, utilizând un cuplaj flexibil etanș sau un rulment cu două actuatoare aflați la 90 de grade. Acest gen de ajutaje sunt utilizate de rachetele strategice, secțiunea critică având un diametru de 20-30 cm pentru treptele inferioare și 10-15 cm pentru treptele superioare sau spațiale în cazul boosterelor navetei spațiale, rachetelor Titan și Ariane V, secțiunea critică având un diametru de 50-100 cm;
  • ajutaj inclus în camera de ardere (submerged nozzle): o mare parte a lungimii ajutajului se află inclusă în camera de ardere, avantajul fiind reducerea lungimii vehiculului iar dezavantajul fiind scăderea masei de propelant care poate fi utilizat;
  • ajutaj telescopic (EEC – Extendible Exit Cone): utilizat de obicei de treptele superioare ale motoarelor pentru a crește impulsul specific; acesta este extins înainte de aprindere, alegându-se această soluție pentru economia de spațiu;
  • ajutaj montat pe un tub de evacuare (blast tube): utilizat în cazul rachetelor tactice care au constrângeri legate de spațiul disponibil pentru actuatoare, pentru a limita deplasarea centrului de greutate și pentru a îl păstra în partea din față a vehiculului.

Aceste catogorii sunt ilustrate de imaginea următoare.

Categorii de ajutaje (sursa: [3])

Noile materiale care au devenit disponibile odată cu creșterea capacității de calcul a sistemelor informatice și datele culese experimental au permis realizarea de ajutaje reactive mai ușoare și cu o rezistență mai bună. În acest moment forma și complexitatea unui ajutaj depind de nivelul de performanță care se dorește și de domeniul în care va fi utilizat (vehicule spațiale, rachete balistice, rachete tactice). Pentru proiectarea lui trebuie să se cunoască următoarele:

  • presiunea internă a motorului, aceasta afectând integritatea structurală și determinând ablațiunea ajutajului;
  • timpul de ardere, neglijabil pentru motoarele mici, care ard câteva secunde, dar esențial pentru motoarele mari, cu timpi de ardere de ordinul zecilor de secunde, în determinarea grosimii ajutajului;
  • diametrul secțiunii critice, aceasta determinând presiunea la care va funcționa motorul;
  • tipul de propergol utilizat, acesta determinând temperatura gazelor și, pe cale de consecință (cât detest expresia aceasta), materialele din care va fi realizat ajutajul;
  • spațiul disponibil pentru ajutaj;
  • raportul de expansiune (expansion ratio) între suprafața secțiunii ajutajului la ieșire și suprafața secțiunii critice, care trebuie să ofere o presiune a gazelor la ieșirea din ajutaj egală cu presiunea atmosferică pentru un randament maxim;
  • controlul vectorului forței de împingere (thrust vector control); în cazul rachetelor balistice și al celor spațiale se utilizează un ajutaj orientabil (cu 3-15 grade) iar în cazul rachetelor tactice se utilizează suprafețe de control care deviază jetul de gaz la ieșirea din ajutaj;
  • raportul de includere al ajutajului în camera de ardere, calculat între lungimea integrată în camera de ardere și lungimea totală a ajutajului;
    modalitatea de includere în carcasa motorului, care trebuie să ia în calcul geometria aleasă pentru pulbere;
  • factori de cost și performanță, păstrarea masei inerte cât mai mică, mediu în care va funcționa, durată de viață în condiții de stocare.

Analiza unui ajutaj utilizând software CFD (sursa: [29])

Performanța așteptată de la rachetele balistice și spațiale au determinat utilizarea de materiale noi, cu caracteristici mecanice și termice potrivite pentru utilizarea la producerea unor componente de mari dimensiuni. În acest moment sunt utilizate materiale din 3 mari categorii:

  • materiale compozite traditionale (fibre de carbon/fibre de sticlă – rășină epoxidică) pentru corpul ajutajului, uneori înlocuite de metal (oțel sau aluminiu) sau de grafit;
  • materiale ablative realizate din fibre cu proprietăți refractare (carbon, grafit, siliciu) și o masă plastică obținută prin polimerixarea unei rășini – de obicei fenolică; aceste materiale se utilizează de obicei ca izolator între corpul motorului și ajutaj;
  • materiale izolatoare stabile termic realizate dintr-un material refractar care conține ceramică sau carbon, acestea fiind izolatoare și oferind totodată și rezistență structurală. Un asemenea material este cunoscut sub numele de carbon-carbon, conținând un material bazat pe carbon – fibre, țesătură – care asigură rezistența structurală și un adeziv bazat pe carbon, obținut prin proces de densificare. Acest material oferă avantajul unor structuri cu pereții extrem de subțiri.

