Propulsore razzo di piccole dimensioni

[Agustaman]

Per un progettino personale che mi frulla per la testa da un po' di tempo avrei bisogno di approfittare dell'esperienza di qualche lettore (vedo che scrive un certo numero di esperti di vari settori , magari c'è anche un missilista) per avere qualche numero anche solo indicativo, giusto per vedere se la mia idea è fattibile o è una boiata .

 

Dunque, avrei bisogno di sapere se, con le tecnologie più aggiornate, sia possibile realizzare un piccolo motore razzo a combustibile solido delle seguenti caratteristiche:

 

• 
   
  
• spinta di 25kg
  
• durata della spinta di 10, 15 o 20 secondi (è una delle variabili del mio progetto)
  
• propellente estremamente stabile (che si accenda solo a comando)
  
• Idealmente profilo di spinta modulabile (cioè la spinta cresce o diminuisce gradualmente all'inizio e alla fine, se non sbaglio si può fare sagomando la carica in termini di spessore)
   
  

Quale sarebbe il volume del grano necessario?

Esiste un diametro minimo sotto il quale ci sono penalizzazioni nella spinta?

Esistono lunghezze massime della camera (immagino che la spinta potrebbe soffrire oltre una certa lunghezza data la distanza tra il fronte di fiamma e l'ugello, o no?)

Il grano, e la camera che lo contiene, possono avere avere una forma curva o con un angolo retto o quasi tra camera e ugello? Eventualmente con quali penalizzazioni rispetto a una camera dritta?

 

In alternativa, quali sarebbero i volumi di combustibile e ossidante per realizzare gli stessi risultati con cariche liquide (ma in tal caso ho dubbi sulla sicurezza in termini di suscettibilità a combustione accidentale, o sbaglio?)

 

Grazie anticipate di qualsiasi aiuto

[Einherjar]

I combustibili piu apprezzato dai piu costruttori di razzi a livello amatoriale (che pero lo compranopreconfezionato) sono quelli compositi a base di perclorato d'ammonio.

Il perclorato d'ammonio è l'ossidante, il combustibile sono polveri metalliche come alluminio (alte prestazioni) magnesio (medie) e zinco (scarse), e per ultimo un agente legante con la funzione di cementare insieme ossidante e combustibile per renderli un'unico solido, questi binder sono in genere dei polimeri e oltre a tenerer insieme il grano contribuiscono al totale del combustibile (anche se meno energetici del combustibile primario)

 

Dal punto di vista chimico si puo determinare la velocita di combustione del suddetto composto agendo sulle dimensioni delle polveri usate nel mix. particelle di combustibile e comburente piu piccole bruciano piu velocemente e in maniera piu efficente di particelle piu grosse le quali bruciano in maniera meno efficente e per un tempo piu lungo.

 

La forma geometrica del grano la velocita e le gia citate caratteristiche chimiche del propellente e dalle dimensioni delle polveri usate nel mix sono alcuni dei fattori da cui dipende la velocita di combustione a cui si aggiungono la pressione all'interno del razzo (su cui si puo agire attraverso dimenisonamento e geometria dell'ugello) , l'erosione del grano provocata dallo scorrere dei gas combusti ad'alta velocita, trasmissione del calore, temperatura iniziale ecc.

 

 

 

Con questo propellente possiamo ottenere valori di impulso specifico anche tra i 180 e i 260 secondi di implulso specifico,

Il razzo da te proposto con una spinta di 25kg e un durata di 10 15 20 secondisi traduce in un'impulso richiesto di 1kg per 250 375 e 500 secondi ,a seconda della durata.

Quindi supponendo che il riesci a tirare su un razzo con 180 secondi di impulso specifico dovrai usare un grano del peso di 250/180 = 1389 grammi per 10 secondi, 2083 grammi per 15 secondi e 2778 grammi per 20 secondi. Se l'impulso specifico che riesci a ottenere è diverso da 180 il peso del grano dovra variare di conseguenza.

 

Il peso specifico del perclorato d'ammonio è di 1.95 kgm litro quella dell'alluminio 2.7 kg litro. Se li mixiamo in un rapporto non stechiometrico, limitando il contenuto di alluminio al 16% della massa , otteniamo un mix con la densita di circa 2.04kg per decimetro cubo, quindi se prendiamo come riferimento il'impotetico razzo da 10secondi e 1389 grammi di peso questo avra un grano del volume di 680 cm cubi.

Ai 680cm cubi del grano va aggiunta il volume della cavita per ottenere il volume della camera. Ma giusto per dare un'idea, se si progetta un razzo le cose non vanno fatte in ques'ordine.

