Русский
Русский
English
Статистика
Реклама

Ракетное топливо

Ракета от Амперки, часть 7-8 парашютная система, бомба Кроуфорда и испытания под давлением

22.08.2020 22:20:11 | Автор: admin
Всем здравствуйте.
В этот раз одна статья по двум сериям.
Попробуем разобраться с парашютной системой и провести испытания горения топлива под давлением.





Парашют


Пока нас обламывали токари, мы решили заняться остальными системами ракеты, например, парашютной.
Здесь решили прислушаться к советам зрителей и читателей и взять проверенное многими решение, а именно систему, описанную на сайте. В качестве материала для парашюта взяли ткань, использовавшуюся ранее для орнитоптера. Он легкий, прочный и не пропускает воздух довольно подходящий.





Сделали все по инструкции, протестировали путем выбрасывания из окна.



Обнаружилась проблема перекручивания строп, которая легко решилась путем установки шайбы с отверстиями, сквозь которые пропустили стропы.



Приняли конструкцию парашюта и перешли к следующему пункту.

Вышибной заряд


Чтобы парашют вышел из корпуса ракеты, необходимо отбросить носовой обтекатель и выбросить зонтик из ракеты. Решением этой задачи занимается вышибная система. Для начала решили поэкспериментировать с пиротехническими зарядами, т.к. такая система наиболее проста и компактна: аккуратно разобрали петарду и отсыпали немного пороха (2г.) в специальную полость детали, которая по задумке должна отделять двигатель от центральной части ракеты. Зажигание заряда оставили такое же, как применяли для поджига шашек при помощи подачи питания на нихромовую нить.



Заряд прикрыли огнепреградителем из металлической мочалки и сверхо поставили поршень.



Идея такая (позаимствована с того же сайта): при воспламенении заряда пороховые газы пройдут через огнепреградитель, на котором осядут и потухнут горящие частицы пороха, затем они будут толкать поршень, который и выбросит носовой обтекатель вместе с парашютом. Обтекатель присоединили к поршню при помощи троса, а движение поршня ограничили вкрученными винтами. Корпус тестового макета собрали из глянцевой бумаги, проклееной силикатным клеем.

Испытания парашютной системы


Порох заряжен, парашют уложен, в обтекатель вставлена камера и он установлен на свое место в макете. В целях безопасности макет установили на длинной полипропиленовой водопроводной трубе, которую использовали в качестве оправки, когда делали корпус.
Для испытаний выбрали, как обычно безлюдное место, установили стенд на вышке для увеличения свободного полета и произвели пуск.
Оказалось, что 2г. пороха слишком много для такой задачи поршень, уперевшись в болты, сломал корпус макета. Со своей задачей не справился огнепреградитель носовой обтекатель и парашют здорово обдуло пороховыми газами и несколько оплавило последний, что, скорее всего, и привело к его нераскрытию парашюта.



Также не исключаем факт, что дело было не в горящих порошинках, а в температуре газов. В любом случае, с вышибной системой будем еще экспериментировать.

Изготовление бомбы постоянного давления


Теперь, когда у нас есть все переходники, можно вернуться к изготовлению бомбы Кроуфорда.



Родной клапан огнетушителя было решено оставить и использовать его для сброса давления. Значит, в баллон нужно вварить еще три переходника:
  1. для входного шланга, через который будем нагнетать газ
  2. для установки датчика давления
  3. для загрузки шашек

Оказалось, что огнетушитель на удивление легко сверлится обычными сверлами. Ввариваем в него первые два переходника с конической резьбой, для третьего используем автомобильную гайку М20*1,5. Предварительно произвели расчеты сварного шва с запасом, так, что он оказался прочнее самого баллона.
Для загрузки топлива будем использовать соответствующий гайке болт. Сверлим его вдоль, делаем отвод в сторону и пропускаем сквозь него 8 медных проводов (+12 вольт, земля, по два сигнальных провода на каждую шашку и по одному проводу на запал). Оставшиеся полости заливаем эпоксидной смолой и оставляем до полного затвердевания.



Для безопасного сброса давления привяжем к сбросному клапану веревку и пропустим ее через два блока, зафиксированных на дополнительно приваренном профиле.
Также усовершенствовали скетч для электроники: добавили функцию вывода давления и состояния входа в веб-интерфейсе. Ссылка на обновленный скетч будет в конце статьи.

Испытания


Для проведения испытаний мы отправились в безлюдное место и при помощи ледобура вырыли отверстие в земле, в которое наш переделанный огнетушитель погружался более, чем полностью ТБ превыше всего.





Для ограничения давления на баллоне с азотом установили газовый редуктор.
В первый день по какой-то причине отказались работать силовые ключи, отвечавшие за поджиг пришлось стартовать вручную. Успели сжечь только одну шашку из второй высыпался запал. Пришлось сворачиваться, так как стемнело мы поздно приехали и долго возились с подготовкой.
Второй день также не увенчался успехом. Проблему с ключами исправили, прожгли одну шашку. Однако при прожиге второй мы снова столкнулись с проблемой, постигшей нас при атмосферных испытаниях струя разогретых газов сожгла изоляцию на проводах, что привело к подаче на логическую часть напряжения, несовместимого с жизнью контроллера.