Ajutajele mici, mai simple constructiv, sunt realizate pentru motoare cu o presiune scăzută în camera de ardere, o perioadă scurtă în care motorul funcționează și/sau forță de împingere redusă. Ajutajele complexe sunt utilizate pentru a putea realiza controlul vectorului forței de împingere, a funcționa la presiuni mari în camera de ardere, a produce o forță mare de împingere și a putea fi utilizate pe o perioadă mai lungă (peste 30 de secunde).

Ajutaj utilizat la MRCS mici (sursa: [3])

Probabil cel mai complex ajutaj realizat vreodată, cel al boosterelor navetei spațiale (sursa: [3])

Eroziunea secțiunii critice determină creșterea diametrului său în timpul funcționării motorului, aceasta fiind una dintre problemele care trebuie rezolvate la proiectarea ajutajelor. Nu doar secțiunea critică este cea afectată, ci și zonele convergentă și divergentă aflate în imediata apropiere a ei; eroziunea în zona secțiunii critice este de 0.01 – 0.25 mm/sec, un ajutaj pierzând 3-12% din masă datorită eroziunii. În general, o creștere a suprafeței secțiunii critice mai mare de 5% este considerată inacceptabilă, având drept consecințe imediate reducerea presiunii din camera de ardere și scăderea forței de împingere. Cauza eroziunii este interacțiunea între gazul aflat la temperatură mare, care se deplasează cu viteză mare, compoziția chimică a gazului și abraziunea mecanică datorată particulelor. O eroziune neuniformă determină o deplasare a forței de împingere.

Conturul (forma) pereților ajutajului este determinat pe baza unei analize a compoziției gazului rezultat în urma arderii motorului pentru a minimiza eroziunea. De asemenea, conturul este determinat și pentru a maximiza performanța (ex: un ajutaj având forma unui clopot are o eficiență mai bună față de un ajutaj cu forma de con).

MRCS nu ating niciodată echilibrul termic, temperatura componentelor expuse crescând continuu pe durata funcționării. În cazul unui ajutaj bine proiectat, materialele utilizate în zonele critice ating temperatura maximă permisă la scurt timp după oprirea motorului. Componentele ajutajului se bazează pe capacitatea de absorbție a căldurii și transferul termic lent pentru a rezista solicitărilor la care sunt supuse. Alegerea materialor adecvate este critică pentru a realiza un ajutaj – să ii spunem așa – de succes.
La începuturile perioadei moderne a rachetelor ajutajul era realizat dintr-o singură bucată de grafit, unele ajutaje având un suport metalic.

Exemple de ajutaje compuse din două părți – un suport metalic și ajutajul din grafit (sursa: [26])

Ajutaj din grafit cu suport metalic montat pe capacul camerei de ardere (sursa: [26])

Ajutaj al unui motor care a ars aproximativ 5 secunde; secțiunea critică nu a suferit modificări (sursa: [26])

Ajutaje realizate din grafit pentru rachete hobistice (rachetomodele cu MRCS) (sursa: [27])

Ajutaje din rășini fenolice utilizat și nou (stânga și dreapta) și ajutaje din rășini fenolice cu insert din grafit (sursa: [28])

Ajutaj metalic (sursa: [4])

Ajutajul MRCS Sidewinder și un jutaj al unei rachete hobistice (sursa: [52])

Tehnicile curente de fabricație presupun realizarea dintr-un singur material, ca o singură bucată, a secțiunii critice și a zonei de intrare a ajutajului (ITE – Integrated Throat-Entrance) sau fabricarea ca o singură bucată a zonei critice și a conului de ieșire (ITEC – Integrated Throat-Exit-Cone), ambele realizate din carbon-carbon. În timp ITE pentru ajutajele de mici dimensiuni au fost realizate din grafit, din tungsten, carbon de duritate mare, din carbon-carbon, fibră de carbon. Pentru ajutajele de mari dimensiuni ITE au fost realizate din straturi succesive de fibre (carbon și siliciu) în rășină fenolică.

