Gotovo svaki muškarac imao je potrebu da lemi metal kod kuće. Sam proces je jednostavan. Jedina prepreka je što opremu za ovaj proces nema uvijek kućni majstor. Plinska boca postoji, ali ne postoji poseban gorionik za ovo. Pokušajmo bez autogena i napraviti jednostavan plamenik za lemljenje. Odmah treba napomenuti da neće dati isti snažan mlaz plamena kao njegov industrijski analog. To znači da nećete moći zavariti teške konstrukcije. Ali za lemljenje jednostavni proizvodi ili popravka srednje veličine metalne konstrukcije možeš ti to.

Plinski plamenik za lemljenje i popravak malih metalnih konstrukcija dobro će doći u svakom domaćinstvu.

Potrebni materijali i alati

Za izradu plamenika trebat će vam:

• mesingana cijev;
• mjedeni ureznici za izradu razdjelnika i mlaznice;
• ploče bilo koje materijal otporan na toplotu(možete koristiti drvene blokove);
• vice;
• električna bušilica;
• zaptivna FUM traka (ili silikon);
• gas reduktor;
• priključna crijeva.

Nazad na sadržaj

Kako napraviti ručku i mlaznicu?

Dizajn domaćeg plinskog plamenika i dijagram povezivanja na cilindar.

Prvo, ručka mora biti pričvršćena na mesinganu cijev. Za to obično koriste ili ručku od starog lemilice ili običnog drveni blok izbušena je uzdužna rupa promjera koji odgovara promjeru same mesingane cijevi. Zatim se ručka pričvršćuje na cijev pomoću epoksidna smola ili silikona. Dat je obrazac koji vam odgovara.

Posebno je potrebno pažljivo pristupiti izradi mlaznice. Poželjno je da otvor mlaznice bude oko 0,1 mm. Takvu rupu je nemoguće izbušiti kod kuće, stoga se pravi šira, a njezini rubovi su kovani potrebne veličine... Ovaj rad je veoma precizan, pa će vam oduzeti dosta vremena. Za pouzdanost svih radnji, radni komad je fiksiran u škripcu, a udarci se udaraju čekićem okomito s malim "tipkom" u sredini.

Cijeli postupak se izvodi u krug kako bi se izbjegla odstupanja u smjeru dovoda plina u budućnosti. Nakon utiskivanja, glava mlaznice se obrađuje finom bojom brusni papir... On stražnja strana mlaznica je opremljena navojem za spajanje na ulaznu cijev. Za spajanje mlaznice i cijevi često se koristi lemljenje. Imajte na umu da je ovo daleko od toga Najbolji način priključci: ako je potrebno, bit će vrlo teško popraviti ili zamijeniti mlaznicu.

Nazad na sadržaj

Kako poboljšati kontrolu plamena?

Općenito, opisana verzija proizvodnje plamenika može se smatrati već završenom: vaš uređaj će raditi, samo trebate sve spojiti, otvoriti ventil plinske boce i zapaliti plin. Ali tada će nestati samo neugodnosti, jer će protok plina biti moguće regulirati samo ventilom plinske boce, a maksimalna snaga nećeš dobiti plamen. Plamenik je potrebno naknadno opremiti kranom i razdjelnikom. Ventil se može montirati i na sam gorionik i na dovodnu cijev. Pogodnije je kada se nalazi u neposrednoj blizini drške (2-4 cm više). Slavina se može koristiti sa starog autogen gorionika ili drugog analoga. Bolje ga je trajno pričvrstiti na cijev navojni spoj, zaptivanje FUM trakom.

Pregrada je izrađena od mesinga. Najbolji način Je cilindrična gredica s rupom za ulaznu cijev i paralelnim rupama manjeg prečnika. Takav blank je pričvršćen na cijev na način da njegovi rubovi strše 2-3 mm naprijed od ruba mlaznice. Ovako mali uređaj će imati dvije funkcije: štitit će plamen od bočnog vjetra i osigurati protok kisika neophodan za održavanje stabilnog plamena.

Nazad na sadržaj

Kako pojednostaviti razdjelnik?

Za opremanje razdjelnika nije potrebno takvo izrađivati složena struktura... Mesingana cijev prečnika nekoliko veći prečnik dovodna cijev. Ovaj vrh mora biti pričvršćen na cijev paralelno s njom. Protok zraka će biti osiguran zbog činjenice da će plin koji izlazi iz mlaznice stvoriti zonu smanjen pritisak, prema tome, protok zraka će samostalno juriti u ovo područje.

Princip rada će biti isti kao kod običnog turističkog primusa. Razlika između domaćih proizvoda i primusa je u znatno manjoj veličini i u činjenici da se kao gorivo koristi plin, a ne benzin. A plinski plamenik ne zahtijeva stvaranje viška tlaka unutar posude s plinom, jer je već prisutan.

Domaći plamenik potpuno je nepretenciozan prema sastavu plina: radi i na čistom propanu i na mješavini propan-butana. Razlika će se osjetiti samo u brzini zagrijavanja materijala tokom perioda lemljenja. Ali čak i ovaj trenutak se može izravnati podešavanjem dovoda plina.

U kućnoj radionici ili garaži često postoji potreba za korištenjem plinskog plamenika. Primjena za to je najšira - od lemljenja do popravka krova. Da ne spominjemo potrebu za zagrijavanjem metalnog dijela za obradu.

Prilikom obrade metala plinskim plamenikom možete zagrijati radni predmet s ciljem naknadnog očvršćavanja. Ako se bavite električnim zavarivanjem, kada radite s nekim metalima, potrebno je zagrijati mjesto budućeg šava.

Prodavnice alata prodaju razne alate za bezbedan rad sa vatrom. Propan plamenik može biti bilo koje veličine i konfiguracije. Vrijednost sa hemijska olovka za lemljenje nakita.

Ili m rampa krovne mlaznice za zagrijavanje bitumena na krovu:

Industrijske verzije imaju prednost sigurnosnog certifikata. Međutim, ne postoji ništa u dizajnu što se ne može ponoviti kod kuće. Budući da svaki proizvod u trgovini košta puno novca, mi ćemo vam reći kako ga napraviti plinski gorionik uradi sam.

Bitan! Domaće sprave za rad sa vatrom predstavljaju potencijalnu opasnost. Stoga, propan gorionik proizveden bez tehničke stručnosti koristite na vlastitu odgovornost.

Crteži i upute korak po korak za proizvodnju plamenika

Razmotrite detaljno nijanse na koje biste trebali obratiti pažnju prilikom izrade plamenika.

• Prije svega, potrebno je koristiti vatrostalne metale. Pravilno podešen plamenik može proizvesti do 1000 ° C, tako da mlaznica mora odgovarati temperaturi plamena;
• Važno je pronaći pouzdanu dizalicu. Ako nešto krene po zlu - prije svega, prekida se dovod plina, a opasnost je eliminirana. Ako slavina prođe, nećete moći brzo ugasiti plamen;
• Priključak na izvor plina (kantu sa ventilom ili 5 litara rezervoar za propan sa zupčanikom) mora biti pouzdan. To je tokom rada lošeg kvaliteta zaporni ventili dešava se većina nesreća.

John C. Whitehead, Lawrence Livermore National Laboratory L-43, PO Box 808 Livermore, CA 94551 925-423-4847 [email protected]

Sažetak. Kako se veličina razvijenih satelita smanjuje, postaje sve teže odabrati pogonske sisteme (PS) za njih koji obezbjeđuju potrebne parametre upravljivosti i manevrisanja. Najmanji sateliti sada tradicionalno koriste komprimirani plin. Da bi se povećala efikasnost, a istovremeno i smanjili troškovi u odnosu na hidrazin dizel gorivo, predlaže se korištenje vodikovog peroksida. Minimalna toksičnost i male potrebne dimenzije instalacije omogućavaju ponovljena ispitivanja u pogodnom laboratorijskom okruženju. Opisan je napredak u niskobudžetnim motorima pod pritiskom i spremnicima za gorivo.

Uvod

Stigla je klasična tehnologija daljinskog upravljanja visoki nivo i nastavlja da se razvija. Ona je u stanju da u potpunosti zadovolji potrebe svemirska letjelica teška stotinama i hiljadama kilograma. Sistemi koji se šalju u let ponekad ne prođu čak ni test. Ispostavilo se da je sasvim dovoljno koristiti poznata konceptualna rješenja i odabrati jedinice testirane u letu. Nažalost, takvi čvorovi su obično preveliki i teški za korištenje u malim satelitima teškim desetinama kilograma. Kao rezultat toga, potonji su se uglavnom morali oslanjati na motore na komprimirani dušik. Komprimirani dušik daje ID od samo 50-70 s [oko 500-700 m/s], zahtijeva teške rezervoare i ima malu gustinu (na primjer, oko 400 kg/m3 pri pritisku od 5000 psi [oko 35 MPa]) . Značajna razlika u cijeni i svojstvima dizel motora na bazi komprimiranog dušika i hidrazina tjera nas da tražimo međurješenja.