Резюме


Изготовленная нами бомба Кроуфорда нормально держит давление, но место соединения переходника с редуктора на РВД нужно уплотнить.
Прожиг одной шашки повышает давление в камере на 10 бар. Это решается путем стравливания лишнего давления через клапан сброса.
Систему контроля показаний и крепления шашек необходимо переработать. Скорее всего, применим опторазвязку и другие провода, плюс сделаем шток из изолирующих материалов. Также стоит подумать насчет сокращения времени перезарядки.

Видео по статье:



Прошивка для электроники
Подробнее..

Что помешало экипажу Crew Dragon выйти из корабля?

04.08.2020 10:19:03 | Автор: admin


Вчера, во время трансляции посадки американского космического корабля Crew Dragon, многие обратили внимание на заминку, которая возникла перед открытием бокового люка. Газоанализатор показал превышение концентрации тетраоксида азота токсичного топливного компонента двигателей корабля. Астронавтам пришлось полчаса ждать чтобы химия выветрилась, а команда спасателей это время провела в противогазах.

Некоторые российские комментаторы поспешили сообщить, что корабль опасен для людей, а всему виной Илон Маск, одержимый идеей сажать корабли на ракетных двигателях вместо парашютов. Планы ракетодинамической посадки у SpaceX действительно были, но от них отказались несколько лет назад по настоянию заказчика NASA. Корабль будут сажать по старинке на воду, как возвращали Mercury, Gemini и Apollo полвека назад. Конкуренты же SpaceX из компании Boeing решили проблему иначе сделали надувные подушки, как у десантной техники, и планируют сухопутные приземления.

Однако мощные двигатели Super Draco, которые SpaceX планировала использовать для посадки, в корабле всё же оставили и теперь они там на всякий случай как двигатели системы аварийного спасения.



Предполагается их использовать только в случае аварии ракеты, в нормальном же полете они не участвуют. Штатная система ориентации и коррекции орбиты использует малые двигатели Draco, которые имеют независимую топливную систему. Так первый испытательный беспилотный полет Crew Dragon в 2019 году прошел успешно, но в послеполетных испытаниях включение Super Draco привело к уничтожению корабля на стенде.

Быстрая непреднамеренная разборка



Причина аварии оказалась в клапанах между гелиевыми баками наддува и топливными баками Super Draco. На следующем корабле опасные клапаны заменили на одноразовые разрушаемые мембраны, и отправили людей в космос. При возвращении снова возникли проблемы с топливом, но на этот раз снаружи корабля. На трансляции посадки можно увидеть этот момент на 7:03:56: специалист подносит газоанализатор к замку бокового люка корабля, и тут же дает команду отойти от корпуса:



Достаточно быстро выяснилось, что газоанализатор показал присутствие тетраоксида азота окислителя, который используется в двигателях ориентации Draco и двигателях системы аварийного спасения Super Draco. После получасового ожидания люк всё же открыли и астронавтов успешно извлекли из корабля. Экспедиция завершилась, а ситуацию прокомментировали представители SpaceX: Да, нашлись пары NTO, в следующий раз будем лучше проветривать двигательную систему, а вообще ветра нет, волнения на море нет, мы такое не ожидали.

Попробуем разобраться насколько серьезна эта проблема, почему она возникла и причем тут вода и ветер.

Идея использовать ядовитое топливо на пилотируемых космических кораблях кажется не самой удачной, но это не выдумка хипстера Маска. У конструкторов кораблей в принципе выбор не большой: топливо в полете должно храниться недели и месяцы, поэтому криогенные кислород или водород не годятся. Ионные или плазменные двигатели на пилотируемых кораблях использовать нельзя из-за слишком малой тяги. Есть еще перекись водорода, но и она в высоких концентрациях токсична, а эффективность как топлива хуже в два раза. Поэтому остается летать на вонючке, она еще и самовоспламеняется, что упрощает конструкцию двигателя. На ней в космосе летают практически все пилотируемые космические корабли за последние полвека, включая Space Shuttle и Международную космическую станцию. Исключение только у Бурана, но там применялась сложная система хранения кислорода.

Во время использования ракетных двигателей в вакууме далеко не всё топливо стремительно улетает от корабля. Часть разлетается с малой скоростью или оседает вокруг двигателя. Вот как выглядит процесс маневрирования российского корабля Союз при стыковке:



А служебный модуль МКС Звезда за двадцать лет покрылся заметными ядовитыми коричневыми пятнами вокруг двигателей коррекции. В следующий раз, когда увидите наших космонавтов карабкающихся по корпусу станции, вспоминайте эти пятна. Не удивительно, что перчатки там расходный материал.



Значит топливо и на Союзах и на Crew Dragon одинаково токсичное, однако газоанализаторы на посадке наших кораблей не требуются, и тому есть причины. Во-первых, российские корабли в космосе снаружи покрыты экранно-вакуумной теплоизоляций, которая защищает корабль от перегрева на солнечном свету или от переохлаждения в тени. Компоненты топлива оседают на этой оболочке, которую срывает воздушным потоком во время посадки.