Utilizare

Material

Observații

Structură, înveliș

Aluminiu

Limitat la 515 grade Celsius

Oțel și aliaje de oțel

Utilizabil între 625 și 1200 grade Celsius

Zona de intrare a gazelor și secțiunea critică; material rezistent la temperatură și abraziune

Grafit turnat

Cost redus; pentru temperaturi și presiuni mici

Grafit pirolitic (pyrolitic)

Conductivitate termică

Tungsten sau alte metale grele

Grele; scumpe; rezistă la eroziune

Fibră de carbon sau Kevlar cu rășină epoxidică sau fenolică

Sensibilitate la orientarea fibrelor; material ablativ; utilizate la ajutajele de dimensiuni mari

Carbon-carbon

Trei-patru filamente întrețesute; rezistent; scump; limitat la 3300 grade Celsius

Izolator; nu este expus gazelor

Materiale ablative din fibră de sticlă, Kevlar și rășini fenolice

Conductivitate mică; aderență mare; rezistență la solicitări mecanice; rezistență la eroziune

Barieră împotriva flăcărilor; expus gazelor fierbinți cu viteză mică

Materiale plastice ablative (aceleași ca în cazul materialelor izolatoare, material de bază cauciucat)

Cost mai mic decât carbon-carbon’ rezistență mai bună la eroziune față de alte materiale izolatoare

Fibră de sticlă, Kevlar și rășini fenolice sau epoxidice

Realizate nu din fibre ci din bucăți de material sau bandă de material; sunt fixate prin lipire

Carbon-carbon

Rezistență mai mare la temperatură

Evacuare din ajutaj

Material plastic ablativ cu suport metalic

Masă mare; limitat ca timp de utilizare; fixat prin lipire; realizat din benzi sau bucăți de material

Material refractar (tantal, molibden)

Rezistente; necesită acoperire pentru a rezista la oxidare; limitate la 1650 grade Celsius; masă mare; fără limită de timp; răcire prin radiație termică

Carbon-carbon

Temperatură mai mare decât a metalelor; rezistent; deseori poros; răcire prin radiație termică

Niobiu

Utilizat la zona apropiată de cea de ieșire; răcire prin radiație termică

Tabel 5 – Comparația între caracteristicile diverselor materiale utilizate la realizarea pereților MRCS

Materialele ablative sunt utilizate atât în ajutajele MRCS cât și ca material izolator. De obicei sunt materiale compozite (rășină fenolică sau epoxidică și fibre de carbon, siliciu sau aramide – Kevlar). Ablațiunea este un proces format dintr-o combinație de topire a suprafeței, sublimare, ardere, evaporare, descompunere în adâncime și răcire cu film. Progresiv, un material ablativ suferă o degradare endotermică (modificări chimice și fizice prin absorbția de căldură), acesta carbonizându-se. Deși o parte din material se evaporă, rămâne suficient material poros carbonizat pentru a păstra forma inițială; gazele rezultate în urma evaporării materialului formează un strat superficial protector, relativ rece deasupra materialului carbonizat.

Ablațiunea într-o imagine, deci 1000 de cuvinte (sursa: [3])

4. Sistemul de aprindere

Masa aprinzătorului este de maximum 1% din cea a motorului, necontribuind la impulsul total al motorului, sistemul de aprindere aducând energia necesară pe suprafața propergolului pentru a determina începerea arderii. Un aprinzător poate avea un proces compus din maximum 3 etape:

  • inițierea: aprinderea unui element pirotehnic – inițiator (en: initiator) – proiectat să convertească semnalul inițial (electric, mecanic) în ardere controlată a unei substanțe pirotehnice;
  • aprinderea boosterului: utilizarea unei încărcături, a unui praf, a unor granule sau a unui micro MRCS pentru a transmite flacăra dinspre inițiator către încărcătura de amorsare;
  • aprinderea încărcăturii principale: utilizarea unei încărcături, a unui praf, a unor granule sau a unui MRCS pentru a aprinde pulberea motorului; este numită în practică încărcătură de amorsare.