 

Dallo spessore del grano non si puo modulare la velocita di combustione a piacere e quindi modulare l'intensita del tempo della spinta, semplicemente lo spessore del grano è uno dei fattori da cui dipende la durata della spinta, proporzionando il grano alle dimensioni della cavita possiamo possiamo variare il rapporto massa/superfice del grano. esempio a caso e approssimato : puoi mettere un grano spesso 2mm attorno a una cavita di 1cm di diametro o mettere 1mm attorno a una cavita di 2cm, in questo esempio la massa de grano è la stessa ma la superfice cambia enormemente e cosi velocita di combustione e quindi spinta per secondo e durata.

 

Per modulare la spinta in come dici tu, quello che si puo fare all'interno della camera è variare la geometria della cavita.Giocando con inclusioni della cavita nel grano e protusioni del grano nella cavita si puo variare l'aerea del grano durante la combustione.

Non ho idea di come funzioni un dual composition, ma secondo si potrebbe ottenere i picchi di spinta a inizio e fine combustione modificando la stella.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Modificato 10 Novembre 2011 da Einherjar

[Agustaman]

Non so veramente cosa dire... grazie. Approfondito ed esauriente. E praticamente istantaneo!

 

Ho fatto due conti e per 10" con un fattore pieno/vuoto di 1.3 ci vorrebbe un tubo troppo lungo per quello che voglio fare (per non parlare delle durate superiori).

 

Volendo cercare di migliorare, quanto può essere il moltiplicatore tra un grano a base di perclorato/Al e il meglio sul mercato? Parliamo di 1,x o di diverse volte? E l'idea di curvare o piegare ad angolo retto il tubo rispetto all'ugello per risparmiare spazio nella direzione più limitata è fattibile (da un professionista, non amatorialmente?) Con quali perdite? Quanto alla modulazioni, mi serve solo che la partenza non sia troppo brusca, e poi che la spinta resti costante, quindi la rod and tube o la star dovrebbero andare bene.

 

Altra idea balzana: si può pensare di mandare a un solo ugello i gas prodotti da due camere di combustione, in modo da ridurre il diametro, che è limitato, dividendo il materiale su due camere?

 

Grazie ancora

[Flak'88]

il carburante più semplice che puoi usare è una miscela di zucchero e nitrato di potassio, stabile ma soprattutto economica. non ho mai provato, ma so che molto usata per fare modelli di razzi: cercando in internet puoi trovare varie spiegazioni sulla composizione e sulla preparazione. non so invece se è un combustibile abbastanza performante per fare razzi con spinta da 25kg, ma può essere utile per iniziare e fare prove. un razzo artigianale a combustibile liquido propellente e ossidante separati mi sembra invece un po' difficile da realizzare, oltre che potenzialmente pericoloso.

[Agustaman]

il carburante più semplice che puoi usare è una miscela di zucchero e nitrato di potassio, stabile ma soprattutto economica. non ho mai provato, ma so che molto usata per fare modelli di razzi: cercando in internet puoi trovare varie spiegazioni sulla composizione e sulla preparazione. non so invece se è un combustibile abbastanza performante per fare razzi con spinta da 25kg, ma può essere utile per iniziare e fare prove. un razzo artigianale a combustibile liquido propellente e ossidante separati mi sembra invece un po' difficile da realizzare, oltre che potenzialmente pericoloso.

 

Grazie, la cosiddetta caramella l'ho usata da ragazzo (taaaaanti anni fa) ma adesso sto cercando dati sulle migliori prestazioni teoricamente possibili se lo facesse un professionista con sistemi (propellente, ugello) allo stato dell'arte, non ho intenzione di farlo io. E' solo che voglio capire se un'idea che ho avuto per risolvere un problema di altro tipo usando una forza fornita da un razzo o simile (magari in una configurazione angolare a 90° per problemi di spazio, non so se si può fare e se e quanta spinta si perde) è fattibile o no. In tal caso ne parlerei con un professionista del settore. E mi servirebbe di sapere se un tale sistema sarebbe stabile e affidabile per anni (essendo un sistema di sicurezza) e resistente a sollecitazioni (non dovrebbe MAI partire da solo, sotto nessuna condizione di calore (ragionevole, ma comunque contando almeno un centinaio di gradi, sollecitazione meccanica ecc.)

[cama81]

augustaman , stai lavorando ad un martin baker per elicotteri?

 

prova a rigirare la stessa domanda su http://www.forumastronautico.it/index.php , sono preparatissimi e gentilissimi