Во-вторых, в Союзах обитаемое пространство (бытовой отсек и спускаемый аппарат) физически отделено от служебного (приборно-агрегатного) отсека, на котором размещаются двигатели и баки с токсичным топливом.



Подобная конструкция также идет с первых кораблей, и сохраняется на большинстве современных и будущих: Союз, китайский ПТК НП, Starliner, Orion, Федерация/Орел



Все новые корабли предполагают многоразовое использование спускаемого аппарата, но служебные отсеки у них одноразовые и сбрасываются перед входом в атмосферу. Crew Dragon также состоит из двух частей, но в его случае вторую часть, с модными крылышками, целесообразнее называть грузовым отсеком или вспомогательным, а не служебным.



Большая часть служебных систем Crew Dragon, включая двигатели ориентации и баки с топливом, включены в возвращаемый корпус, хотя и никак не сообщаются с обитаемым пространством.



На спускаемых аппаратах Союзов тоже есть небольшие двигатели, для управляемого спуска в атмосфере, но там уже перекись водорода, которая не представляет опасности в малых концентрациях. Перед приземлением у наших кораблей срабатывают твердотопливные двигатели мягкой посадки, которые также не дают токсичных осадков.



Crew Dragon использует токсичное топливо не только на орбите, но и во время управляемого снижения в атмосфере. Внешней экранно-вакуумной теплоизоляции у него нет, а для отражения солнечного света достаточно белой краски. Всё это способствует тому, что остатки топлива могут оказаться на корпусе и после посадки. Зато садится он на воду, и в сочетании с атмосферой это должно помогать в очищении корабля до безопасного уровня. В NASA не возражали против такого технического решения, видимо, потому что подобная практика была и раньше, например, во время программы Apollo. Командные модули Apollo также оборудовались двигателями ориентации на токсичном топливе, экранно-вакуумная теплоизоляция наклеивалась на корпус и частично оставалась после посадки на воду.



Но между посадкой Apollo и Crew Dragon можно заметить разницу. Двигатели ориентации Apollo располагались в нижней части модуля, которая заливалась водой в ходе приводнения. Crew Dragon же имеет ватер-линию ниже блока двигателей ориентации. Кроме морских волн, в очистке корпуса остается полагаться только на атмосферное воздействие, и, судя по всему, оно неплохо справляется с внешней поверхностью. Но вот с механизмом замка уже не вышло.



Посмотрим на то место, где располагается замок бокового люка Crew Dragon, где обнаружилось загрязнение тетраоксидом азота.



Видим, что один из двигателей Draco смотрит почти прямо на замок, под заметным углом к поверхности. Включения этого двигателя могли доставить топливные компоненты в механизм замка, где они и остались в следовых количествах. Вероятно, в будущем конструкцию заглушки замка изменят или в регламент обслуживания добавят дополнительную продувку этого элемента сжатым воздухом.

Осталось разобраться почему такая проблема могла возникнуть.

Все вышеперечисленные технические решения Crew Dragon:
Система аварийного спасения внутри спускаемого аппарата;
Отсутствие внешней экранно-вакуумной теплоизоляции;
Служебные системы внутри спускаемого аппарата;
Двигатели ориентации выше ватер-линии
Преследуют одну цель: максимально возможное снижение стоимости многократного использования космического корабля. Стремление Илона Маска снизить стоимость доступа в космос, как для спутников, так и для людей, намного важнее красивой ракетной посадки. Эта цель неоднократно декларировалась основателем SpaceX, и практически каждое его решение связано с этим.

Не всегда получается задуманное, например пока ракеты с ножками смогли снизить стоимость запуска спутников в космос только в два раза, хотя Маск надеялся в десять. Crew Dragon пока дороже Союзов, но при достижении определенной частоты полетов, все заложенные конструктивные решения позволят реализовать свой экономический потенциал.

Как часто бывает в инженерном деле, чтобы выиграть в одном приходится чем-то пожертвовать в другом. В данном случае десятью минутами на продувку замка двери в космос.
Подробнее..

Категории

Последние комментарии

  • Имя: Макс
    24.08.2022 | 11:28
    Я разраб в IT компании, работаю на арбитражную команду. Мы работаем с приламы и сайтами, при работе замечаются постоянные баны и лаги. Пацаны посоветовали сервис по анализу исходного кода,https://app Подробнее..
  • Имя: 9055410337
    20.08.2022 | 17:41
    поможем пишите в телеграм Подробнее..
  • Имя: sabbat
    17.08.2022 | 20:42
    Охренеть.. это просто шикарная статья, феноменально круто. Большое спасибо за разбор! Надеюсь как-нибудь с тобой связаться для обсуждений чего-либо) Подробнее..
  • Имя: Мария
    09.08.2022 | 14:44
    Добрый день. Если обладаете такой информацией, то подскажите, пожалуйста, где можно найти много-много материала по Yggdrasil и его уязвимостях для написания диплома? Благодарю. Подробнее..
© 2006-2024, personeltest.ru