Pentru aprinderea motoarelor de dimensiuni mari se utilizează un proces care parcurge toate cele 3 etape. Încărcătura principală (de amorsare) arde câteva zecimi de secundă, volumul de gaze ajungând la 10% din debitul combustibilului pe timpul funcționării. Pentru aprinderea motoarelor mici se utilizează un sistem de inițiere și apoi un exploziv (procesul durează câteva milisecunde, eliberând o mare cantitate de gaz) sau un sistem de inițiere și o ardere incrementală (procesul durează câteva zeci de milisecunde).

Imaginea următoare prezintă pozițiile unde se află cel mai frecvent instalat aprinzătorul (poziția este în funcție de direcția de deplasare a rachetei): anterior intern, anterior extern, posterior intern, posterior extern. De obicei se utilizează așezarea anterioară pentru MRCS cu lungime mare a camerei de ardere, pentru a se asigura o mai bună aprindere a pulberii de propulsie. Din punct de vedere al masei inerte, varianta preferată este montarea internă prin ajutaj. Există două categorii de aprinzătoare: pirotehnice și pirogene.

Diagramă a poziției unde este instalat aprinzătorul (sursa: [3])

Imaginea următoare prezintă din punct de vedere constructiv un dispozitiv de aprindere pirotehnic, care conține toate cele 3 încărcături descrise mai sus. Inițiatorul este în zilele noastre în majoritatea cazurilor electric, fiind realizat dintr-o capsă de inițiere, o rezistență electrică (nichel-crom în cazul modelelor hobistice sau aur/platină cu grosimea de 0.02-0.1 mm prin care trece o tensiune mare pentru sistemele comerciale) și firele care leagă rezisteța la sursă. Cutia dispozitivului de amorsare are rolul de a adăposti toate elementele componente și de a asigura etanșarea încărcăturii de amorsare. Cutia poate fi un coș sau un săculeț care conține încărcătura de amorsare.

Un sistem de inițializare (sursa: [3])

Sisteme de inițializare, diagrame (sursa: 1 – [4], 2, 3 – [36])

Un sistem de aprindere pirogen este un mic motor rachetă al cărui scop este aprinderea MRCS propriu-zis. Majoritatea au unul sau mai multe ajutaje (supersonice sau sonice) și combustibil cu aceeași compoziție cu a MRCS principal. Rezultatul racției produse în motorul utilizat ca dispozitiv de aprindere – gaze fierbinți – ajung pe suprafața pulberii MRCS principal, aceasta aprinzându-se. În cazul motoarelor cu dimensiuni foarte mari acesta este parte a structurii pe care se sprijină MRCS, dispozitivul de aprindere având ajutajul orientat în sus către ajutajul motorului cel mare.

Sisteme de aprindere pirogene (sursa: 1 – [38], 2 – [39])

Pentru a preveni aprinderea accidentală a MRCS, proiectanții au ales două abordări: includerea unui mecanism de armare (safe and arm device) a aprinzătorului și includerea de elemente de protecție (design of safeguards). Energia care poate aprinde neintenționat motorul poate avea ca surse: electricitate statică, curent indus de radiația electromagnetică (ex: radar), curenți induși de aparatele de testare, sistemele de comunicatii, căldură, vibrație, șocuri rezultate în urma manevrării. Dispozitivele de armare funcționează de fapt ca un întrerupător electric care oprește traseul electric către inițiator; în unele cazuri sistemul de armare întrerupe lanțul de evenimente care duc la aprinderea amorsorului. Elementele de protecție care pot fi incluse în proiectarea sistemului de aprindere sunt: necesarul unui curent minim pentru a se realiza activarea, limitarea tensiunii care ajunge la inițiator, reacția doar la un anume eveniment (puls sau frecvență) sau utilizarea unui sistem de aprindere bazat pe laser a cărui energie este transportată prin fibră optică până la sistemul de inițializare.

Cele mai întâlnite 3 modele de inițiator (sursa: [3])

Dispozitive de aprindere fabricate de Roxel (sursa: [24])

Partea a IV-a

Iulian

 