V poslednjih godina obnovljeno interesovanje za upotrebu koncentriranog vodikovog peroksida kao pogonskog goriva za motore svih veličina. Peroksid je najatraktivniji kada se koristi u novim dizajnima gdje se prethodne tehnologije ne mogu direktno nadmetati. Sateliti težine 5-50 kg su upravo takvi razvoji. Kao jednokomponentno gorivo, peroksid ima veliku gustinu (> 1300 kg/m3) i specifični impuls (SI) u vakuumu od oko 150 s [oko 1500 m/s]. Iako je značajno manji od SI za hidrazin, na oko 230 s [oko 2300 m/s], alkohol ili ugljovodonik u kombinaciji s peroksidom mogu podići SI na raspon od 250-300 s [oko 2500 do 3000 m/s. ].

Cijena je ovdje važan faktor, jer peroksid ima smisla koristiti samo ako je jeftiniji od izgradnje manjih verzija klasične tehnologije daljinskog upravljanja. Smanjenje troškova je vrlo vjerovatno, s obzirom da rad sa toksičnim komponentama povećava troškove razvoja, testiranja i pokretanja sistema. Na primjer, za testiranje raketni motori postoji samo nekoliko sastojina na otrovnim sastojcima, a njihov broj se postepeno smanjuje. Nasuprot tome, dizajneri mikrosatelita mogu sami razviti vlastitu peroksidnu tehnologiju. Argument sigurnosti goriva je posebno važan kada se radi o nedovoljno shvaćenim opcijama sistema. Mnogo je lakše napraviti takve sisteme ako je moguće provoditi česta testiranja niske cijene. U ovom slučaju, nesreće i izlijevanje komponenti raketnog goriva moraju se uzeti zdravo za gotovo, kao što je, na primjer, isključenje u nuždi. kompjuterski program prilikom otklanjanja grešaka. Stoga, kada se radi s toksičnim gorivima, standardne metode rada su one koje favoriziraju evolucijske, inkrementalne promjene. Moguće je da je upotreba manje toksična goriva u mikrosatelitima će imati koristi od velikih promjena dizajna.

Rad opisan u nastavku dio je većeg istraživačkog programa usmjerenog na istraživanje novih svemirskih tehnologija za male primjene. Završeni prototipovi mikrosatelita se testiraju (1). Povezane teme od interesa uključuju male raketne motore sa pumpom za letove do Marsa, Mjeseca i nazad na niskom finansijski troškovi... Takve mogućnosti mogu biti vrlo korisne za slanje malih istraživačkih vozila na putanje odlaska. Cilj ovog članka je stvoriti tehnologiju upravljanja pogonom koja koristi vodikov peroksid i ne zahtijeva skupe materijale ili metode razvoja. Kriterijum efikasnosti u ovom slučaju je značajna superiornost u odnosu na mogućnosti koje pruža PS koji radi na komprimovanom azotu. Pažljiva analiza potreba mikrosatelita pomaže da se izbegnu nepotrebni sistemski zahtevi koji povećavaju cenu sistema.

Zahtjevi za pogonsku tehnologiju

U idealnom svijetu, satelitski daljinski upravljač bi trebao biti odabran na isti način kao i kompjuterska periferija danas. Međutim, daljinski upravljač ima karakteristike koje nema nijedan drugi satelitski podsistem. Na primjer, gorivo je često najmasovniji dio satelita, a njegova potrošnja može promijeniti centar mase vozila. Vektori potiska namijenjeni za promjenu brzine satelita moraju, naravno, proći kroz centar mase. Iako su problemi prijenosa topline važni za sve komponente satelita, oni su posebno izazovni za pogonske sisteme. Motor stvara najtoplije tačke na satelitu, a istovremeno gorivo često ima uži temperaturni raspon od ostalih komponenti. Svi ovi razlozi dovode do toga da manevarski zadaci ozbiljno utiču na cjelokupni dizajn satelita.

Ako za elektronski sistemi Obično se smatra da su karakteristike postavljene, ali za daljinski upravljač to uopće nije slučaj. Ovo se tiče sposobnosti skladištenja u orbiti, naglog uključivanja i isključivanja, sposobnosti da se izdrži proizvoljno duge periode neaktivnosti. Sa stanovišta inženjera motora, definicija zadatka uključuje raspored koji pokazuje kada i koliko dugo svaki motor mora raditi. Ove informacije mogu biti minimalne, ali u svakom slučaju smanjuju složenost inženjeringa i troškove. Na primjer, daljinski upravljač se može testirati korištenjem relativno jeftine opreme, ako za let nije važno zadržati vrijeme rada daljinskog upravljača s točnošću od milisekundi.

Drugi uvjeti koji obično povećavaju cijenu sistema mogu biti, na primjer, potreba tačno predviđanje potisak i specifični impuls. Tradicionalno, ove informacije su omogućavale primjenu precizno izračunatih korekcija brzine sa unaprijed određenim vremenom pogona. S obzirom na najnovije senzore i računske mogućnosti dostupne na satelitu, ima smisla integrirati ubrzanje dok se ne postigne određena promjena brzine. Pojednostavljeni zahtjevi omogućavaju smanjenje troškova individualnog razvoja. Izbjegnuta su precizna podešavanja pritisaka i protoka i skupa ispitivanja u vakuum komori. Međutim, još uvijek se moraju uzeti u obzir toplinski uvjeti vakuuma.

Najjednostavniji pogonski manevar je uključivanje motora samo jednom, u ranoj fazi rada satelita. U ovom slučaju početni uslovi a najmanje utiče vreme zagrevanja daljinskog upravljača. Uočeno curenje goriva prije i nakon manevra neće utjecati na rezultat. Takav jednostavan scenario može biti težak iz drugog razloga, kao što je potrebno veliko povećanje brzine. Ako je potrebno ubrzanje veliko, tada veličina motora i njegova masa postaju još važniji.

Većina izazovni zadaci Operacije daljinskog upravljanja su desetine hiljada ili više kratkih impulsa, razdvojenih satima ili minutama neaktivnosti, tokom mnogo godina. Prolazni procesi na početku i kraju impulsa, gubici topline u aparatu, curenje goriva - sve se to mora svesti na minimum ili eliminirati. Ovaj tip potiska je tipičan za 3-osnu stabilizaciju.

Periodično uključivanje daljinskog upravljača može se smatrati zadatkom srednje složenosti. Primjeri su promjene u orbitama, kompenzacija za atmosferske gubitke ili periodične promjene u orijentaciji satelita stabiliziranog rotacijom. Ovaj način rada nalazi se i kod satelita koji imaju inercijalne zamašnjake ili koji su stabilizirani gravitacijskim poljem. Takvi letovi obično uključuju kratke periode visoke pogonske aktivnosti. Ovo je važno jer će komponente vrućeg goriva izgubiti manje energije tokom takvih perioda aktivnosti. U ovom slučaju se mogu koristiti jednostavniji uređaji nego za dugotrajno održavanje orijentacije, pa su takvi letovi dobri kandidati za korištenje jeftinih tečnih pogonskih sistema.

Zahtjevi za motor koji se razvija

Nizak nivo potiska pogodan za manevre za promjenu orbite malih satelita je otprilike isti kao onaj koji se koristi na velikim svemirskim letjelicama za održavanje orijentacije i orbite. Međutim, postojeći motori niskog potiska testirani u letovima obično su dizajnirani da riješe drugi problem. Dodatne komponente poput električnog grijača koji zagrijava sistem prije upotrebe, kao i toplinska izolacija, omogućavaju postizanje visokog prosječnog specifičnog impulsa uz brojne kratke startove motora. Povećava se veličina i težina opreme, što može biti prihvatljivo za velika vozila, ali nije prikladno za mala. Relativna masa potisnog sistema je još manje korisna za električne raketne motore. Lučni i jonski potisnici imaju vrlo mali potisak u odnosu na masu potisnika.

Zahtjevi za vijek trajanja također ograničavaju dozvoljene težine i dimenzije pogonskog sistema. Na primjer, u slučaju monopogonskog goriva, dodavanje katalizatora može produžiti vijek trajanja. Motor za kontrolu položaja može raditi ukupno nekoliko sati tokom cijelog radnog vijeka. Međutim, rezervoari satelita se mogu isprazniti za nekoliko minuta ako je potrebna dovoljno velika promjena orbite. Kako bi se spriječilo curenje i osiguralo da je ventil dobro zatvoren, čak i nakon mnogo pokretanja, nekoliko ventila se postavlja u nizu u vodove. Dodatna vrata mogu biti nepotrebna za male satelite.

Rice. 1 pokazuje da tečni motori ne mogu uvijek biti proporcionalno smanjeni za upotrebu s malim pogonskim sistemima. Veliki motori obično podižu 10 do 30 puta više od svoje težine, a ovaj broj se penje na 100 za raketne motore sa pumpom. Međutim, najmanji tečni motori ne mogu ni podići svoju težinu.

Satelitske motore je teško napraviti male.

Čak i ako je mali postojeći motor dovoljno lagan da služi kao primarni manevarski motor za mikrosatelit, gotovo je nemoguće odabrati set od 6-12 tekućih motora za plovilo od 10 kg. Stoga mikrosateliti koriste komprimirani plin za orijentaciju. Kao što je prikazano na sl. 1, postoje plinski motori sa omjerom potiska i mase sličnim onima kod velikih raketnih motora. Plinski motori su jednostavno elektromagnetni ventil sa mlaznicom.

Osim što rješavaju problem pogonske mase, sistemi na komprimirani plin proizvode kraće impulse od motora na tečnost. Ovo svojstvo je važno za kontinuiranu orijentaciju tokom dugih letova, kao što je prikazano u Dodatku. Kako se svemirska letjelica smanjuje u veličini, sve kraći impulsi mogu biti dovoljni da održe orijentaciju sa datom tačnošću tokom datog životnog vijeka.

