< Serge77 - Моя ракетная мастерская >

ДВИГАТЕЛЬ SFM1

ОГНЕВОЕ СТЕНДОВОЕ ИСПЫТАНИЕ

Конструкция двигателя, его топливный заряд и расчётные данные описывались ранее. Вид с топливом перед сборкой:

Жечь такой двигатель без стенда было очень жалко, а стенд всё ещё не был полностью готов, не был спаян рабочий вариант генератора. Это противоречие разрешилось тем, что было решено использовать "лабораторный" вариант генератора. Он был помещён в пластиковую коробку для защиты от возможных воздействий дыма и мошкары. Датчик был изготовлен точно такой же, как и описанный ранее, но толщина наружных пластин 2 мм:

По центру обоих сторон датчика закреплены пластины и дополнительные упоры для двигателя. В соответствии с общим стилем "временности" всё крепилось скотчем, а сам датчик устанавливался на стенд просто стоя между двигателем и упорным уголком стенда.

Генератор в полевой коробке:

Кабель от генератора и магнитофон. Внутри магнитофона на микрофонных выводах спаян делитель напряжения и сделан вывод на штекер, он виден в правом нижнем углу магнитофона:

Датчик был откалиброван именно в таком виде, как на фото, вместе с "лабораторным" генератором:

К сожалению, грузов больше 27 кг не нашлось, но по результатам калибровки всех предыдущих датчиков можно уверенно сказать, что предел линейности наступает, когда частота уменьшается вдвое по сравнению с начальной. Поэтому для данного датчика предел должен быть не меньше 40 кг.

Всё это водружалось на мощную основу...

... и в собранном виде выглядело так:

утром перед выходом:

и в поле перед испытанием:

У меня были некоторые сомнения в качестве герметизации крышек, поэтому возле датчика двигатель был прикрыт обрезком консервной банки:

Наконец, двигатель поджат к датчику резинками, воспламенитель установлен, запущен генератор, магнитофон на запись данных с генератора и второй магнитофон на запись звука, начата запись на видеокамеру, мы с Геннадием укрылись в окопе...

ПУСК !

(видео, 2.5 МВ, DivX)

Невооружённым глазом из окопа было видно, что двигатель отработал штатно, мгновенно вышел на режим и выдал хороший звук. Вот первые кадры работы :

Второй кадр - начало горения воспламенителя, пятый кадр - начало горения топлива, причём по форме выхлопа видно, что двигатель уже даёт тягу. Таким образом, время выхода на режим составило около 0.1 секунды.

С криками "Ура!" мы с Геной бросились к стенду. След от выхлопа на траве впечатлял, жаль, что на фотографии это не так заметно:

Однако при ближайшем осмотре двигателя оказалось, что в его корпусе возле сопла образовалось два прогара каждый длиной 4 мм и шириной 1 мм. На видео хорошо заметно, что в самом конце активного участка возле сопла внезапно возник клуб дыма.

Двигатель со стороны сопла, хорошо видно место, где между стенкой и крышкой прорывались газы, в этом месте стенка даже немного раздулась и отошла от крышки:

То же, вид сбоку:

То же самое место после очистки выглядит так (внутрь двигателя вставлена бумага, чтобы было лучше видно прогары):

Снаружи только две аккуратные дырочки, а внутри вокруг них стенка двигателя страшно поедена на участке примерно 5х20 мм. Если бы двигатель проработал ещё чуть-чуть, это была бы сплошная дыра.

Ещё больше меня удивило сопло. Я привык к тому, что на тестовом двигателе сопло спокойно выдерживает даже экстремальные пуски, в которых испытывались шашки с дефектами бронировки и давление явно подскакивало намного выше расчётного. Одно сопло уже выдержало больше десяти пусков без видимых изменений. А здесь при нормальном давлении - ужасная эрозия! С внутренней стороны сопло получило неравномерную фаску шириной 1-2 мм, причём в одном месте эта фаска практически дошла до наружной стороны сопла. Ещё немного - и диаметр сопла начал бы увеличиваться. В общем, сопло получается одноразовое. Толщина крышки здесь 3 мм. Я вспомнил, что на AROCKET писали, что нержавейка плавится гораздо ниже, чем простая сталь. Может быть причина именно в этом? Может быть мы зря гоняемся за нержавейными трубами? Тестовый двигатель у меня из чёрного металла.

Ещё один след на двигателе - в районе шашки торцевого горения, это единственная такая отметина на стенке трубы. Внутри труба в этом месте тоже с побежалостью, но гладкая, без эрозии. Видимо здесь был дефект бронировки шашки. Это подтверждается также и временем горения трассера меньше расчётного - 9 секунд вместо 15.

В районе стыковки шашек на корпусе снаружи заметны очень лёгкие следы побежалости. Сама бронировка свою задачу выполнила прекрасно, выдержав не только горение основной части топлива, но и 9 секунд трассера. При откупоривании двигателя мы обнаружили, что вся внутренняя поверхность осталась закрытой, хотя бронировка была наполовину прогоревшая и крупными отслоившимися слоями перекрывала часть внутреннего пространства. Бронировка изготовлена из 5 слоёв гладких кухонных обоев "супермойка" на неразбавленном клее ПВА. Толщина 0.7 мм.

При обработке данных со стенда была получена такая картина:

Одна точка по оси Х соответствует 0.02 секунды. Три пика в начале шкалы - это нажатия на двигатель рукой перед тестом, пик в средней части - тяга двигателя, а четыре пика в конце - опять нажатия рукой. Сразу бросилось в глаза, что нулевая линия в начале записи сильно отличается от нулевой линии, которая была при калибровке дома. Ещё более странно, что она резко изменилась после отработки двигателя. Приехав домой после испытаний, я опять включил датчик - он снова показывал 10700 Гц, как будто и не был в поле!

У меня сразу возникли две возможные версии: первая - загрязнение датчика пылью или влагой, а вторая - влияние заземления, ведь датчик на поле контактировал с землёй через стальные конструкции стенда. Первая причина выглядела маловероятной, ведь я уже проверял влияние влаги, а пыль, если и попала в датчик, то должна была остаться, однако дома датчик полностью "восстановился". Попробовал заземлить датчик на батарею отопления - генератор выдал 15000 Гц. Вот это да! Так вот в чём причина! Значит при установке стенда в поле сначала образовался не очень хороший контакт с землёй, а после рывка тяги контакт улучшился и нулевая линия сместилась.

Но почему заземление так сильно влияет, ведь спецы уверяли, что этого не должно быть? Я перепроверил подключение датчика и, о ужас! - я перепутал полярность! На наружные пластины подавался "плюс" вместо "минуса". Подключил правильно и датчик почти перестал реагировать на заземление. Однако всё-таки небольшое влияние было и я решил провести тщательное исследование. Я пробовал заземлять датчик, помещать генератор и датчик в металлическую кастрюлю, заземлять её. Каждая комбинация тестировалась на устойчивость к внешним воздействиям, в качестве которых было касание рукой датчика или кастрюли, если датчик был в ней. Все возможные варианты таких манипуляций были испытаны, результаты представлены в таблице:

Надеюсь, что эти данные помогут мне выбрать нужную комбинацию заземления или экранирования датчика и генератора.

А после некоторых манипуляций по спрямлению нулевой линии я получил такой профиль тяги двигателя:

Суммарный импульс: 389 Н*с

Удельный импульс: 99 с

По данным расчёта на SRM:

Суммарный импульс: 380 Н*с

Удельный импульс: 103 с

Что тут можно сказать? Да здравствует великий Накка, который всё уже для нас посчитал!

(Примечание: расчёт в SRM выполнен без учёта шашки торцевого горения, т.е. с меньшим количеством топлива, поэтому при меньшем суммарном импульсе получен больший удельный импульс).

ВЫВОДЫ

1. Испытания следует признать полностью успешными. Действительно, сам процесс испытания прошёл на удивление гладко. Приехали на поле, укрепили стенд, всё подключили, запустили магнитофоны и видеокамеру, сели в окоп, нажали на капу. И ВСЁ СРАЗУ СРАБОТАЛО! Воспламенитель сработал, как задумывалось, двигатель отработал положенное, тяга записалась, звук записался, видео получилось отличное, все остались целые ;^))

2. В результате испытаний выяснились направления, над которыми нужно думать и работать. Нержавейка, видимо, показала себя как неподходящий материал для сопла. Система уплотнения крышек двигателя оказалась неработоспособной. Конструкция датчика тяги оказалась недостаточно устойчива к ошибкам оператора ;^))

3. Хочется ещё и побольше!

21.09.2003 Serge77