Surse:
[1] U.S. Army Materiel Command – Engineering Design Handbook: Elements of Aircraft and Missile Design
[2] Alain Davenas – Solid Rocket Propulsion Technology
[3] George P. Sutton, Oscar Biblarz – Rocket Propulsion Elements, Eigth edition
[4] https://www.nakka-rocketry.net
[5] http://digitalvideo.8m.net/Rocketry/
[6] http://www.braeunig.us
[7] http://www.jacobsrocketry.com
[8] https://sugarshotsolidworks.wordpress.com
[9] http://www.tobynorris.com/work/stress/FEA/gen2.htm
[10] http://www.aerorocket.com/AeroIsp/AeroIsp.html
[11] NATO/R&TO – Internal Aerodynamics in Solid Rocket Propulsion
[12]Anca Constantin – Termotehnică, curs Universitatea Ovidius
[13] S. Sankar Reddy, C. Yuvraj, K. Prahlada Rao – Design, Analysis, Fabrication and Testing of CFRP with CNF Composite Cylinder for Space Applications, doi: 10.5923/j.cmaterials.20150505.03 (http://article.sapub.org/10.5923.j.cmaterials.20150505.03.html)
[14] TCR Composites Towpreg Winding Demo (https://www.youtube.com/watch?v=1A3vaJaNDLY)
[15] http://historicspacecraft.com/solid_fuel.html
[16] http://www.b14643.de/Spacerockets/Specials/ATK-Thiokol/index.htm
[17] http://www.nasa.gov
[18] http://www.spaceflightinsider.com/organizations/nasa/advance-booster-for-nasas-space-launch-system-completes-milestone/
[19] http://www.nationalmuseum.af.mil/Visit/Museum-Exhibits/Fact-Sheets/Display/Article/579636/minuteman-iii-second-stage-rocket/
[20] http://www.minutemanmissile.com/solidrocketboosters.html
[21] Crăciun Guță, Alexandru Marinescu – Calculul și construcția rachetelor, curs
[22] http://dare.tudelft.nl/2014/08/quality-control-of-solid-fuel-grains/
[23] http://vc.airvectors.net/tarokt_1.html
[24] http://www.roxelgroup.com/
[25] https://physics.stackexchange.com/questions/283628/de-laval-nozzle-geometry
[26] http://dark.dk/projects/Modular_solid_propellant_test_motor.html
[27] https://lokiresearch.com/images/Graphite/
[28] http://tqc.yuku.com/topic/2543/moon-burners#.WQn1sVWGP4Y
[29] http://flowsquare.com/
[30] http://www.ahpra.org/sounding.htm
[31] Amirhossein Adami, Mahdi Mortazavi, Mehran Nosratollahi – A New Approach to Multidisciplinary Design Optimization of Solid Propulsion System Including Heat Transfer and Ablative Cooling, doi: 10.5028/jatm.v9i1.717
[32] M.N. Dorobanțu, D.D. Olaru, N.A. Popa – Racheta, vehiculul viitorului
[33] Al. Marinescu – Introducere în dinamica rachetei
[34] Ștefan Ispas, Lică Constantinescu, Florea Triță – Racheta dirijată
[35] Florin Zăgănescu, Sorin Ispas – Avioane orbitale
[36] https://www.aerospacearchives.tk/solid-rocket-motor-igniters/pelleted-pyrotechnics.html
[37] https://engineering.purdue.edu/~propulsi/propulsion/rockets/solids.html
[38] https://www.nasaspaceflight.com/
[39] http://www.jht.com
[40] http://geminiguide.com/Systems/pyrotechnics.html
[41] http://up-ship.com/blog/?p=32046
[42] http://www.captainswoop.com
[43] E. Fleeman – Tactical Missile Design, Second Edition
[44] http://www.eastpendulum.com/la-chine-developpe-un-missile-air-air-tres-longue-portee
[45] http://armamentresearch.com/introduction-to-the-9m113-konkurs-atgm/
[46] http://www.military-today.com/missiles/malyutka.htm
[47] http://forums.eugensystems.com/viewtopic.php?t=41483&start=720
[48] https://www.nationstates.net/nation=hajirah/detail=factbook/id=413584
[49] http://www.sadefensejournal.com/wp/?p=507
[50] http://armamentresearch.com/us-produced-tow-2a-atgws-in-syria/
[51] http://www.armyrecognition.com/forum/viewtopic.php?t=448
[52] http://randysrocketry.blogspot.ro/2011/03/update-sidewinder-nozzle-comparison.html
[53] http://brown-moses.blogspot.ro/2013/11/is-syrian-military-using-another-type.html
[54] http://www.flickriver.com/photos/tags/atkrocketpropulsionsite/interesting/ ; https://www.flickr.com/photos/48113560@N03/
[55] http://navalaviationnews.navylive.dodlive.mil/2017/03/14/ramjet-new-threats-call-for-old-tech/
[56] http://www.pakistanaffairs.pk/threads/90484-India-to-test-Solid-Fuel-Ducted-Ramjet-Propulsion-Manufacturing-SFDR-Ground-Launcher