Dok sistemi komprimovanog gasa generalno izgledaju najbolje za male svemirske letelice, rezervoari za skladištenje gasa su veliki i teški. Moderni kompozitni spremnici za skladištenje dušika dizajnirani za male satelite teže otprilike isto koliko i sam dušik. Za poređenje, rezervoari za tečna goriva svemirske letjelice mogu skladištiti gorivo s masom do 30 masa rezervoara. S obzirom na težinu i rezervoara i motora, bilo bi veoma korisno da se gorivo skladišti u tečnom obliku i pretvori u gas za distribuciju između različitih motora za kontrolu položaja. Takvi sistemi su razvijeni za upotrebu hidrazina u kratkim suborbitalnim eksperimentalnim letovima.

Vodikov peroksid kao pogonsko gorivo

Kao monopropelentno gorivo, čisti H2O2 se razlaže na kiseonik i pregrijanu paru na temperaturama nešto iznad 1800F [oko 980C - cca. per.] u odsustvu toplotnih gubitaka. Peroksid se obično koristi u obliku vodenog rastvora, ali ispod 67%, energija raspadanja je nedovoljna da ispari svu vodu. Američka testirana vozila s posadom 1960-ih koristio je 90% peroksid za održavanje orijentacije aparata, što je dalo adijabatsku temperaturu raspadanja od oko 1400 F i specifični impuls u stabilnom stanju od 160 s. U koncentraciji od 82% peroksid proizvodi plin s temperaturom od 1030F, koji pokreće glavne pumpe motora rakete-nosača Sojuz. Koriste se različite koncentracije jer cijena goriva raste s koncentracijom, a temperatura utječe na svojstva materijala. Na primjer, legure aluminija se koriste na temperaturama do oko 500F. Kada se koristi adijabatski proces, ovo ograničava koncentraciju peroksida na 70%.

Koncentracija i prečišćavanje

Vodikov peroksid je komercijalno dostupan u širokom rasponu koncentracija, čistoće i količina. Nažalost, male posude čistog peroksida koje bi se mogle koristiti direktno kao gorivo praktički nisu komercijalno dostupne. Raketni peroksid je takođe dostupan u velikim bačvama, ali možda neće biti lako dostupan (npr. u SAD). Takođe, prilikom rada sa veliki brojevi peroksid zahtijeva posebnu opremu i dodatne sigurnosne mjere, što nije sasvim opravdano ako su potrebne samo male količine peroksida.

Za upotrebu u ovaj projekat 35% peroksid se kupuje u polietilenskim kontejnerima od 1 galona. Prvo se koncentriše na 85%, zatim se pročišćava u instalaciji prikazanoj na Sl. 2. Ova varijacija prethodno korištene metode pojednostavljuje instalaciju i smanjuje potrebu za čišćenjem staklenih dijelova. Proces je automatiziran tako da je potrebno samo dnevno punjenje i pražnjenje posuda za dobivanje 2 litre peroksida tjedno. Naravno, ispostavilo se da je cijena po litri visoka, ali je puna količina ipak opravdana za male projekte.

Prvo, u čašama od dvije litre na vrućim pločama, napa isparava većinu vode tokom perioda od 18 sati koji kontrolira tajmer. Volumen tečnosti u svakoj čaši se smanjuje za faktor četiri, na 250 ml, ili približno 30% početne mase. Tokom isparavanja, gubi se četvrtina originalnih molekula peroksida. Stopa gubitka raste sa koncentracijom, tako da je za ovu metodu praktična granica koncentracije 85%.

Jedinica s lijeve strane je komercijalno dostupan rotacijski vakuum isparivač. 85% rastvor, koji sadrži oko 80 ppm nečistoća, zagreva se u količini od 750 ml u vodenom kupatilu na 50C. Jedinica održava vakuum ne veći od 10 mm Hg. Art., koji omogućava brzu destilaciju u roku od 3-4 sata. Kondenzat teče u rezervoar dole levo sa gubicima manjim od 5%.

Iza isparivača vidljiva je kupka pumpe sa vodenim mlazom. U njega su ugrađene dvije električne pumpe, od kojih jedna dovodi vodu do vodene mlazne pumpe, a druga cirkulira vodu kroz zamrzivač, hladnjak vode rotacionog isparivača i samu kadu, održavajući temperaturu vode tek nešto iznad nule, što poboljšava i kondenzaciju para u frižideru i vakuum u sistemu. Pare peroksida, koje se nisu kondenzovale na frižideru, ulaze u kadu i razblažuju se do sigurne koncentracije.

Čisti vodikov peroksid (100%) je znatno gušći od vode (1,45 puta na 20°C), tako da hidrometar od plutajućeg stakla (u rasponu 1,2-1,4) obično određuje koncentraciju sa tačnošću od 1%. I originalno kupljeni peroksid i destilovani rastvor su analizirani na sadržaj nečistoća, kao što je prikazano u tabeli. 1. Analiza je uključivala emisionu spektroskopiju plazme, ionsku hromatografiju i mjerenje ukupnog organskog ugljenika (TOC). Imajte na umu da su fosfat i kalaj stabilizatori, dodaju se u obliku soli kalija i natrijuma.

Tabela 1. Analiza rastvora vodonik peroksida

Sigurnosne mjere pri rukovanju vodikovim peroksidom

H2O2 se razlaže na kiseonik i vodu, stoga nema dugotrajnu toksičnost i ne predstavlja opasnost za okruženje... Najčešći problem s peroksidom nastaje kada kapljice koje su premale da bi se otkrile dođu u kontakt s kožom. To uzrokuje privremene neopasne, ali bolne mrlje bez boje koje je potrebno isprati hladnom vodom.

Opasniji su efekti na oči i pluća. Na sreću, pritisak pare peroksida je prilično nizak (2 mmHg na 20C). Ispušna ventilacija lako održava koncentraciju ispod OSHA granice disanja od 1 ppm. Peroksid se može sipati između otvorenih posuda preko tacni u slučaju prosipanja. Za usporedbu, N2O4 i N2H4 moraju se stalno držati u zatvorenim posudama, a prilikom rada s njima često se koristi poseban aparat za disanje. To je zbog njihovog značajno većeg tlaka pare i granice koncentracije u zraku od 0,1 ppm za N2H4.

Ispiranje prosutog peroksida vodom čini ga bezopasnim. Što se tiče zahtjeva za zaštitnom odjećom, neudobna odijela mogu povećati vjerovatnoću izlijevanja. Kada se radi o malim količinama, možda će biti važnije slijediti razmatranja pogodnosti. Na primjer, rad s mokrim rukama pokazao se razumnom alternativom radu s rukavicama, koje čak mogu dopustiti da prskanje prođe ako procuri.

Iako se tečni peroksid ne raspada u masi kada je izložen izvoru vatre, koncentrovane pare peroksida mogu detonirati uz zanemarljivo izlaganje. Ova potencijalna opasnost postavlja ograničenje na proizvodnju gore opisane biljke. Proračuni i mjerenja pokazuju vrlo visok stepen sigurnosti samo za ove male količine proizvodnje. Na sl. 2, zrak se uvlači u horizontalne ventilacijske proreze iza aparata brzinom od 100 cfm (kubnih stopa u minuti, približno 0,3 kubnih metara u minuti) duž laboratorijske klupe od 6 stopa (180 cm). Koncentracija pare ispod 10 ppm izmjerena je direktno iznad čaša za koncentraciju.

Odlaganje malih količina peroksida nakon razrjeđivanja vodom ne dovodi do posljedica po okoliš, iako je to u suprotnosti sa najstrožim tumačenjem pravila za odlaganje opasnog otpada. Peroksid je oksidaciono sredstvo i stoga je potencijalno zapaljiv. Ovo, međutim, zahtijeva zapaljive materijale, a zabrinutost nije opravdana kada se rukuje malim količinama materijala zbog rasipanje topline. Na primjer, vlažne mrlje na tkanini ili labavom papiru zaustavit će dobar plamen jer peroksid ima visoku specifičnu toplinu. Posude za skladištenje peroksida treba da imaju ventilacione otvore ili sigurnosne ventile jer postepeno razlaganje peroksida na kiseonik i vodu povećava pritisak.

Kompatibilnost materijala i samodegradacija tokom skladištenja

Kompatibilnost između koncentriranog peroksida i materijala za konstrukciju uključuje dvije različite klase problema koje se moraju izbjegavati. Kontakt s peroksidom može dovesti do propadanja materijala, kao što se događa kod mnogih polimera. Osim toga, brzina razgradnje peroksida uvelike varira ovisno o materijalima koji se kontaktiraju. U oba slučaja postoji kumulativni efekat tokom vremena. Dakle, kompatibilnost treba biti izražena u numeričkim terminima i razmatrana u kontekstu aplikacije, a ne kao jednostavno svojstvo, koje je ili prisutno ili ne. Na primjer, komora motora može biti izrađena od materijala koji nije prikladan za upotrebu sa rezervoarima za gorivo.

Istorijski rad uključuje eksperimente o kompatibilnosti s uzorcima materijala izvedene u staklenim posudama s koncentriranim peroksidom. U skladu sa tradicijom, od uzoraka su napravljene male zatvorene posude za ispitivanje. Promatranja promjena tlaka i mase posude pokazuju brzinu raspadanja i curenja peroksida. Osim toga, moguće povećanje volumena ili slabljenje materijala postaje primjetno jer su zidovi posude izloženi pritisku.