15 Comments:

  1. Foarte interesant

  2. @Iulian,

    Auzi, bre….nu te-au cautat astia de la ARCA pana acum, caci deduc eu asa din ce citesc ca te pricepi mai bine decat ei la motoare de rachete. ROSA nimic? 🙂

  3. Ma intreb daca pot participa si cei care nu mai sunt studenti 🙂 : http://www.aviatiamagazin.com/featured/rocket-workshop-2017/

    Si o intrebare de profan privind ajutajele care pot varia „raportul de expansiune (expansion ratio) între suprafața secțiunii ajutajului la ieșire și suprafața secțiunii critice, care trebuie să ofere o presiune a gazelor la ieșirea din ajutaj egală cu presiunea atmosferică pentru un randament maxim;”

    Din ce inteleg eu (dar te rog, corecteaza-ma daca spun prostii si mai ales, te rog sa fii rabdator 🙂 ), pe masura ce racheta ia altitudine, suprafata critica a ajutajului poate fi modificata in raport de presiunea atmosferica de la altitudinea „x” pentru a creste eficienta rachetei?

    In aceasta situatie se modifica doar diametrul zonei critice, nu?

    • Nu am idee de participare – probabil nu. Dar pentru adulti ar fi bun un workshop de construire a unei rachete cu mult mai mari. Stii tu, pe masura ce creste visrta, baietii au nevoie de jucarii cu mai multe baterii, becuri, zgomot. 😀 In plus, nu ai nevoie sa mergi la cercul de rachetomodelism; iti poti fabrica un MRCS cu una din variantele de combustibil:
      – azotat de potasiu ( KNO3 ) si zahar
      – daca te simti aventuros, poti adauga nitroceluloza la amestecul anterior (obtinuta din nitroglicerina si bumbac)
      – praf de aluminiu si perclorat de amoniu ( NH4ClO4 )
      – praf de aluminiu si azotat de amoniu ( (NH4)(NO3) / N2H4O3 )

      Legat de intrebarea ta raspunsul este: da, eficienta motorului poate creste, insa nu prin modificarea sectiunii critice a ajutajului (unde viteza de trecere a gazelor trebuie sa fie viteza sunetului, deci o modificare a diametrului ei ar influenta viteza gazelor) ci prin cresterea suprafetei de iesire a gazelor din ajutaj. Dar cum suprafata nu poate fi crescuta continuu, asa cum spuneam, au fost concepute ajutaje telescopice (extensibile), insa sistemul a fost utilizat pentru stocarea ajutajului inainte de utilizarea lui (de exemplu, motorul RL-10-B2 al rachetei Delta-III). Ai mai jos o imagine cu motorul RL-10-B2.

      Anticipind articolele viitoare acum. Presiunea atmosferica influenteaza astfel iesirea gazelor din ajutaj:


      Pentru o eficienta maxima, gazele ar trebui sa paraseasca ajutajul sub forma unei coloane. Asa cum se vede mai sus, in cazul ajutajelor sub forma de clopot, aceasta se intimpla doar la altitudinea pentru care au fost proiectate. Insa ajutajul aerospike are comportament bun la mai multe altitudini decât cele clasice, aceasta fiind o rezolvare a pronlemei eficientei.

      In plus, sa nu uitam aspectele de ordin economic. Un ajutaj cu comportament optim la diverse altitudini ar creste complexitatea (deci si pretul) si probabilitatea unor evenimente ‘neplacute’. De asemenea, ar creste si masa; astfel ar trebui ca in forța de împingere dezvoltata de motor sa acopere si masa care nu mai este necesara (rezervoare de combustibil, structura de rezistenta, etc), aceasta necesitind mai mult combustibil.

      • Ma intereseaza si ma pasioneaza subiectul (dupa cum probabil ai observat), insa prefer sa raman la barcile mele… 🙂
        Merci de explicatii, e mai greu pentru mine avand in vedere ca sunt de formatie umanista!
        Prin urmare au intuit ceva baietii astia de la ARCA cu ajutajul de tip aerospike, ramane de vazut si daca il vor pune in practica vreodata.
        Ma intreb de ce nu vedem la privatii din State cu activitate in domeniu nimic de genul aerospike (macar un studiu, ceva), in special la SpaceX, ca ei fac cele mai mari eforturi de scadere a costurilor si au o echipa exceptionala…

        • Ma intereseaza si ma pasioneaza subiectul (dupa cum probabil ai observat), insa prefer sa raman la barcile mele…
          E si mai sigur… nu are ce sa explodeze cind te astepti mai putin, asa cum se poate intimpla ghinionistilor cu nitroglicerina sau nitroceluloza fabricate in garaj. 😀

          Cit despre aerospike sint mai multe cauze care au dus la neutilizarea lor in productie. O parte din discutie e aici. Apoi, daca ar fi sa le analizez in detaliu, adaugind la discutie si contextul politic si economic, situatia este destul de complicata. Motoarele utilizate astazi sint toate bazate pe motoare dezvoltate in timpul cursei pentru spatiu dintre URSS si SUA, atunci cind bugetele de cercetare erau suficient de mari pentru a permite realizarea parintilor motoarelor de astazi. Motoarele aerospike sint o schimbare de paradigma, o revolutie; fiind fundamental diferite nu se poate ajunge la ele prin evolutia celor actuale. Citeva diferente ar fi: au nevoie de alte structuri de suport, racire fundamental diferita pentru ajutaj (suprafata lui fiind mai mare si posibilitatile de transfer al caldurii limitate), alte sisteme de alimentare si aprindere, sisteme de control al debitului de combustibili lichizi pentru orientarea vectorului fortei de impingere. Asa cum am mai spus, avantajul major ar fi utilizarea unei singure trepte pentru a ajunge pe orbita, insa exista si la aceasta abordare dezavantaje (exemplu – masa).

          Alte aspecte ar fi ca nu au fost testate pina acum in practica in zboruri reale, performanta teoretica nu a fost validata practic.

          Pentru a incepe sa le folosim ar fi nevoie sau de o investitie majora in cercetare (ciclul proiectare-costructie-testare este extrem de scump) sau de cercetari utilizind simulari computerizate detaliate (ceea ce astazi se poate realiza data fiind cresterea puterii de calcul), ultima varianta scazind costul oarecum. Ca exemplu referitor la necesarul de putere de calcul pentru simulari, am avut nevoie recent pentru o simulare in Matlab de un sistem cu 32 de core-uri si 512 GB de RAM.

          In plus sa ne uitam la programul DC-X (chiar a avut succes) si la SpaceX/Blue Origin. Aceeasi tehnologie, rezultate diferite. Difera doar finantarea si rezultatele urmarite. In cercetarea platita de guverne daca ceva nu functioneaza este considerat ca imposibil, fara a cauta alte solutii sau a o mai relua in viitor. Sau daca functioneaza dar necesita schimbari majore ale procedurilor/paradigmelor nu va fi utilizat.

          Vorbind tot de simulari, exista o pagina cu ceva software dedicat simularilor (http://aerorocket.com/MOC/MOC.html) insa este putin si de nivel de inceput. Este nevoie de mult mai mult pentru a le simula functionarea.

          • Multumesc de raspuns!
            Concluzia ar fi ca cei de la ARCA si-au asumat riscuri destul de mari adoptand proiectul motorului aerospike in loc sa continue cu Executorul.
            Intr-adevar, puterea lor de concentrare este impresionanta…

            „E si mai sigur… nu are ce sa explodeze cind te astepti mai putin, asa cum se poate intimpla ghinionistilor cu nitroglicerina sau nitroceluloza fabricate in garaj.” – well, nu poti decat sa te ineci sau sa naufragiezi, sa nu te gaseasca nimeni si sa mori de foame sau de sete… 🙂

            • Adevarat, as spune ca ARCA au riscat foarte mult – daca nu chiar totul – pentru noul Haas (imagine – mai mult sau mai putin si banii – pe care ii au sau nu ii au dupa IPO). De asta am spus ca le urez succes.

              nu poti decat sa te ineci sau sa naufragiezi, sa nu te gaseasca nimeni si sa mori de foame sau de sete…
              Ca in orice domeniu, depinde. 😉 Un sloop de 9 metri In Adriatica a fost ok. In Atlantic as avea continuu un nod in git, cu orice skipper. 🙂

    • Nicolae, inca ceva: sintem pe drumul de a fi actionari.