Fluoropolimeri kao što su politetrafluoroetilen (PTFE), polihlorotrifluoroetilen (PCTFE) i poliviniliden fluorid (PVDF) ne razgrađuju se kada su izloženi peroksidu. Oni također usporavaju razgradnju peroksida, tako da se ovi materijali mogu koristiti za oblaganje rezervoara ili međukontejnera, ako moraju da skladište gorivo mesecima ili godinama. Isto tako, fluoroelastomerne brtve (od standardnog Vitona) i fluorirane masti su dobre za produženi kontakt s peroksidom. Polikarbonatna plastika je iznenađujuće otporna na koncentrirani peroksid. Ovaj materijal bez lomljenja koristi se gdje god je potrebna transparentnost. Ovi slučajevi uključuju izradu prototipa sa složenim unutrašnjim strukturama i rezervoarima gde treba da se vidi nivo tečnosti (vidi sliku 4).

Razgradnja u kontaktu sa Al-6061-T6 materijalom je samo nekoliko puta brža nego kod najkompatibilnijih aluminijskih legura. Ova legura je čvrsta i lako dostupna, dok najkompatibilnijim legurama nedostaje čvrstoća. Izložene površine od čistog aluminijuma (npr. Al-6061-T6) opstaju mnogo meseci kada su u kontaktu sa peroksidom. To je uprkos činjenici da voda, na primjer, oksidira aluminij.

Suprotno istorijskim smjernicama, složene operacije čišćenja uz korištenje nezdravih sredstava za čišćenje nisu potrebne za većinu primjena. Većina dijelova mašine korištenih u ovom poslu s koncentriranim peroksidom jednostavno je isprana vodom i deterdžentom na 110F. Preliminarni rezultati pokazuju da će ovaj pristup dati gotovo jednako dobre rezultate kao i preporučene procedure čišćenja. Konkretno, ispiranje PVDF posude tokom 24 sata sa 35% azotne kiseline smanjuje stopu razlaganja za samo 20% tokom perioda od 6 meseci.

Lako je izračunati da razlaganje jednog procenta peroksida sadržanog u zatvorenoj posudi sa 10% slobodnog volumena podiže pritisak na skoro 600 psi (psi, tj. oko 40 atmosfera). Ovaj broj ukazuje da je smanjenje efikasnosti peroksida sa smanjenjem koncentracije značajno manje važno od sigurnosnih razmatranja tokom skladištenja.

Planiranje svemirskih letova korištenjem koncentriranog peroksida zahtijeva potpuno razmatranje moguće potrebe za smanjenjem pritiska odzračivanjem rezervoara. Ako rad pogonskog sistema započne u roku od nekoliko dana ili sedmica od trenutka pokretanja, potrebna količina praznih rezervoara može se odmah povećati nekoliko puta. Za takve satelite ima smisla napraviti potpuno metalne rezervoare. Period skladištenja, naravno, uključuje vrijeme predviđeno za operacije prije leta.

Nažalost, formalni propisi o gorivu koji su razvijeni imajući na umu visoko toksične komponente općenito zabranjuju automatske ventilacijske sisteme na opremi za letenje. Često se koriste skupi sistemi za praćenje pritiska. Ideja o povećanju sigurnosti zabranom ventila za odzračivanje suprotna je uobičajenoj zemaljskoj praksi kada se radi sa sistemima fluida pod pritiskom. Ovo pitanje će možda morati da se preispita u zavisnosti od toga koja se lansirna raketa koristi pri lansiranju.

Razgradnja peroksida može se održavati na ili ispod 1% godišnje ako je potrebno. Osim što je kompatibilan s materijalima rezervoara, brzina razgradnje u velikoj mjeri ovisi o temperaturi. Možda je moguće neograničeno čuvati peroksid u svemirskim putovanjima ako se može zamrznuti. Peroksid se ne širi kada se smrzava i ne predstavlja prijetnju ventilima i cijevima, kao što je slučaj s vodom.

Kako se peroksid razgrađuje na površinama, povećanje omjera volumena i površine može produžiti vijek trajanja. Komparativna analiza sa uzorcima od 5 kubnih metara. cm i 300 cc. vidi potvrditi ovaj zaključak. Jedan eksperiment sa 85% peroksida u rezervoaru od 300 cc. vidi, napravljen od PVDF-a, pokazao je stopu razlaganja na 70F (21C) od 0,05% sedmično, ili 2,5% godišnje. Ekstrapolacija na rezervoare od 10 litara daje rezultat od oko 1% godišnje na 20C.

U drugim uporednim eksperimentima korištenjem PVDF ili PVDF premaza na aluminiju, peroksid koji sadrži stabilizatore od 80 ppm razgradio se samo 30% sporije od pročišćenog peroksida. Zapravo je dobra stvar što stabilizatori ne produžavaju mnogo vijek trajanja peroksida u rezervoarima tokom dugih letova. Kao što je prikazano u sljedećem odjeljku, ovi aditivi ometaju upotrebu vodikovog peroksida u motorima.

Razvoj motora

Planirani mikrosatelit u početku zahtijeva ubrzanje od 0,1 g za kontrolu mase od 20 kg, odnosno približno 4,4 lbf [približno 20 N] potiska u vakuumu. Budući da su mnoga svojstva konvencionalnih 5-poundera bila nepotrebna, razvijena je specijalizirana verzija. Brojne publikacije su pregledale katalizatorske jedinice za upotrebu s peroksidom. Maseni protok za takve katalizatore procjenjuje se na oko 250 kg po kvadratnom metru katalizatora u sekundi. Skice motora u obliku zvona koji se koriste na blokovima Mercury i Centaurus pokazuju da je samo oko četvrtina toga zapravo korištena uz napor upravljanja od oko 1 lb [približno 4,5 N]. Za ovu aplikaciju odabran je blok katalizatora prečnika 9/16 "[približno 14 mm]. Maseni protok od oko 100 kg po kvadratu. m u sekundi će dati skoro 5 funti potiska pri specifičnom impulsu od 140 s [približno 1370 m/s].

Katalizator na bazi srebra

Srebrna žičana mreža i posrebrene niklovane ploče su se u prošlosti naširoko koristile za katalizu. Niklova žica kao osnova povećava otpornost na toplinu (za koncentracije preko 90%), a jeftinija je za masovnu upotrebu. Za ove studije odabrano je čisto srebro kako bi se izbjegao proces niklovanja i zato što se meki metal može lako rezati na trake, koje se zatim valjaju u prstenove. Osim toga, problem površinskog trošenja može se izbjeći. Korišćene lako dostupne mreže sa 26 i 40 niti po inču (odnosno 0,012 i 0,009 inča prečnika žice).

Sastav površine i mehanizam rada katalizatora potpuno su nejasni, što proizlazi iz mnogih neobjašnjivih i kontradiktornih izjava u literaturi. Katalitička aktivnost površine čistog srebra može se poboljšati primjenom samarijevog nitrata nakon čega slijedi kalcinacija. Ova supstanca se razlaže u samarijev oksid, ali može oksidirati i srebro. Drugi izvori osim ovoga odnose se na tretman čistog srebra dušičnom kiselinom, koja otapa srebro, ali je i oksidant. Još jednostavnija metoda temelji se na činjenici da čisti srebrni katalizator može povećati svoju aktivnost kada se koristi. Ovo zapažanje je testirano i potvrđeno, što je dovelo do upotrebe katalizatora bez samarij nitrata.

Srebrni oksid (Ag2O) je smeđe-crne boje, dok je srebrni peroksid (Ag2O2) sivo-crne boje. Ove boje su se pojavljivale jedna za drugom, ukazujući da srebro postepeno sve više oksidira. Najtamnija boja je odgovarala najboljim performansama katalizatora. Osim toga, činilo se da je površina sve više i više neujednačena u poređenju sa "svježim" srebrom kada se analizira pod mikroskopom.

Pronađena je jednostavna metoda za testiranje aktivnosti katalizatora. Pojedinačni krugovi srebrne mreže (9/16 "prečnika [približno 14 mm]) su postavljeni na kapljice peroksida na površini čelika. Novokupljena srebrna mreža izazivala je sporo „šištanje. ”Najaktivniji katalizator je više puta (10 puta) izazivao mlaz pare u trajanju od 1 sekunde.

Ova studija ne dokazuje da je oksidirano srebro katalizator, ili da je uočeno tamnjenje uglavnom uzrokovano oksidacijom. Također je vrijedno spomenuti da je poznato da se oba oksida srebra razlažu na relativno niskim temperaturama. Međutim, višak kisika dok motor radi može promijeniti ravnotežu reakcije. Pokušaji da se eksperimentalno utvrdi važnost oksidacije i hrapavosti površine nisu dali jednoznačan rezultat. Pokušaji su uključivali analizu površine pomoću rendgenske fotoelektronske spektroskopije (XPS), također poznate kao hemijska analiza elektronske spektroskopije (ESCA). Također su učinjeni pokušaji da se eliminira vjerojatnost površinske kontaminacije iz svježe kupljenih srebrnih gaza, što bi narušilo katalitičku aktivnost.

Nezavisni testovi su pokazali da ni samarijev nitrat ni njegov čvrsti produkt raspadanja (koji je vjerovatno oksid) ne katalizuju razgradnju peroksida. To bi moglo značiti da tretman samarijum nitratom može djelovati oksidacijom srebra. Međutim, postoji i verzija (bez naučnog opravdanja) da tretman samarijum nitratom sprečava lepljenje mehurića gasovitih produkata raspadanja na površinu katalizatora. V ovo djelo na kraju, razvoj lakih motora smatran je važnijim od rješavanja zagonetki katalize.

Dijagram motora

Tradicionalno, čelična zavarena konstrukcija se koristila za peroksidne motore. Koeficijent veći od čelika termička ekspanzija srebro dovodi do kompresije paketa srebrnog katalizatora pri zagrijavanju, nakon čega nastaju praznine između pakovanja i zidova komore nakon hlađenja. Kako bi se spriječilo da tekući peroksid zaobiđe rešetke katalizatora kroz ove proreze, O-prstenovi se obično koriste između rešetki.

Umjesto toga, dobri rezultati su postignuti u ovom radu korištenjem komora motora od bronze (legura bakra C36000) na tokarskom stroju. Bronza se lako obrađuje, a osim toga, njen koeficijent toplinskog širenja je blizak koeficijentu srebra. Sa temperaturom raspadanja od 85% peroksida, oko 1200F [oko 650C], bronza ima odličnu čvrstoću. Ova relativno niska temperatura takođe omogućava upotrebu aluminijumskog injektora.

Ovaj izbor lako obrađenih materijala i koncentracije peroksida koja se lako postiže u laboratorijskim uslovima čini se prilično uspješnom kombinacijom za izvođenje eksperimenata. Imajte na umu da bi korištenje 100% peroksida rastopilo i katalizator i zidove komore. Dati izbor predstavlja kompromis između cene i efikasnosti. Vrijedi napomenuti da se brončane komore koriste na motorima RD-107 i RD-108, koji se koriste na tako uspješnom nosaču kao što je Soyuz.

Na sl. 3 prikazuje laganu verziju motora koji se pričvršćuje direktno na bazu ventila za tečnost malog uređaja za manevrisanje. Lijevo - 4g aluminijumski injektor sa fluoroelastomernom zaptivkom. Srebrni katalizator od 25 grama je podijeljen tako da se može prikazati iz različitih uglova. Na desnoj strani je ploča od 2 grama koja podržava gazu katalizatora. Ukupna masa dijelova prikazanih na slici je približno 80 grama. Jedan od ovih motora korišćen je za testove kontrole tla istraživačkog vozila od 25 kg. Sistem je radio kako je projektovan, uključujući upotrebu 3,5 kilograma peroksida bez vidljivog gubitka kvaliteta.

150 grama komercijalno dostupan elektromagnetski ventil direktnog djelovanja s provrtom od 1,2 mm i namotajem od 25 oma koji pokreće izvor od 12 volti pokazao je zadovoljavajuće rezultate. Površine ventila u kontaktu sa tekućinom su sastavljene od nerđajućeg čelika, aluminijuma i vitona. Bruto težina je povoljna u poređenju sa preko 600 grama za motor od 3 lb [približno 13H] koji se koristio za održavanje orijentacije pozornice Centaurus do 1984. godine.

Testiranje motora

Motor dizajniran za eksperimente bio je nešto teži od konačnog motora, tako da se, na primjer, mogao osjetiti učinak veće količine katalizatora. Mlaznica je posebno pričvršćena na motor, što je omogućilo dimenzioniranje katalizatora podešavanjem sile zatezanja vijaka. Nešto uzvodno od mlaznice nalazili su se konektori za senzore pritiska i temperature gasa.

Rice. 4 prikazuje postavku spremno za eksperiment. Direktni eksperimenti u laboratorijskim uslovima mogući su zbog upotrebe prilično bezopasnog goriva, niskih vrijednosti potiska, rada u normalnim sobnim uslovima i atmosferski pritisak, te korištenje jednostavnih uređaja. Zaštitni zidovi jedinice su napravljeni od polikarbonatnih listova debljine pola inča [oko 12 mm] koji se montiraju na aluminijumski okvir, u dobroj ventilaciji. Paneli su testirani na silu loma od 365.000 N * s / m ^ 2. Na primjer, fragment od 100 grama, koji se kreće nadzvučnom brzinom od 365 m / s, zaustavit će se ako je površina udarca 1 kvadrat. cm.

Na fotografiji je komora motora orijentirana okomito, odmah ispod dimnjaka. Senzori pritiska na ulazu u injektor i pritisak unutar komore nalaze se na ploči za vaganje, koji mjere potisak. Digitalni indikatori vremena rada i temperature nalaze se izvan zidova jedinice. Otvaranje glavnog ventila uključuje mali niz indikatora. Snimanje podataka se vrši ugradnjom svih indikatora u vidno polje video kamere. Konačna mjerenja vršena su termoosjetljivom kredom, kojom je povučena linija duž dužine katalizne komore. Promjena boje odgovarala je temperaturama preko 800 F [približno 430 C].

Kontejner s koncentriranim peroksidom nalazi se lijevo od vage na posebnom nosaču, tako da promjena mase goriva ne utiče na mjerenje potiska. Koristeći referentne težine, potvrđeno je da je cijev za isporuku peroksida u komoru dovoljno fleksibilna da postigne tačnost mjerenja od 0,01 lbf [približno 0,04 N]. Kontejner za peroksid napravljen je od velike polikarbonatne cijevi i kalibriran tako da se promjena nivoa tečnosti može koristiti za izračunavanje ID-a.

Parametri motora

Eksperimentalni motor je testiran mnogo puta tokom 1997. godine. Rana testiranja koristila su injektor za ograničavanje i malu veličinu grla, sa vrlo niske pritiske... Činilo se da je efikasnost motora u snažnoj korelaciji s aktivnošću korištenog jednoslojnog katalizatora. Nakon što je postignuta pouzdana razgradnja, zabilježen je pritisak u rezervoaru na 300 psig [približno 2,1 MPa]. Svi eksperimenti su sprovedeni sa početnom opremom i temperaturom goriva od 70F [približno 21C].

Inicijalni kratkotrajni start je izveden kako bi se izbjegao "mokri" start, u kojem je bio vidljiv izduv. Tipično, početno puštanje u rad je izvedeno u roku od 5 s pri brzini protoka<50%, но вполне хватало бы и 2 с. Затем шёл основной прогон в течение 5-10 с, достаточных для полного прогрева двигателя. Результаты показывали температуру газа в 1150F , что находится в пределах 50F от теоретического значения. 10-секундные прогоны при постоянных условиях использовались для вычисления УИ. Удельный импульс оказывался равным 100 с , что, вероятно, может быть улучшено при использовании более оптимальной формы сопла, и, особенно, при работе в вакууме.

Dužina srebrnog katalizatora je uspješno smanjena sa konzervativnih 2,5 "[oko 64 mm] na 1,7" [oko 43 mm]. Konačni raspored motora imao je 9 rupa od 1/64 inča [otprilike 0,4 mm] na ravnoj površini injektora. Grlo od 1/8 inča proizvelo je potisak od 3,3 lbf pri pritisku u komori od 220 psig i diferencijalnom tlaku od 255 psig između ventila i grla.

Destilirano gorivo (Tabela 1) dalo je konzistentne rezultate i konzistentna očitavanja pritiska. Nakon ispuštanja 3 kg goriva i 10 pokretanja, tačka 800F je bila na komori 1/4 inča od površine injektora. Istovremeno, za usporedbu, vrijeme rada motora na 80 ppm nečistoća bilo je neprihvatljivo. Fluktuacije pritiska u komori na frekvenciji od 2 Hz dostigle su 10% nakon što je potrošeno samo 0,5 kg goriva. Temperaturna tačka od 800F je preko 1 inča od injektora.

Nekoliko minuta u 10% dušične kiseline dovelo je katalizator u dobro stanje. Unatoč činjenici da je nešto srebra otopljeno zajedno sa kontaminantima, aktivnost katalizatora je bila bolja nego nakon tretmana dušičnom kiselinom novog katalizatora koji još nije korišten.

Treba napomenuti da iako se vrijeme zagrijavanja motora mjeri u sekundama, mogući su znatno kraći impulsi ako je motor već zagrijan. Dinamički odziv tečnog potisnog podsistema mase 5 kg na linearnom presjeku pokazao je vrijeme impulsa kraće od 100 ms, sa odašiljanim impulsom od oko 1 N*s. Konkretno, pomak je bio približno +/- 6 mm na 3 Hz, ograničen kontrolnom brzinom sistema.

Varijante konstrukcije DU

Na sl. 5 prikazuje neke od mogućih šema pogona, iako, naravno, ne sve. Svi krugovi fluida su pogodni za korištenje peroksida, a svaki se može koristiti i za dvokomponentni motor. Gornji red navodi šeme koje se obično koriste na satelitima sa tradicionalnim pogonskim gorivom. Srednji red pokazuje kako se komprimirani plinski sistemi mogu koristiti za zadatke orijentacije. Složeniji rasporedi, koji potencijalno omogućavaju lakšu opremu, prikazani su u donjem redu. Zidovi rezervoara šematski pokazuju različite nivoe pritiska tipične za svaki sistem. Napomenimo i razliku u oznakama za raketne motore na tečno gorivo i pogonske sisteme koji rade na komprimovani gas.

Tradicionalne šeme

Opcija A je korišćena na nekim od najmanjih satelita zbog svoje jednostavnosti i zbog toga što sistemi komprimovanog gasa (ventili mlaznica) mogu biti veoma lagani i mali. Ova opcija je takođe korišćena na velikim svemirskim letelicama, na primer, sistemu kontrole položaja azota stanice Skylab 1970-ih.

Opcija B je najjednostavniji dizajn fluida i mnogo puta je letjela s hidrazinom kao gorivom. Plin koji održava pritisak u rezervoaru obično zauzima četvrtinu rezervoara na početku. Plin se tokom leta postepeno širi, pa se kaže da se pritisak "izduvava". Međutim, pad tlaka smanjuje i potisak i PI. Maksimalni pritisak tečnosti u rezervoaru se javlja tokom pokretanja, što dodaje težinu rezervoarima iz bezbednosnih razloga. Nedavni primjer je aparat Lunar Prospector, koji je imao otprilike 130 kg hidrazina i 25 kg pogonske mase.

Opcija C se široko koristi sa konvencionalnim otrovnim mono i dvokomponentnim gorivima. Za najmanje satelite, mora se dodati pogonski sistem na komprimovani gas kako bi se održala orijentacija, kao što je gore opisano. Na primjer, dodavanje pogonskog sistema na komprimirani plin opciji C dovodi do opcije D. Ovaj tip pogonskog sistema, napajan dušikom i koncentriranim peroksidom, izgrađen je u Laboratoriji Lawrence (LLNL) kako bi se sigurno testirali orijentacijski sistemi prototipnih mikrosatelita pogonjena neotrovnim gorivima....

Održavanje orijentacije s vrućim plinovima

Za najmanje satelite, kako bi se smanjila količina komprimovanog gasa i masa rezervoara, ima smisla napraviti sistem orijentacije koji radi na vrućim gasovima. Na nivou potiska manjem od 1 lbf [približno 4,5 N], postojeći sistemi komprimovanog gasa su za red veličine lakši od jednokomponentnih raketnih motora na tečno gorivo (slika 1). Kontrolom protoka gasa može se dobiti manje impulsa nego kontrolom tečnosti. Međutim, neefikasno je imati komprimirani inertni plin na brodu zbog velike zapremine i mase rezervoara pod pritiskom. Iz ovih razloga, bilo bi poželjno generirati plin kako bi se održala orijentacija iz tekućine kako se veličina satelita smanjuje. Ova opcija još nije korištena u svemiru, ali je opcija E testirana u laboratoriji korištenjem hidrazina, kao što je gore navedeno (3). Nivo minijaturizacije komponenti bio je prilično impresivan.

Da bi se dodatno smanjila težina opreme i pojednostavio sistem skladištenja, poželjno je u potpunosti izbegavati rezervoare za skladištenje gasa. Opcija F je potencijalno interesantna za minijaturne peroksidne sisteme. Ako je prije početka rada potrebno dugotrajno skladištenje goriva u orbiti, sistem se može pokrenuti bez početnog pritiska. U zavisnosti od slobodnog prostora u rezervoarima, veličine rezervoara i njihovog materijala, sistem se može projektovati da bude pod pritiskom u unapred određenom trenutku leta.

Opcija D ima dva nezavisna izvora goriva za manevrisanje i održavanje orijentacije, zbog čega je potrebno posebno prethodno obračunati potrošnju za svaku od ovih funkcija. Sistemi E i F, koji proizvode vrući plin za održavanje orijentacije iz manevarskog goriva, imaju veliku fleksibilnost. Na primjer, neiskorišteno gorivo tokom manevriranja može se iskoristiti za produženje vijeka trajanja satelita koji treba da zadrži svoju orijentaciju.

Ideje za samopunjavanje

Samo složenije opcije u posljednjem redu sl. 5 može bez rezervoara za skladištenje gasa i dalje održavati konstantan pritisak kako se gorivo troši. Mogu se pokrenuti bez početnog pumpanja ili pod niskim pritiskom, što smanjuje težinu rezervoara. Odsustvo komprimiranih plinova i tekućina pod pritiskom smanjuje opasnost od pokretanja. Ovo može rezultirati značajnim smanjenjem troškova do te mjere da se standardna gotova oprema smatra sigurnom za niskotlačne i netoksične komponente. Svi motori u ovim sistemima koriste jedan rezervoar goriva za maksimalnu fleksibilnost.

Opcije G i H mogu se nazvati "toplim gasom pod pritiskom" ili tečnim sistemima "puhaj i pritisni", kao i sistemima "gas iz tečnosti" ili "samopod pritiskom". Kontrolisano punjenje rezervoara istrošenog goriva zahteva mogućnost povećanja pritiska.

Opcija G koristi membranski rezervoar sa deformacijom pritiska tako da je pritisak tečnosti prvo veći od pritiska gasa. To se može postići pomoću diferencijalnog ventila ili elastične membrane koja razdvaja plin i tekućinu. Može se koristiti i ubrzanje, tj. gravitacija u zemaljskim aplikacijama ili centrifugalna sila u rotirajućoj svemirskoj letjelici. Opcija H radi sa bilo kojim rezervoarom. Specijalna pumpa za održavanje pritiska cirkuliše kroz generator gasa i nazad do slobodne zapremine u rezervoaru.

U oba slučaja, regulator tekućine sprječava povratne informacije i proizvoljno visoke pritiske. Za normalan rad sistema potreban je dodatni ventil, povezan serijski sa regulatorom. U budućnosti se može koristiti za kontrolu pritiska u sistemu do pritiska koji je podešen od strane regulatora. Na primjer, manevri promjene orbite će se izvoditi pod punim pritiskom. Smanjeni pritisak će omogućiti precizniju orijentaciju u 3 ose uz uštedu goriva kako bi se produžio životni vijek plovila (vidi Dodatak).

Eksperimenti su izvođeni tokom godina sa pumpama diferencijalne površine i u pumpama i u rezervoarima, a postoji mnogo dokumenata koji opisuju takve dizajne. Godine 1932. Robert H. Goddard i saradnici su napravili pumpu na mašinski pogon za kontrolu tečnog i gasovitog azota. Nekoliko pokušaja je napravljeno između 1950. i 1970. godine, koji su razmatrali opcije G i H za atmosferski let. Ovi pokušaji da se smanji volumen izvedeni su kako bi se smanjio otpor. Ovi radovi su kasnije prekinuti širokim razvojem raketa na čvrsto gorivo. Nedavno je rađeno na sistemima pod pritiskom koji koriste hidrazin i diferencijalne ventile, uz neke inovacije za specifične primjene.

Sistemi za skladištenje tečnog goriva sa samousisavanjem nisu se ozbiljno razmatrali za dugotrajne letove. Nekoliko je tehničkih razloga zašto je za razvoj uspješnog sistema potrebno obezbijediti dobro predvidljiva svojstva potiska tokom cijelog vijeka trajanja pogonskog sistema. Na primjer, katalizator suspendiran u plinu za pojačanje može razgraditi gorivo unutar rezervoara. Odvajanje rezervoara će biti potrebno, kao u opciji G, kako bi se postigla operativnost u letovima koji zahtijevaju dug period odmora nakon početnog manevriranja.

Radni ciklus potiska je također važan za termička razmatranja. Na sl. 5G i 5H, toplota koja se oslobađa tokom reakcije u gasnom generatoru gubi se u okolnim delovima tokom dugog leta uz povremeno aktiviranje pogonskog sistema. Ovo je u skladu sa upotrebom mekih zaptivki za sisteme vrućeg gasa. Metalne brtve pri visokim temperaturama imaju dosta curenja, ali će biti potrebne samo ako je radni ciklus daljinskog upravljača napet. Pitanja o debljini toplotne izolacije i toplotnom kapacitetu komponenti treba razmotriti uz dobro razumevanje očekivane prirode pogonskog sistema tokom leta.

Motori sa pumpom

Na sl. 5J pumpa isporučuje gorivo iz rezervoara niskog pritiska u komoru visokog pritiska motora. Ovaj pristup pruža maksimalnu manevarsku sposobnost i standard je za stepenice lansirnih vozila. I brzina vozila i njegovo ubrzanje mogu biti velike, jer ni motor ni rezervoar za gorivo nisu posebno teški. Pumpa mora biti dizajnirana za vrlo visok omjer energije i mase kako bi opravdala svoju upotrebu.

Iako pirinač. 5J je donekle pojednostavljen, uključen je ovdje da pokaže da je ovo vrlo različita opcija od opcije H. U posljednjem slučaju, pumpa se koristi kao pomoćni mehanizam i zahtjevi za pumpom se razlikuju od motorne pumpe.

Radovi se nastavljaju, uključujući testiranje raketnih motora koji rade na koncentrovanom peroksidu i koriste pumpne jedinice. Moguće je da će lako ponovljivi jeftini testovi motora koji koriste netoksična goriva dovesti do još jednostavnijih i pouzdanijih krugova nego što je to ranije postignuto korištenjem dizana s pumpanim hidrazinom.

Prototip sistema rezervoara pod pritiskom

Iako se nastavlja rad na implementaciji kola H i J na sl. 5, najlakša opcija je G i prva je testirana. Potrebna oprema je nešto drugačija, ali razvoj sličnih tehnologija međusobno pojačava razvojni efekat. Na primjer, temperatura i vijek trajanja fluoroelastomernih zaptivki, fluoriranih masti i aluminijskih legura su relevantni za sva tri koncepta sistema.

Rice. 6 prikazuje jeftinu testnu opremu koja koristi pumpu diferencijalnog ventila napravljenu od komada aluminijumske cevi prečnika 3 "[oko 75 mm] sa debljinom zida od 0,065" [oko 1,7 mm], stegnutih na krajevima između O-prstenova. Ovdje nema zavarivanja, što olakšava provjeru sistema nakon testiranja, promjenu konfiguracije sistema i smanjenje troškova.

Ovaj sistem koncentriranog peroksida pod pritiskom testiran je korištenjem komercijalno dostupnih solenoidnih ventila i jeftinih alata, baš kao i dizajn motora. Približan dijagram sistema prikazan je na Sl. 7. Pored termoelementa uronjenog u gas, izmjerena je i temperatura na rezervoaru i plinskom generatoru.

Rezervoar je projektovan tako da je pritisak tečnosti u njemu nešto veći od pritiska gasa (???). Brojna lansiranja su izvedena korištenjem početnog tlaka zraka od 30 psig [približno 200 kPa]. Kada se kontrolni ventil otvori, protok kroz gasifikator dovodi paru i kiseonik u kanal za održavanje pritiska u rezervoaru. Prvi red pozitivne povratne sprege iz sistema rezultira eksponencijalnim povećanjem pritiska sve dok se regulator fluida ne zatvori kada dostigne 300 psi [približno 2 MPa].

Osetljivost ulaznog pritiska je neprihvatljiva za regulatore pritiska gasa koji se trenutno koriste na satelitima (Slike 5A i C). U sistemu fluida pod pritiskom, ulazni pritisak regulatora ostaje u uskom opsegu. Time se izbjegavaju mnoge složenosti svojstvene konvencionalnim dizajnima regulatora koji se koriste u zrakoplovnoj industriji. Regulator od 60 grama ima samo 4 pokretna dijela, ne računajući opruge, brtve i zavrtnje. Regulator ima fleksibilnu zaptivku za zatvaranje pod pritiskom. Ovaj jednostavan osnosimetričan dizajn je dovoljan jer se pritisak ne mora održavati u određenim granicama na ulazu u regulator.

Gasifikator je također pojednostavljen zbog niskih zahtjeva za cjelokupni sistem. S razlikom tlaka od 10 psi, protok goriva je dovoljno mali da omogući korištenje najjednostavnijih konfiguracija injektora. Osim toga, odsustvo sigurnosnog ventila na ulazu u generator plina rezultira samo malim vibracijama reda veličine 1 Hz u reakciji raspadanja. Shodno tome, relativno mali povratni tok tokom pokretanja sistema zagrijava regulator na ne više od 100F.

Početni testovi nisu koristili regulator; pokazalo se da se pritisak u sistemu može održavati na bilo kom pritisku u opsegu od dozvoljenog trenja zaptivke do sigurnosnog graničnika pritiska u sistemu. Ova fleksibilnost sistema može se koristiti za smanjenje potrebnog potiska sistema za kontrolu položaja tokom većeg dijela života satelita, iz gore navedenih razloga.

Jedno zapažanje koje se čini očiglednim kasnije je da se rezervoar više zagreva ako sistem doživi niskofrekventne fluktuacije pritiska kada radi bez regulatora. Sigurnosni ventil na ulazu u rezervoar, gde se dovodi komprimovani gas, mogao bi eliminisati dodatni protok toplote koji nastaje usled fluktuacija pritiska. Ovaj ventil bi također spriječio rezervoar od stvaranja pritiska, ali to nije nužno važno.

Iako se aluminijski dijelovi tope na temperaturi raspadanja od 85% peroksida, temperatura lagano pada zbog gubitka topline i isprekidanog protoka plina. Rezervoar prikazan na fotografiji imao je temperaturu značajno ispod 200F tokom testova držanja pritiska. Istovremeno, temperatura izlaznog gasa je premašila 400F tokom prilično energičnih prebacivanja ventila toplog gasa.

Temperatura izlaznog gasa je važna jer ukazuje da voda ostaje u stanju pregrejane pare unutar sistema. Opseg od 400F do 600F izgleda idealno jer je dovoljno hladan za jeftinu laku opremu (aluminij i meke zaptivke) i dovoljno topao da uhvati značajan dio energije goriva koja se koristi za održavanje orijentacije s mlaznicama plina. Tokom perioda rada pod sniženim pritiskom, dodatna prednost je što se temperatura održava na minimumu. također se smanjuje potreba za izbjegavanjem kondenzacije vlage.

Da bi radili što je duže moguće u dozvoljenom temperaturnom rasponu, parametri kao što su debljina toplinske izolacije i ukupni toplinski kapacitet konstrukcije moraju se prilagoditi specifičnom potisnom profilu. Kao što se očekivalo, u rezervoaru je nakon testiranja pronađena kondenzovana voda, ali ova neiskorišćena masa predstavlja mali deo ukupne mase goriva. Čak i ako se sva voda iz struje plina koja se koristi za orijentaciju vozila kondenzira, i dalje će 40% mase goriva biti plinovito (za 85% peroksida). Čak se i ova opcija pokazala boljom od upotrebe komprimovanog azota, jer je voda lakša od skupog modernog rezervoara za azot.

Oprema za testiranje prikazana na sl. 6 je očigledno daleko od toga da se nazove kompletnim vučnim sistemom. Motori s tekućinom približno istog tipa kao što je opisano u ovom članku mogu se, na primjer, priključiti na izlaz iz rezervoara, kao što je prikazano na sl. 5G.

Planovi za povećanje pumpe

Za testiranje koncepta prikazanog na sl. 5H, razvija se pouzdana benzinska pumpa. Za razliku od rezervoara za diferencijalni pritisak, pumpa se mora puniti više puta tokom rada. To znači da će biti potrebni ventili za rasterećenje tekućine, kao i automatski plinski ventili za ispuštanje plina na kraju hoda i ponovnog pritiska.

Planirano je da se umjesto minimalno potrebne jedne komore koristi par pumpnih komora koje rade naizmjenično. Ovo će osigurati kontinuirani rad orijentacijskog podsistema na toplom plinu pri konstantnom pritisku. Izazov je biti u stanju uskladiti rezervoar za smanjenje težine sistema. Pumpa će raditi na dijelu plina iz gasifikatora.

Diskusija

Nedostatak odgovarajućih opcija daljinskog upravljanja za male satelite nije novost, a razmatra se nekoliko opcija za rješavanje ovog problema (20). Bolje razumijevanje problema daljinskog upravljanja među korisnicima sistema pomoći će boljem rješavanju ovog problema, a bolje razumijevanje problema sa satelitskim daljinskim upravljanjem zrelo je za dizajnere motora.

Ovaj članak istraživao je mogućnosti korištenja vodikovog peroksida korištenjem jeftinih materijala i tehnika koje se mogu primijeniti u malom obimu. Dobijeni rezultati mogu se primijeniti i na dizel gorivo na bazi jednokomponentnog hidrazina, kao iu slučajevima kada peroksid može poslužiti kao oksidant u netoksičnim dvokomponentnim kombinacijama. Posljednja opcija uključuje samozapaljiva alkoholna goriva opisana u (6), kao i tekuće i čvrste ugljovodonike, koji se zapale u kontaktu s vrućim kisikom koji nastaje razgradnjom koncentriranog peroksida.

Relativno jednostavna peroksidna tehnologija opisana u ovom članku može se direktno koristiti u eksperimentalnim svemirskim letjelicama i drugim malim satelitima. Prije samo jedne generacije, niske Zemljine orbite, pa čak i duboki svemir, istraženi su praktično novim i eksperimentalnim tehnologijama. Na primjer, sistem za slijetanje Lunar Surveyora uključivao je brojne meke pakete koji se danas mogu smatrati neprihvatljivim, ali su bili sasvim adekvatni za postavljene zadatke. Trenutno su mnogi naučni instrumenti i elektronika veoma minijaturizovani, ali tehnologija daljinskog upravljanja ne zadovoljava potrebe malih satelita ili malih sondi za sletanje na Mjesec.

Ideja je da se prilagođena oprema može dizajnirati za specifične primjene. Ovo je, naravno, u suprotnosti sa idejom o "naslijeđenju" tehnologije, koja obično prevladava pri odabiru satelitskih podsistema. Osnova za ovo mišljenje je pretpostavka da detalji procesa nisu dobro shvaćeni za razvoj i pokretanje potpuno novih sistema. Ovaj članak je potaknut mišljenjem da će mogućnost čestih niskobudžetnih eksperimenata pružiti potrebna znanja projektantima malih satelita. Uz razumijevanje i potreba satelita i mogućnosti tehnologije dolazi i potencijalno smanjenje nepotrebnih zahtjeva sistema.

Priznanja

Mnogi ljudi su pomogli da se autor upozna sa raketnom tehnologijom baziranom na vodikovom peroksidu. Među njima su Fred Aldridge, Kevin Bolinger, Mitchell Clapp, Tony Friona, George Garboden, Ron Humble, Jordin Caret, Andrew Cubica, Tim Lawrence, Martin Mintorn, Malcolm Paul, Jeff Robinson, John Rusek, Jerry Sanders, Jerry Selura.

Istraživanje je bilo dio programa Clementine II i programa mikrosatelitske tehnologije Laboratorije Lawrence, uz podršku istraživačke laboratorije Vazduhoplovstva Sjedinjenih Država. Ovaj rad je koristio sredstva američke vlade i obavljen je u Lawrence National Laboratory u Livermoreu, Univerzitet u Kaliforniji prema ugovoru W-7405-Eng-48 sa Ministarstvom energetike SAD-a.

Plinski plamenik je poseban uređaj koji osigurava ravnomjerno sagorijevanje plina i omogućava vam regulaciju dovoda goriva. Često si ne može svaka osoba priuštiti takav uređaj, ali plinski plamenik "uradi sam" od otpadnog materijala bit će ekonomična i praktična alternativa tvorničkim kolegama.

Glavne komponente za proizvodnju plinskih plamenika velike snage su industrijski ventili. Mogu biti novi, međutim, za domaći uređaj, dovoljno je koristiti rabljene u nedostatku curenja plina. Dizajnirani su za rad u tandemu sa cilindrom za propan od 50 litara sa ugaonim ventilom i reduktorom.

Plamenik sa ventilom VK-74

Uređaj ovog gorionika je prikazan na sl. 1. Za osnovu je usvojen ventil boce kiseonika VK-74.Na izlaznom kraju se ugrađuje ručica za ugradnju okrenuta na strug, na čiji je valoviti deo spojeno crevo iz cilindra. Na dijelu ventila sa konusnim navojem K3 / 4˝, kojim je spojen na plinski cilindar, uvrnut je poklopac sa pripremljenom rupom sa navojem za mlaz. Možete koristiti gotovu verziju plamenika ili plinske peći.

Mlaznica je napravljena od komada čelične cijevi dužine 1/4˝ 100 mm i zavarena na poklopac na dva komada žice ∅ 5 mm. Ostavite razmak od 15 mm između poklopca i mlaznice kako bi zrak ušao u zonu sagorijevanja. Savijanjem držača žice, podesite položaj mlaznice da centrira plamen.

Redoslijed radnji za paljenje gorionika:

1. Otvorite ventil cilindra;
2. Donesite upaljenu šibicu do mlaznice i polako otvorite ventil gorionika;
3. Kontrolno paljenje plina;
4. Regulirajte plamen ventilom gorionika

Između ostalog! Najviša temperatura plamena je na kraju plavo-zelenog dijela baklje.

Domaći plinski plamenik ovog dizajna ima jedan nedostatak povezan s posebnošću lokacije ventila. Protok plina je usmjeren u smjeru suprotnom od normalnog položaja. Brtve kutije za punjenje imaju konstantan pritisak plina (uključujući i zatvoreni ventil), stoga je potrebno stalno pratiti nepropusnost brtvi.

Pažnja! Ventil VK-74 treba koristiti samo pri podešavanju plamena. Isključite dovod plina samo do cilindra

Plamenik pretvoren iz acetilenskog plinskog rezača

Ako imate acetilensku lampu s neispravnom slavinom za dovod kisika, nemojte žuriti da je bacite. Pogodan je i za izradu gorionika (sl. 2.). Komora za miješanje zahtijeva izmjene, čiji se sadržaj mora ukloniti kako bi se smanjila težina. Bačvu sa kiseonikom i slavinu treba ukloniti. Dobivenu rupu zalemite tvrdim lemom. Spojite crijevo od reduktora plinske boce na lijevi navoj M16 × 1,5.

Upotrijebite spojnu maticu za pričvršćivanje domaćeg vrha savijenog na 45 ° na komoru za miješanje, tako da je praktičnije raditi s plamenikom. Na navoj vrha zašrafite prirubnicu sa zavarenom mlaznicom.

Jedna od varijanti takvog plamenika je upotreba poklopca s navojem M22 × 1,5. Dizajn mlaznice ovdje je sličan dizajnu gore opisanog plamenika. Domaći plinski gorionik je spreman za rad.

Mini plinski gorionik

Mini plinski gorionici su pogodniji za rad sa malim dijelovima. Mini gorionik je baziran na igli za naduvavanje kuglica. U njemu je potrebno napraviti rez, malo dalje od sredine igle.Neke igle već imaju sličnu rupu, što značajno ubrzava proces rada. Zatim morate uzeti iglu šprica i saviti je oko 45 stepeni u sredini.

Dizajn mini plinskog plamenika

Zašiljeni kraj igle šprica najbolje je naoštriti kako bi ostao ravno. Nakon toga se mora umetnuti u iglu kuglice tako da jedan kraj viri kroz rupu, a drugi nekoliko mm viri iz velike igle. Dobivenu mini strukturu treba fiksirati lemljenjem. Nakon toga, kapaljke se moraju pričvrstiti na osnove dvije igle. Obujmice - Regulatore kapaljke treba pomaknuti što bliže iglama. U rezultirajućem plameniku oni će djelovati kao regulatori dovoda plina i zraka. Također ih je potrebno spojiti zajedno, a to je najbolje učiniti toplinskim pištoljem. Ostaje samo spojiti izvor komprimiranog plina na gotov uređaj, gorionik je spreman za upotrebu. Takav domaći plinski plamenik može zagrijati predmete do 1000 stepeni. S njim treba raditi pažljivo, poštujući sigurnosne mjere.

Infracrveni grijač

Upotreba domaćih plinskih plamenika može dovesti do ideje o stvaranju infracrvenog grijača vlastitim rukama. Ovi grijači su dizajnirani za grijanje domova ili garaža, suočeni sa sve većim cijenama plina. Najlakši način da se zagrijete je da koristite običnu foliju za hranu. Mora biti pričvršćen na zid iza baterije. Toplotni tokovi će se reflektovati od aluminijumske površine u prostoriju, što neće dozvoliti da toplota izlazi kroz zidove.

U složenijoj verziji možete koristiti spiralu. Da biste to učinili, morate kupiti spiralu sa žarnom niti i infracrveni priključak u trgovini. Prilično je jednostavno napraviti takav uređaj: spiralu je potrebno položiti u metalni blok koji je spojen na električnu mrežu. Infracrveni port je povezan na rezultirajuću strukturu. Ovaj uređaj radi na osnovu sposobnosti porta da distribuira termičke informacije primljene od vruće spirale u prostoriju.

Za garaže ili druge male nestambene prostore najprikladniji je grijač na bazi male limene kutije i grafitnog pijeska. Takav uređaj je prilično kompaktan, ne zahtijeva puno prostora, a istovremeno se savršeno nosi sa zadacima koji su mu dodijeljeni. Prije početka rada, spremnik se mora temeljito isprati i osušiti. Može biti bilo kojeg promjera i veličine, važno je da u potpunosti odgovara vašim idejama o tome kakav bi trebao biti budući grijač.

Grafit se mora jedan prema jedan pomiješati sa finim pijeskom i kutija mora biti napunjena do pola. Iz lima treba izrezati krug promjera pogodnog za željeznu posudu i pričvrstiti olovnu žicu na njegove rubove. Ova konstrukcija mora biti položena na mješavinu pijeska i granita, nakon čega je prekrivena preostalom smjesom. Zatim se spremnik mora čvrsto zatvoriti poklopcem kako bi se umjetno stvorio pritisak unutar njega. Druga žica kućišta kontejnera povezana je sa akumulatorom automobila.

Možete podesiti temperaturu grijanja takvog uređaja pomoću poklopca. Čvršće zavrtnje će limenu kutiju učiniti toplijom. Sa manje, izgubiće toplotu. Važno je da se takav grijač ne pregrije. U takvim slučajevima, kutija će početi da sija crvenim ili narandžastim sjajem. Prilikom pregrijavanja dolazi do procesa sinteriranja pijeska, što dovodi do gubitka efikasnosti u radu domaćeg plinskog plamenika. Da biste ga vratili, protresite uređaj iznutra.

Plinski infracrveni grijač je skuplji u pogledu materijala, jer zahtijeva kupovinu malog infracrveni keramički jastučić za grijanje. Najbolje je da ne kupujete veliki uređaj, jer će se "napajati" iz malog rezervoara za propan od 1 litara. Osim toga, potreban vam je plamenik - mlaznica sa posebnom slavinom. Prije svega, morate se riješiti svih mlaznica plamenika, ostavljajući samo cijev i ventil. Na cijev se stavlja crijevo koje bi trebalo biti nešto više od pola metra. Na ovaj uređaj je povezana plinska boca. Vrlo je važno da istovremeno bude u vertikalnom položaju, jer se plin kreće prema gore, a ne horizontalno. Takav grijač radi dva sata na običnoj boci od 200 grama.

Ribari često koriste sličnu spravu kada zimu pecaju u šatoru. Zaliha plinskih boca omogućava vam da udobno prenoćite na ledu. Osim toga, ovaj dizajn je siguran, u njemu nema otvorenog plamena koji može naštetiti. Potrebno je 10 minuta da se keramička pločica potpuno zagrije, nakon čega počinje aktivno zračiti toplinu, zagrijavajući zrak oko sebe.

Kako napraviti plinski gorionik vlastitim rukama? Ili grijač? Veoma jednostavno! Glavna stvar je poznavati unutrašnju strukturu ovih uređaja kako biste imali ideju o njegovom radu. Nakon toga, izrada domaće strukture neće biti teška. Glavna stvar je ne zaboraviti na poštivanje sigurnosnih mjera pri radu s otvorenom vatrom ili njenim izvorima.