      Ownership within ARCA Space Corporation for the European donors

      ARCA started the Haas Program in Romania a few years ago. In 2015 the team moved to US and the developed hardware was left in Europe, because of International Traffic in Arms Regulations (ITAR) restrictions. The Haas Program started then also with support from donors from Europe. ARCA decided today to start the process to offer stock and ownership within the US company to the donors that contributed to the development of the Haas program, back in the old days. More details soon.

      Sursa: Facebook

      Si un film de demult:
      https://www.youtube.com/watch?v=Lsnx4QdMZP4

      • Mda, s-ar putea sa fie o solutie eleganta de a aplana un eventual conflict juridic, chiar daca vorbim de donatii si sponsorizari, unde teoretic nu se da socoteala pentru cum s-au cheltuit banii…
        BRD parca a fost unul din principalii sponsori, s-a bucurat de deducere si de rezultatele de imagine (uite dom’le, sprijinim stiinta etc), doar ca rezultatele sponsorizarii sunt cel putin discutabile…
        La un moment dat le-am donat si eu aia 2% de la impozit pe care te lasa statul sa faci ce vrei cu ei, vreo 2 ani la rand. Asa ca astept scrisoare de la ei! 😀
        Am citit ca vor sa faca IPO in State, una din tarile cu cea mai avansata legislatie bursiera. Sunt curios daca oferta va fi subscrisa. Daca e subscrisa si devin publici, nu mai merge cu romanisme. Acolo trebuie sa dai socoteala actionarilor s.a.m.d.
        Insa cel mai asteptat IPO in domeniu cred ca e cel al SpaceX, si sunt foarte curios daca se va face. Asa vom vedea si noi cat de profitabil este pana la urma acest business.

        • Daca or sa devina seriosi dintr-o data, asta nu ii faca mai eficienti si mai profesionisti. Dar ma rog, ramane de vazut ce si cum, poate ma insel eu, desi nu prea cred.

          Indiferent daca ii pui un costum si il mutin langa un CNC, strungarul nea Ion, tot strungar e. Asa si baietii aia….buni pe grafica, buni in draci chiar, insa foarte sensibili cand vine vorba de perseverenta si seriozitate. Zboara de la proiect la proiect, precum domnisoarele de isi traiesc viata, din floare in floare!

        • Depinde cum stau cu finantele, presupunind ca un IPO urmareste doar obtinerea de bani.

          In 2015 au avut 260m$ pierdere la 945m$ venituri. In 2014 probabil au avut o marja a profitului de 0.x% (Boeing si LM aveau 10%, respectiv 12.6%; Boeing avea cei 10% pentru ce are legatura cu spatiul). 2016 si 2017 au fost cu succese.

          https://www.fool.com/investing/2017/02/05/how-profitable-is-spacex-really.aspx

          Exemplul SpaceX imi arata ca daca ARCA in 2018 nu va avea succes cu lansarea planificata (din orice motiv) se vor intoarce la skateboarduri cu motor pentru ca nu cred ca pot investi prea mult in cercetare si lansari esuate. Dar, pina la urma, ce stim noi? Sintem weekend rocket scientists.

          • In cazul SpaceX, contractul cu NASA a fost exact ceea ce le-a trebuit, la momentul potrivit.
            Ar trebui sa inceapa sa castige cota de piata incet – incet, multumita recuperarii si refolosirii treptelor – preturi mai mici.
            Apoi, modelul cu lansari o data la 16 (?) zile (si dezideratul cu lansari din ce in ce mai dese) ma face sa cred ca vor sa aplice un soi de model low-cost copiat din aviatia de linie.
            De stiut nu stim mare lucru (eu chiar mult mai putin decat tine), dar discutia este instructiva si utila neuronului obosit altminteri de munca de zi cu zi! 🙂

            • Comparatia cu transportul aviatic low-cost mi se pare foarte potrivita. In plus, am vazut ca au adoptat si ceva din metodologia de dezvoltare open source (release early, release often) – testeaza la fiecare lansare cite ceva nou, fara lansari si etape intermediare experimentale de test. Practic, lansarile sint si prilej de teste si experimente.

Cel.ro

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *