Næsten hver mand havde et behov for at lodde metal derhjemme. Selve processen er nem. Den eneste hindring er, at udstyret til denne proces ikke altid er tilgængeligt. hjemmemester. gasflaske der er, men der er ingen speciel brænder til dette. Lad os prøve at undvære autogen og lave en simpel brænder til lodning. Det skal bemærkes med det samme, at det ikke vil give den samme kraftige flammestrøm som sin industrielle pendant. Det betyder, at du ikke vil være i stand til at svejse tunge strukturer. Men at lodde simple produkter eller reparere små metalstrukturer du vil være i stand til.

En gasbrænder til lodning og reparation af små metalstrukturer er nyttig i enhver husholdning.

Nødvendige materialer og værktøjer

For at lave en brænder skal du bruge:

• messing rør;
• messingemner til fremstilling af en skillevæg og dyse;
• plader af evt varmebestandigt materiale(du kan bruge træstænger);
• skruestik;
• elektrisk bor;
• tætning FUM tape (eller silikone);
• gas reduktion;
• tilslutningsslanger.

Tilbage til indekset

Hvordan laver man en pen og en dyse?

Designet af en hjemmelavet gasbrænder og tilslutningsdiagrammet til cylinderen.

Først skal et håndtag fastgøres til messingrøret. Til dette bruger de normalt enten et håndtag fra en gammel loddekolbe, eller i en almindelig træklods der bores et langsgående hul med en diameter svarende til diameteren af ​​selve messingrøret. Dernæst fastgøres håndtaget til røret med epoxyharpiks eller silikone. Det er givet en formular, der er praktisk for dig.

Særligt omhyggeligt er det nødvendigt at nærme sig fremstillingen af ​​dysen. Det er ønskeligt, at dyseåbningen er ca. 0,1 mm. Det er umuligt at bore et sådant hul derhjemme, så et bredere er lavet, og dets kanter præges til nødvendige størrelser. Dette arbejde er meget præcist, så det vil tage dig meget tid. For pålideligheden af ​​alle handlinger er emnet fastgjort i en skruestik og slået med en hammer lodret med et lille "træk" til midten.

Hele proceduren udføres i en cirkel for at undgå afvigelse af gasforsyningsretningen i fremtiden. Efter prægning bearbejdes dysehovedet med fin sandpapir. På den modsatte side dyser er gevind for tilslutning til indløbsrøret. Lodning bruges ofte til at forbinde dyse og rør. Bemærk, at dette er langt fra Den bedste måde tilslutninger: om nødvendigt vil det være meget vanskeligt at reparere eller udskifte dysen.

Tilbage til indekset

Hvordan forbedrer man flammereguleringen?

Generelt kan den beskrevne version af fremstillingen af ​​brænderen betragtes som allerede afsluttet: din enhed vil fungere, du skal bare forbinde alt sammen, åbne gascylinderhanen og tænde gassen. Men så vil nogle besvær gå videre, da det kun vil være muligt at regulere gasstrømmen med en gasflaskeventil, og maksimal effekt du får ikke flammen. Brænderen skal være udstyret med kran og skillevæg. Ventilen kan monteres både på selve brænderen og på indløbsrøret. Det er mere praktisk, når det er i umiddelbar nærhed af håndtaget (2-4 cm højere). Kranen kan bruges fra en gammel autogenbrænder eller en anden analog. Det er bedre at fastgøre det permanent på røret gevindforbindelse, tætning med FUM tape.

Skillevæggen er lavet af messing. Den bedste mulighed- Dette er et cylindrisk emne med et hul til tilførselsrøret og parallelle huller med mindre diameter. Et sådant emne er fastgjort til røret på en sådan måde, at dets kanter rager 2-3 mm frem fra kanten af ​​dysen. Sådan en lille enhed vil gøre to ting: den vil beskytte flammen mod sidevind og give den iltstrøm, der er nødvendig for at opretholde en stabil flamme.

Tilbage til indekset

Hvordan forenkles skillevæggen?

For at udstyre skillevæggen er det ikke nødvendigt at lave en sådan kompleks struktur. Et messingrør med en diameter på flere større diameter tilførselsrør. En sådan spids skal fastgøres på røret parallelt med det. Luftstrømmen vil blive tilvejebragt på grund af det faktum, at gassen, der forlader dysen, vil skabe en zone reduceret tryk henholdsvis vil luftstrømmen uafhængigt rushe ind i dette område.

Funktionsprincippet vil være det samme som for en konventionel turistkomfur. Forskellen på et hjemmelavet komfur og et primusfyr er, at det er meget mindre og bruger gas i stedet for benzin som brændstof. Og gasbrænderen kræver ikke oprettelse af overtryk inde i gasbeholderen, da den allerede er til stede.

En hjemmelavet brænder er fuldstændig uhøjtidelig for gassens sammensætning: den virker både på ren propan og på en propan-butanblanding. Forskellen vil kun kunne mærkes i opvarmningshastigheden af ​​materialet i loddeperioden. Men selv dette øjeblik kan udjævnes ved at justere gasforsyningen.

I et hjemmeværksted eller garage er der ofte behov for at bruge en gasbrænder. Ansøgningen om det er den bredeste - fra lodning til tagreparation. For ikke at nævne behovet for at opvarme metaldelen til forarbejdning.

Ved låsesmedarbejde på metal kan en gasbrænder opvarme emnet med henblik på efterfølgende hærdning. Hvis du er engageret i elektrisk svejsning, når du arbejder med nogle metaller, er det nødvendigt at opvarme stedet for den fremtidige søm.

Værktøjsforretninger sælger en række forskellige værktøjer til sikkert arbejde med ild. En propanbrænder kan være af enhver størrelse og enhver konfiguration. Værdi fra kuglepen til smykkelodning.

Eller m Dyseskinne til bitumenvarme på taget:

Fordelen ved industrielle muligheder er sikkerhedscertifikatet. Der er dog ikke noget i designet, der ikke kan gentages derhjemme. Da ethvert produkt i butikken koster mange penge, vil vi fortælle dig, hvordan du laver gasbrænder med dine egne hænder.

Vigtig! Hjemmelavet inventar for arbejde med brand medføre en potentiel fare. Derfor drives en propanbrænder fremstillet uden teknisk ekspertise på egen risiko og risiko.

Tegninger og trin-for-trin instruktioner til fremstilling af en brænder

Lad os se nærmere på de nuancer, du skal være opmærksom på, når du laver en brænder.

• Først og fremmest er det nødvendigt at bruge ildfaste metaller. En korrekt justeret brænder kan producere op til 1000 ° C, så dysen skal passe til flammens temperatur;
• Det er vigtigt at vælge en pålidelig arbejdskran. Hvis noget går galt, lukkes gasforsyningen først og fremmest, og faren er elimineret. Hvis hanen springer, vil du ikke hurtigt kunne slukke flammen;
• Tilslutningsenhed til gaskilden (beholder med ventil eller 5 liter propan tank med gearkasse) skal være pålidelig. Det er under drift af dårlig kvalitet stopventiler de fleste ulykker sker.

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

Resumé. Efterhånden som størrelsen af ​​de udviklede satellitter falder, bliver det mere og mere vanskeligt at vælge fremdriftssystemer (PS) til dem, der giver de nødvendige parametre for kontrollerbarhed og manøvredygtighed. De mindste satellitter bruger nu traditionelt komprimeret gas. For at øge effektiviteten og samtidig reducere omkostningerne sammenlignet med hydrazin PS, foreslås det at bruge hydrogenperoxid. Minimal toksicitet og de små påkrævede dimensioner af opsætningen gør det muligt at udføre flere tests under praktiske laboratorieforhold. Præstationer i retning af at skabe billige motorer og tanke til selvopladning af brændstof er beskrevet.

Introduktion

Klassisk fjernbetjeningsteknologi er nået højt niveau og fortsætter med at udvikle sig. Det kan fuldt ud opfylde behovene rumfartøj vejer hundreder og tusinder af kilo. Systemer sendt i flyvning bliver nogle gange ikke engang testet. Det viser sig at være ganske tilstrækkeligt at bruge velkendte konceptuelle løsninger og at vælge enheder testet under flyvning. Desværre er sådanne noder normalt for store og tunge til brug i små satellitter, der vejer titusinder af kilo. Som følge heraf måtte sidstnævnte hovedsageligt stole på komprimerede nitrogenmotorer. Komprimeret nitrogen giver en IR på kun 50-70 s [ca. 500-700 m/s], kræver tunge tanke og har en lav densitet (for eksempel omkring 400 kg/m3 ved et tryk på 5000 psi [ca. 35 MPa]) . En væsentlig forskel i pris og egenskaber af PS på komprimeret nitrogen og på hydrazin tvinger os til at lede efter mellemløsninger.

PÅ de sidste år Der har været en genopblussen af ​​interesse for at bruge koncentreret hydrogenperoxid som drivmiddel til motorer af alle størrelser. Peroxid er mest attraktivt, når det bruges i nye udviklinger, hvor tidligere teknologier ikke kan konkurrere direkte. Sådanne udviklinger er blot satellitter, der vejer 5-50 kg. Som enkeltkomponentbrændstof har peroxid en høj densitet (>1300 kg/m3) og en specifik impuls (SI) i et vakuum på omkring 150 s [ca. 1500 m/s]. Selvom dette er væsentligt mindre end SI for hydrazin, ved ca. 230 s [ca. 2300 m/s], er alkohol eller kulbrinte kombineret med peroxid i stand til at hæve SI til intervallet 250-300 s [ca. 2500 til 3000 m/ s].

Prisen er her en vigtig faktor, da det kun giver mening at bruge peroxid, hvis det er billigere end at bygge mindre versioner af den klassiske fjernbetjeningsteknologi. Omkostningsreduktionen er meget sandsynlig, da arbejdet med giftige komponenter øger omkostningerne ved at udvikle, teste og køre systemet. For eksempel at teste raketmotorer der er kun få bevoksninger på giftige bestanddele, og deres antal er gradvist faldende. I modsætning hertil kan mikrosatellitudviklere selv udvikle deres egen peroxidteknologi. Brændstofsikkerhedsargumentet er især vigtigt, når man beskæftiger sig med under-undersøgte systemer. Det er meget nemmere at lave sådanne systemer, hvis det er muligt at udføre hyppige lavpristests. Samtidig bør ulykker og spild af raketbrændstofkomponenter betragtes som en selvfølge, ligesom for eksempel en nødstop. computerprogram mens du fikser det. Når man arbejder med giftige brændstoffer, er arbejdsmetoder, der foretrækker evolutionære, gradvise ændringer derfor standard. Det er muligt, at anvendelsen af ​​mindre giftige brændstoffer i mikrosatellitter vil drage fordel af store designændringer.

Det arbejde, der er beskrevet nedenfor, er en del af et større forskningsprogram for at udforske nye rumteknologier til anvendelser i mindre skala. Tests er gennemførte prototyper af mikrosatellitter (1). Relaterede emner af interesse inkluderer små pumpede LRE'er til missioner til Mars, Månen og tilbage ved lav finansielle omkostninger. Sådanne muligheder kan være meget nyttige til at sende små forskningskøretøjer på afgangsbaner. Formålet med denne artikel er at skabe en fjernbetjeningsteknologi, der bruger hydrogenperoxid og ikke kræver dyre materialer eller udviklingsmetoder. Effektivitetskriteriet i dette tilfælde er en betydelig overlegenhed i forhold til PS'ens muligheder for komprimeret nitrogen. Omhyggelig analyse af mikrosatellitbehov hjælper med at undgå unødvendige systemkrav, der driver systemomkostningerne op.

Krav til fremdriftsteknologi

I en ideel verden bør fjernbetjeningen af ​​en satellit vælges på nogenlunde samme måde som computerudstyr i dag. Fjernbetjening har dog egenskaber, som intet andet satellitundersystem har. For eksempel er drivmiddel ofte den mest massive del af en satellit, og udtømning af det kan ændre køretøjets massecenter. De trykvektorer, der skal ændre satellittens hastighed, skal naturligvis passere gennem massecentret. Selvom problemer relateret til varmeoverførsel er vigtige for alle satellitkomponenter, er de særligt komplekse for fremdrift. Motoren skaber satellittens hotteste steder, og samtidig har brændstoffet ofte en snævrere temperaturtolerance end andre komponenter. Alle disse grunde fører til, at manøvreringsopgaver alvorligt påvirker hele satellitprojektet.

Hvis for elektroniske systemer Normalt anses egenskaberne for givne, men for fjernbetjeningen er det slet ikke tilfældet. Dette inkluderer evnen til at lagre i kredsløb, pludselig til og fra, evnen til at modstå vilkårligt lange perioder med inaktivitet. Fra motoringeniørens synspunkt indeholder opgavedefinitionen en tidsplan, der viser, hvornår og hvor længe hver motor skal køre. Disse oplysninger kan være minimale, men de reducerer alligevel teknisk kompleksitet og omkostninger. For eksempel kan en fjernbetjening testes med relativt billigt udstyr, hvis det ikke er vigtigt for flyrejsen at holde fjernbetjeningens tid med en nøjagtighed på millisekunder.

Andre forhold, der normalt fordyrer systemet, kan for eksempel være behovet præcis forudsigelse fremdrift og specifik impuls. Traditionelt har denne information gjort det muligt at anvende præcist beregnede hastighedskorrektioner med forudbestemte fremdriftstider. I betragtning af det nyeste inden for sensorer og de tilgængelige beregningsmuligheder ombord på satellitten, giver det mening at udføre accelerationsintegration, indtil den ønskede hastighedsændring er nået. Forenklede krav gør det muligt at reducere omkostningerne ved individuelle udviklinger. Præcis justering af tryk og flow samt dyre tests i et vakuumkammer undgås. De termiske forhold ved vakuumet skal dog stadig tages i betragtning.

Den enkleste fremdriftsmanøvre er at tænde for motoren én gang, på et tidligt tidspunkt i satellitdrift. I dette tilfælde begyndelsesbetingelser og fjernbetjeningens opvarmningstid har mindst indflydelse. Detekterbare brændstoflækager før og efter manøvren vil ikke påvirke resultatet. Et så simpelt scenarie kan være svært af en anden grund, såsom den store hastighedsforøgelse, der kræves. Hvis den nødvendige acceleration er høj, bliver størrelsen af ​​motoren og dens masse endnu vigtigere.

Mest udfordrende opgaver Fjernbetjeningsdrift er titusindvis eller mere af korte impulser adskilt af timer eller minutter med inaktivitet over mange år. Transienter i begyndelsen og slutningen af ​​pulsen, varmetab i apparatet, brændstoflækage - alt dette skal minimeres eller elimineres. Denne type tryk er typisk for problemet med 3-akset stabilisering.

Opgaven med mellemliggende kompleksitet kan betragtes som periodisk tænding af fjernbetjeningen. Eksempler er ændringer i kredsløb, kompensation for atmosfæriske tab eller periodiske ændringer i orienteringen af ​​en spin-stabiliseret satellit. Denne funktionsmåde findes også i satellitter, der har inerti-svinghjul, eller som er stabiliseret af et gravitationsfelt. Sådanne flyvninger omfatter normalt korte perioder med høj PS-aktivitet. Dette er vigtigt, fordi varme brændselskomponenter vil miste mindre energi i disse aktivitetsperioder. I dette tilfælde kan der bruges enklere enheder end til langsigtet attitudekontrol, så sådanne flyvninger er gode kandidater til at bruge billig flydende fremdrift.

Krav til den udviklede motor

Det lave trykniveau, der er egnet til re-kredsløbsmanøvrer for små satellitter, er nogenlunde lig med det, der bruges på store rumfartøjer til at opretholde holdning og kredsløb. Imidlertid er eksisterende flytestede lavtryksmotorer som regel designet til at løse det andet problem. Yderligere komponenter såsom et elektrisk varmelegeme, der varmer systemet op før brug, samt termisk isolering, giver dig mulighed for at opnå en høj gennemsnitlig specifik impuls under adskillige korte motorstarter. Udstyrets dimensioner og vægt er stigende, hvilket kan være acceptabelt for store enheder, men ikke egnet til små. Den relative masse af fremdriftssystemet er endnu mindre fordelagtig for elektriske raketmotorer. Bue og ion thrustere har meget lidt tryk i forhold til massen af ​​thrusterne.

Levetidskrav begrænser også den tilladte vægt og dimensioner af fremdriftssystemet. For eksempel, i tilfælde af et enkelt-komponent brændstof, kan tilsætning af en katalysator øge levetiden. Holdningskontrolmotoren kan fungere i i alt flere timer i hele dens levetid. En satellits tanke kan dog tømmes på få minutter, hvis en stor nok ændring i kredsløb er nødvendig. For at forhindre utætheder og for at sikre, at ventilen lukker tæt, selv efter mange starter, placeres flere ventiler på række i ledningerne. Yderligere porte er muligvis ikke berettigede for små satellitter.

Ris. 1 viser, at væskefremdrift ikke altid kan nedskaleres forholdsmæssigt til brug for små fremdrivningsanlæg. Store motorer løfter typisk 10 til 30 gange deres vægt, og dette tal stiger til 100 for pumpede boostermotorer. De mindste flydende motorer kan dog ikke engang løfte deres egen vægt.

Satellit-thrustere er svære at lave små.

Selvom den lille eksisterende thruster er let nok til at fungere som den primære manøvreringsthruster for en mikrosatellit, er det nærmest umuligt at vælge et sæt på 6-12 flydende thrustere til et 10 kg fartøj. Derfor bruger mikrosatellitter komprimeret gas til orientering. Som vist i fig. 1 findes gasmotorer med et træk-til-vægt-forhold svarende til det for store raketmotorer. Gasmotorer er simpelthen en magnetventil med en dyse.

Ud over at løse problemet med fremdriftssystemets masse giver komprimerede gassystemer mulighed for kortere impulser end flydende motorer. Denne egenskab er vigtig for at opretholde holdningen kontinuerligt over lange flyvninger, som vist i appendiks. Efterhånden som rumfartøjer bliver mindre, kan kortere og kortere impulser være tilstrækkelige til at opretholde orienteringen med en given nøjagtighed i en given levetid.

Selvom komprimerede gassystemer generelt ser bedst ud til små rumfartøjer, er gaslagertanke ret store og vejer ret meget. Moderne sammensatte nitrogenlagertanke, designet til små satellitter, vejer omtrent det samme som selve nitrogenet i dem. Til sammenligning, tanke til flydende brændstoffer rumfartøjer kan opbevare brændstof, der vejer op til 30 tankmasser. I betragtning af vægten af ​​både tanke og motorer, ville det være meget nyttigt at opbevare drivmidlet i flydende form og omdanne det til gas til distribution til de forskellige holdningskontrolmotorer. Sådanne systemer er blevet udviklet til brug af hydrazin i korte suborbitale eksperimentelle flyvninger.

Hydrogenperoxid som raketbrændstof

Som et enkeltkomponentbrændstof nedbrydes ren H2O2 til oxygen og overophedet damp ved temperaturer lidt over 1800F [ca. 980C - ca. pr.] i mangel af varmetab. Typisk bruges peroxid som en vandig opløsning, men ved koncentrationer under 67 % er nedbrydningsenergien utilstrækkelig til at fordampe alt vandet. USA bemandede testkøretøjer i 1960'erne brugt 90% peroxid til at opretholde orienteringen af ​​apparatet, hvilket gav en adiabatisk nedbrydningstemperatur på omkring 1400 F og en steady state specifik impuls på 160 s. Ved en koncentration på 82% producerer peroxidet en 1030F gas, der driver hovedpumperne i Soyuz-rakettens motorer. Der anvendes forskellige koncentrationer, fordi prisen på brændstof stiger med stigende koncentration, og temperaturen påvirker materialernes egenskaber. For eksempel bruges aluminiumslegeringer ved temperaturer op til omkring 500F. Ved anvendelse af en adiabatisk proces begrænser dette peroxidkoncentrationen til 70%.

Koncentration og oprensning

Hydrogenperoxid er kommercielt tilgængelig i en lang række koncentrationer, renhedsniveauer og mængder. Desværre er små beholdere med ren peroxid, der kunne bruges direkte som brændstof, praktisk talt ikke tilgængelige kommercielt. Raketperoxid er også tilgængelig i store tønder, men er muligvis ikke let tilgængelig (for eksempel i USA). Derudover når man arbejder med store mængder peroxid har brug for særligt udstyr og yderligere sikkerhedsforanstaltninger, hvilket ikke er helt berettiget, når der kun er brug for små mængder peroxid.

Til brug i dette projekt 35% peroxid købes i 1 gallon polyethylenbeholdere. Først koncentreres det til 85%, derefter renses det i installationen vist i fig. 2. Denne variation af den tidligere anvendte metode forenkler installationslayoutet og reducerer behovet for at rense glasdelene. Processen er automatiseret, så der kun kræves en daglig fyldning og tømning af beholderne for at producere 2 liter peroxid om ugen. Selvfølgelig er literprisen høj, men den fulde mængde er stadig berettiget til små projekter.

Først fordampes det meste af vandet i to liters bægerglas på kogeplader i et stinkskab i en timerstyret periode på 18 timer. Væskevolumenet i hvert glas reduceres med en faktor fire til 250 ml eller ca. 30 % af den oprindelige masse. Under fordampning går en fjerdedel af de oprindelige peroxidmolekyler tabt. Tabsraten stiger med koncentrationen, så 85 % er en praktisk koncentrationsgrænse for denne metode.

Enheden til venstre er en kommercielt tilgængelig roterende vakuumfordamper. En 85% opløsning med ca. 80 ppm fremmedlegemer opvarmes i 750 ml mængder i et vandbad ved 50°C. Enheden opretholder et vakuum på højst 10 mm Hg. Art., som giver en hurtig destillation indenfor 3-4 timer. Kondensatet løber ned i tanken nederst til venstre med et tab på mindre end 5 %.

Badet med vandstrålepumpe er synligt bag fordamperen. Den har to elektriske pumper, hvoraf den ene leverer vand til vandstrålepumpen, og den anden cirkulerer vand gennem fryseren, rotationsfordamperens vandkøler og selve badet, og holder vandtemperaturen lige over nul, hvilket forbedrer både dampkondensering i køleskab og vakuum i system. Peroxiddampe, der ikke er kondenseret på køleskabet, kommer ind i badet og fortyndes til en sikker koncentration.

Rent brintoverilte (100%) er væsentligt tættere end vand (1,45 gange ved 20C), så et flydende glashydrometer (i området 1,2-1,4) bestemmer normalt koncentrationen til inden for 1%. Både det oprindeligt købte peroxid og den destillerede opløsning blev analyseret for urenheder, som vist i tabel 1. 1. Analysen omfattede plasmaemissionsspektroskopi, ionkromatografi og måling af total organisk kulstof (total organisk kulstof - TOC). Bemærk, at fosfat og tin er stabilisatorer, de tilsættes i form af kalium- og natriumsalte.

Tabel 1. Analyse af hydrogenperoxidopløsning

Hydrogenperoxid sikkerhedsforanstaltninger

H2O2 nedbrydes til ilt og vand, har derfor ingen langtidstoksicitet og udgør ikke en fare for miljø. De mest almindelige peroxidproblemer opstår, når dråber, der er for små til at opdage, kommer i kontakt med huden. Dette forårsager midlertidige, harmløse, men smertefulde misfarvede pletter, der skal skylles med koldt vand.

Virkningen på øjne og lunger er mere farlig. Heldigvis er damptrykket af peroxid ret lavt (2mmHg ved 20C). Udsugningsventilation opretholder let koncentrationer under 1 ppm åndedrætsgrænsen fastsat af OSHA. Peroxid kan hældes mellem åbne beholdere over paller i tilfælde af spild. Til sammenligning skal N2O4 og N2H4 hele tiden opbevares i lukkede beholdere, og der bruges ofte et særligt åndedrætsværn, når man arbejder med dem. Dette skyldes deres væsentligt højere damptryk og en luftkoncentrationsgrænse på 0,1 ppm for N2H4.

Vask spildt peroxid af med vand gør det ufarligt. Med hensyn til krav til beskyttelsestøj kan ubehagelige dragter øge risikoen for udslip. Når der er tale om små mængder, kan det være vigtigere at følge bekvemmelighedsspørgsmålene. For eksempel viser arbejdet med våde hænder sig at være et rimeligt alternativ til arbejdet med handsker, som endda kan lække stænk, hvis de lækker.

Selvom flydende peroxid ikke nedbrydes i bulk, når det udsættes for en brandkilde, kan koncentreret peroxiddamp detonere ved mindre eksponering. Denne potentielle fare sætter en grænse for produktionskapaciteten af ​​det ovenfor beskrevne anlæg. Beregninger og målinger viser kun en meget høj grad af sikkerhed for disse små produktionsmængder. På fig. 2 luft trækkes ind i de vandrette udluftningsåbninger bag apparatet ved 100 cfm (kubikfod pr. minut, ca. 0,3 kubikmeter pr. minut) langs 6 fod (180 cm) af laboratoriebænken. Dampkoncentrationer under 10 ppm blev målt direkte over koncentrerende bægre.

Bortskaffelse af små mængder peroxid efter fortynding med vand fører ikke til miljømæssige konsekvenser, selvom dette er i modstrid med den strengeste fortolkning af reglerne om bortskaffelse af farligt affald. Peroxid er et oxidationsmiddel og derfor potentielt brandfarligt. Tilstedeværelsen af ​​brændbare materialer er imidlertid nødvendig, og bekymring er ikke berettiget, når der arbejdes med små mængder materialer på grund af varmeafledning. For eksempel vil våde pletter på stoffer eller løst papir stoppe små flammer, fordi peroxid har en høj specifik varmekapacitet. Peroxidopbevaringsbeholdere skal have udluftninger eller sikkerhedsventiler, fordi den gradvise nedbrydning af peroxidet til ilt og vand øger trykket.

Materialekompatibilitet og selvnedbrydning under opbevaring

Forenelighed mellem koncentreret peroxid og byggematerialer involverer to forskellige klasser af problemer, der skal undgås. Kontakt med peroxid kan føre til nedbrydning af materialer, som det sker med mange polymerer. Derudover varierer hastigheden af ​​peroxidnedbrydning meget afhængigt af de kontaktede materialer. I begge tilfælde er der en kumulativ effekt over tid. Derfor bør kompatibilitet udtrykkes i numeriske termer og betragtes i sammenhæng med ansøgningen og ikke betragtes som en simpel egenskab, der enten eksisterer eller ikke eksisterer. For eksempel kan motorkammeret være konstrueret af et materiale, der er uegnet til brug i brændstoftanke.

Historisk arbejde omfatter kompatibilitetsforsøg med materialeprøver udført i hætteglas med koncentreret peroxid. Traditionen tro blev der lavet små forseglede kar af testprøver. Observationer af ændringer i tryk og masse af beholdere viser hastigheden af ​​nedbrydning og lækage af peroxid. Ud over dette bliver en mulig stigning i volumen eller svækkelse af materialet mærkbar, da karrets vægge udsættes for tryk.

Fluorpolymerer som polytetrafluorethylen (PTFE - polytetrafluorethylen), polychlortrifluorethylen (PCTFE - polychlortrifluorethylen) og polyvinylidenfluorid (PVDF - polyvinylidenfluorid) nedbrydes ikke under påvirkning af peroxid. De bremser også nedbrydningen af ​​peroxid, så disse materialer kan bruges til at dække tanke eller mellemtanke, hvis de skal opbevare brændstof i flere måneder eller år. Tilsvarende er fluorelastomertætninger (fra standard Viton) og fluorholdige smøremidler ganske velegnede til langvarig kontakt med peroxid. Polycarbonatplast er overraskende modstandsdygtig over for koncentreret peroxid. Dette ikke-splinterende materiale bruges overalt, hvor der er behov for gennemsigtighed. Disse tilfælde omfatter skabelsen af ​​prototyper med komplekse interne strukturer og tanke, hvori det er nødvendigt at se væskeniveauet (se fig. 4).

Nedbrydning ved kontakt med Al-6061-T6 er kun få gange hurtigere end med de fleste kompatible aluminiumslegeringer. Denne legering er stærk og let tilgængelig, mens de mest kompatible legeringer mangler styrke. Udsatte overflader af ren aluminium (dvs. Al-6061-T6) holder i mange måneder, når de udsættes for peroxid. Det på trods af, at vand for eksempel oxiderer aluminium.

I modsætning til historisk rådgivning er komplekse rengøringsoperationer med usunde rengøringsmidler ikke nødvendige til de fleste applikationer. De fleste af de dele af apparatet, der blev brugt i dette arbejde med koncentreret peroxid, blev simpelthen skyllet med vand og rengøringsmiddel ved 110F. Foreløbige resultater viser, at denne fremgangsmåde vil give næsten lige så gode resultater som de anbefalede rengøringsprocedurer. Især nedskylning af en PVDF-beholder i 24 timer med 35 % salpetersyre reducerer nedbrydningshastigheden med kun 20 % over en 6-måneders periode.

Det er let at beregne, at nedbrydningen af ​​en procent peroxid indeholdt i en lukket beholder med 10 % frit volumen hæver trykket til næsten 600 psi (pund pr. kvadrattomme, dvs. omkring 40 atmosfærer). Dette tal indikerer, at faldet i peroxideffektivitet, når koncentrationen falder, er meget mindre vigtigt endr.

Planlægning af rumflyvning ved hjælp af koncentreret peroxid kræver omfattende overvejelser om det mulige behov for trykaflastning ved tankudluftning. Hvis driften af ​​fremdriftssystemet begynder inden for dage eller uger fra lanceringsøjeblikket, kan den krævede tomme volumen af ​​tankene straks stige flere gange. For sådanne satellitter er det fornuftigt at lave alle-metal tanke. Opbevaringsperioden inkluderer naturligvis den tid, der er afsat til operationer før flyvningen.

Desværre forbyder formelle brændstofbestemmelser, som er udviklet med meget giftige komponenter i tankerne, generelt automatiske ventilationssystemer på flyveudstyr. Normalt anvendes dyre trykovervågningssystemer. Ideen om at øge sikkerheden ved at forbyde udluftningsventiler er i modstrid med normal jordisk praksis, når man arbejder med væskesystemer under tryk. Dette spørgsmål skal muligvis tages op igen afhængigt af, hvilket løfteraket der bruges til opsendelsen.

Om nødvendigt kan peroxidnedbrydning opretholdes på eller under 1 % om året. Ud over at være kompatibel med tankmaterialer er nedbrydningsfaktoren meget afhængig af temperaturen. Det kan være muligt at opbevare peroxid på ubestemt tid i rumflyvninger, hvis det kan fryses. Peroxid udvider sig ikke, når det er frosset og udgør ikke en trussel mod ventiler og rør, som det gør med vand.

Fordi peroxid nedbrydes på overflader, kan en forøgelse af forholdet mellem volumen og overflade øge holdbarheden. Sammenlignende analyse med prøver på 5 cu. cm og 300 cu. se bekræfte denne konklusion. Et eksperiment med 85% peroxid i en 300cc beholder. cm., fremstillet af PVDF, viste en nedbrydningshastighed ved 70F (21C) på 0,05 % pr. uge eller 2,5 % pr. år. Ekstrapolering til 10 liters tanke resulterer i omkring 1 % om året ved 20C.

I andre sammenlignende forsøg med PVDF- eller PVDF-belægning på aluminium blev peroxid indeholdende 80 ppm stabiliserende additiver kun nedbrudt 30% langsommere end renset peroxid. Det er faktisk en god ting, at stabilisatorer ikke i høj grad øger holdbarheden af ​​peroxid i tanke på lange flyvninger. Som vist i næste afsnit interfererer disse additiver betydeligt med brugen af ​​peroxid i motorer.

Motorudvikling

Den planlagte mikrosatellit kræver til at begynde med en acceleration på 0,1 g for at kontrollere en masse på 20 kg, det vil sige cirka 4,4 pund trykkraft [ca. 20N] tryk i et vakuum. Da mange af funktionerne i konventionelle 5 lb motorer ikke var nødvendige, blev en specialiseret variant udviklet. Talrige publikationer har adresseret katalysatorstabler til brug med peroxid. Masseflow for sådanne katalysatorer anslås at være omkring 250 kg pr. kvadratmeter katalysator pr. sekund. Skitser af de klokkeformede motorer brugt på Mercury- og Centaurus-blokkene viser, at kun omkring en fjerdedel af disse faktisk blev brugt ved styrekræfter på omkring 1 pund [ca. 4,5N]. Til denne anvendelse blev en katalysatorblok med en diameter på 9/16 tomme [ca. 14 mm] valgt. Masseflow på cirka 100 kg pr. m pr. sekund vil give næsten 5 pund tryk ved en specifik impuls på 140 s [ca. 1370 m/s].

Sølvbaseret katalysator

Sølvtrådsnet og sølvbelagte nikkelplader har tidligere været meget brugt til katalyse. Nikkeltråd som base øger varmemodstanden (ved koncentrationer over 90%) og er billigere til massebrug. Rent sølv blev valgt til disse undersøgelser for at undgå forniklingsprocessen, og også fordi det bløde metal nemt kan skæres i strimler, som derefter rulles til ringe. Derudover kan problemet med overfladeslid undgås. Der blev brugt let tilgængelige 26 og 40 tråde pr. tomme masker (tilsvarende tråddiametre på 0,012 og 0,009 tommer).

Sammensætningen af ​​overfladen og katalysatorens funktionsmekanisme er fuldstændig uklare, som det følger af de mange uforklarede og modstridende påstande i litteraturen. Den katalytiske aktivitet af en ren sølvoverflade kan forbedres ved at påføre samariumnitrat efterfulgt af kalcinering. Dette stof nedbrydes til samariumoxid, men kan også oxidere sølv. Andre kilder henviser desuden til behandlingen af ​​rent sølv med salpetersyre, som opløser sølvet, men også er et oxidationsmiddel. En endnu enklere metode er baseret på, at en ren sølvkatalysator kan øge sin aktivitet, når den bruges. Denne observation blev verificeret og bekræftet, hvilket førte til brugen af ​​en katalysator uden samariumnitrat.

Sølvoxid (Ag2O) har en brunlig sort farve, og sølvperoxid (Ag2O2) har en gråsort farve. Disse farver dukkede op efter hinanden og viste, at sølvet gradvist oxiderede mere og mere. Den mørkeste farve svarede til den bedste katalysatorvirkning. Derudover viste overfladen sig at være mere og mere ujævn sammenlignet med "frisk" sølv, når den blev analyseret under et mikroskop.

En simpel metode blev fundet til at teste aktiviteten af ​​katalysatoren. Individuelle cirkler af sølvnet (9/16 tomme diameter [ca. 14 mm]) blev påført peroxiddråber på en ståloverflade. Det netop købte sølvnet forårsagede et langsomt "hvæsen".

Nærværende undersøgelse beviser ikke, at oxideret sølv er en katalysator, eller at den observerede brunfarvning primært skyldes oxidation. Det er også værd at nævne, at begge sølvoxider er kendt for at nedbrydes ved relativt lave temperaturer. Overskydende ilt under motordrift kan imidlertid ændre ligevægten i reaktionen. Forsøg på eksperimentelt at belyse betydningen af ​​oxidation og overfladeuregelmæssigheder gav ikke et entydigt resultat. Indsatsen har inkluderet overfladeanalyse med en røntgenfotoelektronspektroskopi (XPS), også kendt som en elektronspektroskopisk kemisk analyse (ESCA). Der blev også gjort forsøg på at eliminere muligheden for overfladeforurening i nyindkøbte sølvnet, hvilket ville forringe den katalytiske aktivitet.

Uafhængige test har vist, at hverken samariumnitrat eller dets faste nedbrydningsprodukt (sandsynligvis et oxid) katalyserer nedbrydningen af ​​peroxidet. Det kan betyde, at behandlingen med samariumnitrat kan virke ved at oxidere sølvet. Der er dog også en version (uden videnskabelig begrundelse), at behandling med samariumnitrat forhindrer boblerne af gasformige nedbrydningsprodukter i at klæbe til katalysatoroverfladen. PÅ nuværende arbejde i sidste ende blev udviklingen af ​​lette motorer anset for vigtigere end at løse katalysenes gåder.

Motordiagram

Traditionelt bruger peroxidmotorer svejset stålkonstruktion. Højere end stålkoefficient varmeudvidelse sølv fører til sammentrækning af pakken af ​​sølvkatalysator ved opvarmning, hvorefter der efter afkøling opstår huller mellem pakken og kammerets vægge. For at forhindre flydende peroxid i at omgå katalysatorgitrene langs disse slidser, bruges ringtætninger normalt mellem gitrene.

I stedet blev der opnået gode resultater i dette arbejde ved at bruge motorkamre lavet af bronze (kobberlegering C36000) på en drejebænk. Bronze er let at behandle, og desuden er dens termiske udvidelseskoefficient tæt på sølv. Ved nedbrydningstemperaturen på 85% peroxid, omkring 1200F [ca. 650C], har bronze fremragende styrke. Denne relativt lave temperatur tillader også brugen af ​​en aluminiumsinjektor.

Dette valg af materialer, der er lette at bearbejde, og koncentrationen af ​​peroxid, der let kan opnås i laboratoriet, ser ud til at være en ret god kombination til eksperimentering. Bemærk, at brugen af ​​100 % peroxid ville smelte både katalysatoren og kammervæggene. Dette valg er et kompromis mellem pris og effektivitet. Det er værd at bemærke, at bronzekamre bruges på RD-107- og RD-108-motorerne, der bruges på en så vellykket transportør som Soyuz.

På fig. 3 viser en let version af motoren, som er skruet direkte på bunden af ​​væskeventilen på et lille manøvreapparat. Til venstre er en 4 grams aluminiumsinjektor med en fluorelastomer tætning. 25g sølvkatalysatoren er blevet delt for at vise den fra forskellige vinkler. Til højre er en 2 grams plade, der understøtter katalysatorgitteret. Den samlede masse af delene vist på figuren er cirka 80 gram. En af disse motorer blev brugt til jordafprøvning af styringen af ​​et 25-kilos forskningskøretøj. Systemet fungerede som designet, inklusive brug af 3,5 kg peroxid uden tilsyneladende kvalitetstab.

En 150 gram kommercielt tilgængelig direkte virkende magnetventil med en 1,2 mm åbning og en 25 ohm spole drevet af en 12 volt kilde viste tilfredsstillende resultater. Ventilens overflader, der kommer i kontakt med væsken, består af rustfrit stål, aluminium og Viton. Bruttovægten kan sammenlignes positivt med de over 600 gram for 3-lb [ca. 13N] motoren, der blev brugt til at bevare orienteringen af ​​Centaurus-stadiet før 1984.

Motortest

Motoren designet til eksperimenterne var lidt tungere end den sidste, så effekten af ​​for eksempel mere katalysator kunne testes. Dysen blev skruet til motoren separat, hvilket gjorde det muligt at justere størrelsen af ​​katalysatoren ved at justere boltenes tilspændingskraft. Lidt opstrøms for dysen var der konnektorer til tryk- og gastemperaturfølere.

Ris. 4 viser opsætningen klar til forsøget. Direkte eksperimenter i laboratorieforhold er mulige på grund af brugen af ​​ret ufarligt brændstof, lave trykværdier, drift under normale rumforhold og atmosfærisk tryk og brugen af ​​simple instrumenter. Enhedens beskyttende vægge er lavet af en halv tomme [ca. 12 mm] tykke polycarbonatplader, som er monteret på aluminiumsramme, under gode ventilationsforhold. Panelerne blev testet til en brudkraft på 365.000 N*s/m^2. For eksempel vil et fragment på 100 gram, der bevæger sig med en supersonisk hastighed på 365 m/s, stoppe, hvis stødområdet er 1 kvm. cm.

På billedet er motorkammeret orienteret lodret lige under udstødningsrøret. Tryksensorer ved indløbet til injektoren og tryk inde i kammeret er placeret på vægtplatformen, som måler trækket. Digitale indikatorer for driftstid og temperatur er placeret uden for enhedens vægge. Åbning af hovedventilen tænder en lille række af indikatorer. Dataoptagelse udføres ved at indstille alle indikatorer i videokameraets synsfelt. De endelige målinger blev taget med et temperaturfølsomt kridt, som tegnede en streg langs katalysekammerets længde. Farveændringen var i overensstemmelse med temperaturer over 800 F [ca. 430 C].

Beholderen med koncentreret peroxid er placeret til venstre for vægten på en separat understøtning, således at en ændring i brændstofmassen ikke påvirker trykmålingen. Ved hjælp af standardvægte blev det verificeret, at rørene, der førte peroxidet til kammeret, var fleksible nok til at opnå en målenøjagtighed inden for 0,01 lbf [ca. 0,04 N]. Peroxidtanken blev lavet af et stort polycarbonatrør og kalibreret, så ændringen i væskeniveau kan bruges til at beregne SI.

Motorparametre

Den eksperimentelle motor blev gentagne gange testet i løbet af 1997. Tidlige løb brugte en restriktiv injektor og en lille halsstørrelse, med meget lave tryk. Motoreffektiviteten så ud til at være stærkt korreleret med aktiviteten af ​​den anvendte enkeltlagskatalysator. Efter at have opnået pålidelig nedbrydning blev trykket i tanken fastsat til 300 psig [ca. 2,1 MPa]. Alle eksperimenter blev udført med initialudstyr og brændstoftemperaturer på 70F [ca. 21C].

Den indledende kortsigtede opsendelse blev gennemført for at undgå en "våd" start, hvor synlig udstødning optrådte. Typisk blev den indledende opstart udført i 5 s ved en flowhastighed på<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.

Længden af ​​sølvkatalysatoren blev med held reduceret fra en konservativ 2,5 tommer [ca. 64 mm] til 1,7 inches [ca. 43 mm]. Det endelige motorlayout havde 9 1/64 tommer [ca. 0,4 mm] huller i den flade overflade af injektoren. Den 1/8 tomme kritiske sektion producerede 3,3 lbf tryk ved 220 psig kammertryk og 255 psig trykforskel mellem ventil og kritisk sektion.

Destilleret brændstof (tabel 1) gav stabile resultater og konstante trykmålinger. Efter at have kørt 3 kg brændstof og 10 starter var 800F-stedet på kammeret 1/4 tomme fra overfladen af ​​injektoren. Til sammenligning var motorens oppetid ved 80 ppm urenheder på samme tid uacceptabel. Tryksvingninger i kammeret ved en frekvens på 2 Hz nåede en værdi på 10% efter kun at have brugt 0,5 kg brændstof. 800F temperaturpunktet er flyttet over 1 tomme fra injektoren.

Et par minutter i 10% salpetersyre genoprettede katalysatoren til god stand. Selvom noget sølv var opløst sammen med urenheder, var aktiviteten af ​​katalysatoren bedre end efter behandling med salpetersyre af en ny, endnu ikke brugt katalysator.

Det skal bemærkes, at selvom motorens opvarmningstid måles i sekunder, er meget kortere impulser mulige, hvis motoren allerede er varm. Den dynamiske respons af et væsketryk-subsystem med en masse på 5 kg i et lineært snit viste en impulstid kortere end 100 ms med en transmitteret impuls på omkring 1 N * s. Især var forskydningen ca. +/- 6 mm ved 3 Hz, begrænset af den styrehastighed, som systemet fik.

Muligheder for konstruktion af fjernbetjening

På fig. 5 viser nogle af de mulige motoriske skemaer, selvom det selvfølgelig ikke er alle. Alle væskekredsløb er velegnede til brug af peroxid, og hver kan også bruges til en to-komponent motor. Den øverste række viser de designs, der almindeligvis anvendes på satellitter med traditionelle drivmiddelkomponenter. Den midterste række viser, hvordan trykgasanlæg kan bruges til orienteringsopgaver. Mere komplekse kredsløb, med potentiale til at opnå mindre udstyrsvægt, er vist i nederste række. Tankenes vægge viser skematisk de forskellige trykniveauer, der er typiske for hvert system. Vi bemærker også forskellen i betegnelser for LRE og PS, der opererer på komprimeret gas.

Traditionelle ordninger

Mulighed A er blevet brugt på nogle af de mindste satellitter på grund af dens enkelhed, og fordi komprimerede gassystemer (ventiler med dyser) kan være meget lette og små. Denne variant blev også brugt på store rumfartøjer, såsom Skylabs nitrogenattitude kontrolsystem i 1970'erne.

Mulighed B er det enkleste væskedesign og er blevet fløjet mange gange med hydrazinbrændstof. Den gas, der opretholder trykket i tanken, fylder normalt en fjerdedel af tanken på tidspunktet for opsendelsen. Gassen udvider sig gradvist under flyvningen, så trykket siges at blive "presset ud". Trykfaldet reducerer dog både tryk og VP. Det maksimale væsketryk i tanken opstår under opstart, hvilket øger tankenes masse af sikkerhedsmæssige årsager. Et nyligt eksempel er Lunar Prospector, som havde cirka 130 kg hydrazin og 25 kg PS-masse.

Mulighed C er meget udbredt med traditionelle giftige enkelt- og dobbeltbrændstoffer. For de mindste satellitter skal du tilføje fremdrift med komprimeret gas for at bevare attituden, som beskrevet ovenfor. For eksempel resulterer tilføjelse af komprimeret gasfremdrift til mulighed C i mulighed D. Fremdrivningssystemer af denne type, drevet af nitrogen og koncentreret peroxid, blev bygget på Lawrence Laboratory (LLNL) for sikkert at teste holdningskontrolsystemer for prototypemikrosatellitter, der kører på ikke- giftige drivmidler..

Opretholdelse af orientering med varme gasser

For de mindste satellitter, for at reducere tilførslen af ​​komprimeret gas og massen af ​​tanke, giver det mening at lave et holdningskontrolsystem, der fungerer på varme gasser. Ved trykniveauer mindre end 1 lbf [ca. 4,5 N] er eksisterende komprimerede gassystemer lettere end enkeltkomponent LRE'er med en størrelsesorden (figur 1). Ved at styre strømmen af ​​en gas er det muligt at opnå mindre impulser end ved at styre en væske. Det er dog ineffektivt at have komprimeret inert gas om bord på grund af den store volumen og masse af tryksatte tanke. Af disse grunde ville det være ønskeligt at generere orienteringsgas fra væske, efterhånden som satellitterne bliver mindre. Denne variant er endnu ikke blevet brugt i rummet, men variant E er blevet testet i laboratoriet med hydrazin, som nævnt ovenfor (3). Niveauet af miniaturisering af komponenter var ret imponerende.

For yderligere at reducere vægten af ​​apparatet og forenkle lagersystemet er det ønskeligt helt at undgå gaslagertanke. Mulighed F er potentielt interessant for miniatureperoxidsystemer. Hvis langtidsopbevaring af brændstof i kredsløb er påkrævet før drift, kan systemet starte uden starttryk. Afhængigt af den ledige plads i tanke, størrelsen af ​​tanke og deres materiale, kan systemet designes til at sættes under tryk på et forudbestemt tidspunkt under flyvningen.

I mulighed D er der to uafhængige brændstofkilder, til manøvrering og opretholdelse af orientering, hvilket gør det nødvendigt at forudberegne separat forbruget for hver af disse funktioner. E- og F-systemerne, der producerer varm gas til attitudekontrol fra brændstof, der bruges til manøvrering, har stor fleksibilitet. For eksempel kan ubrugt brændstof under manøvrering bruges til at forlænge levetiden for en satellit, der skal bevare sin orientering.

Idéer til selv-overladning

Kun mere komplekse muligheder i den sidste række af fig. 5 kan undvære en gastank og stadig give et konstant tryk, efterhånden som brændstoffet forbruges. De kan køres uden indledende pumpning, eller med lavt tryk, hvilket reducerer tankens vægt. Fraværet af tryksatte gasser og væsker under tryk reducerer farerne ved opsendelsen. Dette kan resultere i væsentlige omkostningsreduktioner i det omfang, at standard kommercielt udstyr anses for sikkert til lave tryk og ikke for giftige komponenter. Alle motorer i disse systemer bruger en enkelt brændstoftank for maksimal fleksibilitet.

Variant G og H kan kaldes "varm trykgas" eller "blow-purge" og "gas-til-væske" eller "selv-aspirerede" væskesystemer. Kontrolleret tryksætning af en tank med brugt brændsel kræver evnen til at sætte tryk.

Mulighed G anvender en tank med en trykafbøjningsmembran, således at væsketrykket først er højere end gastrykket. Dette kan opnås med en differentialventil eller en fleksibel membran, der adskiller gas og væske. Acceleration kan også bruges, dvs. tyngdekraft i terrestriske applikationer eller centrifugalkraft i et roterende rumfartøj. Mulighed H fungerer med enhver tank. En speciel trykvedligeholdelsespumpe cirkulerer gennem gasgeneratoren og tilbage til det frie rum i tanken.

I begge tilfælde forhindrer væskeregulatoren feedback og vilkårligt høje tryk. For normal drift af systemet kræves en ekstra ventil, forbundet i serie med regulatoren. I fremtiden kan den bruges til at styre trykket i systemet op til det tryk, som regulatoren indstiller. For eksempel vil baneskiftemanøvrer blive udført ved fuldt tryk. Det reducerede tryk giver mulighed for mere nøjagtig 3-akset orientering, samtidig med at der spares brændstof for at forlænge køretøjets levetid (se tillæg).

Forskelsarealpumper er blevet eksperimenteret med gennem årene i både pumper og tanke, og der er mange dokumenter, der beskriver sådanne designs. I 1932 byggede Robert H. Goddard et al. en maskindrevet pumpe til at styre flydende og gasformigt nitrogen. Der blev gjort adskillige forsøg mellem 1950 og 1970, hvor G- og H-varianter blev overvejet til atmosfærisk flyvning. Disse forsøg på at reducere volumen blev udført for at reducere modstanden. Disse arbejder blev efterfølgende indstillet med den udbredte udvikling af raketter med fast drivmiddel. På det seneste er der blevet arbejdet på selvaspirerende systemer ved hjælp af hydrazin og differentialventiler, med nogle innovationer til specifikke applikationer.

Selvaspirerede systemer til opbevaring af flydende brændstof blev ikke seriøst overvejet til langtidsflyvninger. Der er flere tekniske grunde til, at det for at udvikle et succesfuldt system er nødvendigt at sørge for velforudsigelige fremdriftsegenskaber over hele fremdriftssystemets levetid. For eksempel kan en katalysator suspenderet i trykgassen nedbryde brændstoffet inde i tanken. Adskillelse af tankene, som i G-varianten, vil være påkrævet for at opnå operationalitet i flyvninger, der kræver en lang hvileperiode efter den indledende manøvrering.

Trækdriftscyklussen er også vigtig ud fra termiske overvejelser. På fig. 5G og 5H, går varmen, der genereres af reaktionen i gasgeneratoren, tabt til de omgivende dele under en lang flyvning med sjældne indeslutninger af fjernbetjeningen. Dette svarer til brugen af ​​bløde tætninger til varmegasanlæg. Metaltætninger med høj temperatur har meget lækage, men de vil kun være nødvendige, hvis fjernbetjeningens driftscyklus er stressende. Spørgsmål om tykkelsen af ​​den termiske isolering og komponenternes varmekapacitet skal overvejes med en god forståelse af den forventede karakter af driften af ​​fremdriftssystemet under flyvningen.

Pumpede motorer

På fig. 5J-pumpen leverer brændstof fra lavtrykstanken til højtryksmotorkammeret. Denne tilgang giver maksimal manøvredygtighed og er standard for løfteraketter. Både køretøjets hastighed og acceleration kan være stor, da hverken motoren eller brændstoftanken er særlig tung. Pumpen skal være designet til et meget højt energi-til-vægt-forhold for at retfærdiggøre dens anvendelse.

Selvom Fig. 5J er noget forenklet, og er medtaget her for at vise, at det er en meget anderledes mulighed end mulighed H. I sidstnævnte tilfælde bruges pumpen som en hjælpemekanisme, og kravene til pumpen er anderledes end motorpumpen.

Arbejdet fortsætter, herunder test af raketmotorer drevet af koncentreret peroxid og brug af pumpeenheder. Det er muligt, at let gentagelige lavpristest af motorer, der anvender ikke-giftige brændstoffer, vil gøre det muligt at opnå endnu enklere og mere pålidelige kredsløb end tidligere opnået ved brug af pumpede hydrazindesigns.

Prototype tank selvtrykssystem

Selvom arbejdet fortsætter med implementeringen af ​​skemaerne H og J i fig. 5, den enkleste mulighed er G, og den blev testet først. Det nødvendige udstyr er noget anderledes, men udviklingen af ​​lignende teknologier forstærker gensidigt udviklingseffekten. For eksempel er temperaturen og levetiden for fluorelastomertætninger, fluorholdige smøremidler og aluminiumslegeringer direkte relateret til alle tre systemkoncepter.

Ris. 6 viser billigt testudstyr, der bruger en differentialventilpumpe fremstillet af et stykke aluminiumsrør med en diameter på 3 tommer [ca. 75 mm] med en vægtykkelse på 0,065 tommer [ca. 1,7 mm] fastspændt i enderne mellem O-ringe. Der er ingen svejsning her, hvilket gør det nemmere at kontrollere systemet efter test, ændre systemkonfigurationen og også reducere omkostningerne.

Dette selvaspirerende system med koncentreret peroxid blev testet ved hjælp af kommercielt tilgængelige magnetventiler og billigt værktøj, som i motorudvikling. Et eksempel på systemdiagram er vist i fig. 7. Udover termoelementet nedsænket i gassen, blev temperaturen også målt på tanken og gasgeneratoren.

Tanken er designet således, at væsketrykket i den er lidt højere end gastrykket (???). Der er foretaget adskillige opsendelser med et indledende lufttryk på 30 psig [ca. 200 kPa]. Når kontrolventilen åbner, tilfører strømmen gennem gasgeneratoren damp og ilt til beholderens trykvedligeholdelseskanal. Første ordens positiv systemfeedback resulterer i en eksponentiel stigning i trykket, indtil væskeregulatoren lukker ved 300 psi [ca. 2 MPa].

Indløbstrykfølsomhed er uacceptabel for de gastrykregulatorer, der i øjeblikket bruges på satellitter (figur 5A og C). I et selvaspirerende væskesystem forbliver regulatorens indgangstryk inden for et snævert område. På denne måde undgås mange af de iboende vanskeligheder i konventionelle regulatorkredsløb, der anvendes i luftfartsindustrien. Regulatoren på 60 gram har kun 4 bevægelige dele, fjedre, tætninger og skruer ikke medregnet. Regulatoren har en fleksibel tætning til at lukke, når trykket overskrides. Dette enkle aksesymmetriske skema er tilstrækkeligt på grund af det faktum, at det ikke er nødvendigt at opretholde trykket inden for visse grænser ved indløbet til regulatoren.

Gasgeneratoren er også forenklet på grund af de lave krav til systemet som helhed. Med en trykforskel på 10 psi er brændstofstrømmen lille nok til at tillade brugen af ​​de enkleste injektorsystemer. Derudover resulterer fraværet af en sikkerhedsventil ved indløbet til gasgeneratoren kun i små vibrationer i størrelsesordenen 1 Hz i nedbrydningsreaktionen. Følgelig opvarmer en relativt lille mængde omvendt flow under systemstart regulatoren til ikke mere end 100F.

De indledende tests brugte ikke en regulator; samtidig blev det vist, at trykket i systemet kan opretholdes af ethvert tryk inden for området fra den tilladte tætningsfriktion til den sikre trykbegrænser i systemet. Denne fleksibilitet af systemet kan bruges til at reducere det tryk, der kræves af indstillingskontrolsystemet i det meste af satellittens levetid, af de årsager, der er skitseret ovenfor.

En af de observationer, der syntes at være indlysende senere, var, at tanken varmes mere op, hvis systemet oplever lavfrekvente tryksvingninger, når det styres uden brug af en regulator. En sikkerhedsventil ved indløbet til tanken, hvor der tilføres komprimeret gas, vil kunne eliminere den ekstra varmestrøm på grund af tryksvingninger. Denne ventil ville også forhindre tanken i at opbygge tryk, men det er ikke nødvendigvis vigtigt.

Selvom aluminiumsdelene smelter ved nedbrydningstemperaturen på 85 % peroxid, falder temperaturen noget på grund af varmetab og intermitterende gasstrøm. Tanken vist på billedet var et godt stykke under 200F under tryktesten. Samtidig var udgangsgastemperaturen over 400F under temmelig kraftig varmgasventilskift.

Udgangsgastemperaturen er vigtig, fordi den indikerer, at vandet forbliver i en tilstand af overophedet damp i systemet. 400F til 600F-serien ser ideel ud, da den er kold nok til billigt letvægtsudstyr (aluminium og bløde tætninger) og varm nok til at få en god del af energien fra det brændstof, der bruges til at holde fartøjet orienteret med gasdyserne. I perioder med drift under reduceret tryk er en yderligere fordel, at minimumstemperaturen. nødvendig for at undgå fugtkondensering reduceres også.

For at fungere længst muligt inden for de tilladte temperaturgrænser skal parametre som tykkelsen af ​​varmeisoleringen og konstruktionens samlede varmekapacitet tilpasses en bestemt trykprofil. Som forventet blev der fundet kondensvand i tanken efter test, men denne ubrugte masse er en lille brøkdel af den samlede brændstofmasse. Selvom alt vandet fra gasstrømmen, der bruges til at orientere køretøjet, kondenserer, vil stadig 40 % af brændstoffets masse være gasformigt (for 85 % peroxid). Selv denne mulighed viser sig at være bedre end at bruge komprimeret nitrogen, da vand er lettere end en dyr moderne nitrogentank.

Testudstyret vist i fig. 6 er åbenbart langt fra et komplet trækkraftsystem. Væskemotorer af samme type som beskrevet i denne artikel kan f.eks. tilsluttes et tankudtag, som vist i fig. 5G.

Planer for trykpumpe

For at teste konceptet vist i fig. 5H, en pålidelig gasdrevet pumpe er under udvikling. I modsætning til en differenstrykbeholder skal pumpen fyldes flere gange under drift. Det betyder, at der vil være behov for væskeaflastningsventiler, samt automatiske gasventiler til at frigive gas ved slutningen af ​​slaget og sætte tryk igen.

Det er planlagt at bruge et par pumpekamre, der arbejder på skift, i stedet for det mindst nødvendige et kammer. Dette vil sikre den konstante drift af orienteringsdelsystemet på varm gas ved et konstant tryk. Udfordringen er at kunne samle tanken op for at reducere systemets masse. Pumpen vil køre på noget af gassen fra forgasseren.

Diskussion

Manglen på passende fjernbetjeningsmuligheder til små satellitter er ikke ny, og flere muligheder overvejes for at løse dette problem (20). En bedre forståelse af problemerne forbundet med udviklingen af ​​fremdrift blandt systemkunder vil bidrage til bedre at løse dette problem, og en bedre forståelse af problemerne med fremdrift af satellitter er påkrævet for motorudviklere.

Denne artikel så på mulighederne for at bruge hydrogenperoxid ved hjælp af billige materialer og småskalateknikker. De opnåede resultater kan også anvendes på PS baseret på en-komponent hydrazin, samt i tilfælde, hvor peroxid kan tjene som et oxidationsmiddel i ikke-toksiske to-komponent kombinationer. Sidstnævnte mulighed omfatter de selvantændende alkoholbrændstoffer, der er beskrevet i (6), samt flydende og faste kulbrinter, som antændes ved kontakt med varm oxygen produceret ved nedbrydning af koncentreret peroxid.

Den relativt simple peroxidteknologi, der er beskrevet i denne artikel, kan direkte bruges i eksperimentelle rumfartøjer og andre små satellitter. For blot en generation siden blev lave jordbaner og endda dybt rum udforsket med praktisk talt nye og eksperimentelle teknologier. For eksempel omfattede landingssystemet for Lunar Surveyor adskillige bløde komprimatorer, som kan betragtes som uacceptable i dag, men var ganske tilstrækkelige til de stillede opgaver. På nuværende tidspunkt er mange videnskabelige instrumenter og elektronik meget miniaturiseret, men fjernbetjeningsteknologi opfylder ikke behovene hos små satellitter eller små månelandere.

Tanken er, at specialudstyr kan designes til specifikke applikationer. Dette er selvfølgelig i modstrid med ideen om "arv" af teknologier, som normalt er fremherskende i valget af satellitundersystemer. Grundlaget for denne udtalelse er antagelsen om, at detaljerne i processerne ikke er godt forstået nok til at udvikle og drive helt nye systemer. Denne artikel var foranlediget af det synspunkt, at muligheden for hyppige, billige eksperimenter ville give den nødvendige viden til designere af små satellitter. Med en forståelse af både satellitternes behov og teknologiens muligheder følger den potentielle reduktion af unødvendige systemkrav.

Tak

Mange mennesker hjalp med at introducere forfatteren til raketteknologi baseret på hydrogenperoxid. Blandt dem er Fred Aldridge, Kevin Bolinger, Mitchell Klapp, Tony Friona, George Garboden, Ron Humble, Jordyn Kare, Andrew Kubika, Tim Lawrence, Martin Minthorn, Malcolm Paul, Jeff Robinson, John Ruzek, Jerry Sanders, Jerry Sellers og Mark Ventura .

Undersøgelsen var en del af Clementine 2-programmet og Microsatellite Technology Program ved Lawrence Laboratory, støttet af US Air Force Research Laboratory. Dette arbejde blev finansieret af den amerikanske regering og blev udført på Lawrence National Laboratory i Livermore, University of California under kontrakt W-7405-Eng-48 fra US Department of Energy.

En gasbrænder er en speciel enhed, der sikrer ensartet forbrænding af gas og giver dig mulighed for at regulere tilførslen af ​​brændstof. Ofte har ikke enhver person råd til en sådan enhed, men en gør-det-selv-gasbrænder lavet af skrotmaterialer vil være et økonomisk og praktisk alternativ til fabriksmodstykker.

Hovedkomponenterne til fremstilling af kraftige gasbrændere er industrielle ventiler. De kan være nye, men for en hjemmelavet enhed er det nok at bruge brugte i mangel af en gaslækage. De er designet til at fungere sammen med en 50-liters propangasflaske med en vinkelventil og en reduktionsgear.

Brænder med ventil VK-74

Enheden af ​​denne brænder er vist i fig. 1. Som basis tages ventilen til iltcylinderen VK-74. Til udløbsenden monteres et beslagshåndtag, der er bearbejdet på en drejebænk, til den korrugerede del, hvoraf en slange fra cylinderen er forbundet. En hætte med et forberedt gevindhul til strålen skrues på den del af ventilen med et K3 / 4˝ konisk gevind, som den blev forbundet med gascylinderen. Du kan bruge en færdig version af en blæselampe eller gaskomfur.

Dysen er lavet af et stykke stålrør 1/4˝ 100 mm langt og svejset til hætten på to stykker tråd ∅5 mm. Der skal efterlades en afstand på 15 mm mellem hætten og dysen, så luft kan trænge ind i forbrændingszonen. Ved at bøje trådholderne justeres mundstykkets position for at opnå flammens midterposition.

Rækkefølgen af ​​handlinger til tænding af brænderen:

1. Åbn cylinderventilen;
2. Bring en tændt tændstik til dysen og åbn langsomt brænderventilen;
3. Kontrol gas tænding;
4. Reguler flammen med brænderventilen

I øvrigt! Den højeste flammetemperatur er for enden af ​​den grøn-blå del af faklen.

En hjemmelavet gasbrænder af dette design har en ulempe forbundet med det særlige ved placeringen af ​​ventilen. Gasstrømmen ledes i modsat retning af normalpositionen. Pakdåsetætninger oplever konstant gastryk (også når ventilen er lukket), så det er nødvendigt konstant at overvåge tætheden af ​​tætningerne.

Opmærksomhed! VK-74 ventilen bør kun bruges ved justering af flammen. Stop kun gastilførslen ved cylinderen

Brænder omdannet fra acetylengasskærer

Hvis du har en acetylenbrænder med en defekt ilttilførselsventil, så skynd dig ikke at smide den væk. Den passer også til fremstilling af en brænder (fig. 2.). Ændringer kræver et blandekammer, hvis indhold skal fjernes for at reducere vægten. Du bliver nødt til at fjerne ilttønden og ventilen. Lod det resulterende hul med hård lodning. Tilslut slangen, der kommer fra gascylinderens reduktion, til M16 × 1,5 venstregevindfitting.

Med en omløbermøtrik på blandekammeret skal du fastgøre en hjemmelavet spids bøjet ved 45 ° for at gøre det mere bekvemt at arbejde med brænderen. Skru flangen med dysen svejset fast på spidsens gevind.

En af mulighederne for udførelse af en sådan brænder er brugen af ​​en hætte med en M22 × 1,5 gevind. Udformningen af ​​dysen her svarer til dysen på brænderen beskrevet ovenfor. Hjemmelavet gasbrænder er klar til brug.

Gas minibrænder

Mini gasbrændere er mere velegnede til at arbejde med små dele. Minibrænderen er baseret på en kugleoppumpningsnål. Det er nødvendigt at lave et snit i den, lidt længere end midten af ​​nålen. Nogle nåle har allerede et lignende hul, hvilket i høj grad fremskynder arbejdsprocessen. Dernæst skal du tage en sprøjtenål ​​og bøje den omkring 45 grader i midten.

Minigasbrænderens design

Den spidse ende af sprøjtenålen er bedst slebet, så den er lige. Derefter skal den indsættes i kuglenålen på en sådan måde, at den ene ende kommer ud gennem hullet, og den anden stikker flere mm ud fra den store nål. Det resulterende minidesign skal fastgøres med lodning. Derefter skal dråberne fastgøres til bunden af ​​de to nåle. Klemmer - Dråberegulatorer skal flyttes så tæt på nålene som muligt. I den resulterende brænder vil de fungere som regulatorer for tilførsel af gas og luft. De skal også spændes sammen, og det gøres bedst med en termopistol. Det er kun tilbage at forbinde en kilde til komprimeret gas til den færdige enhed, brænderen er klar til brug. Sådan en hjemmelavet gasbrænder kan varme genstande op til 1000 grader. Det skal håndteres med forsigtighed og sikkerhedsforanstaltninger.

Infrarød varmelegeme

Brugen af ​​hjemmelavede gasbrændere kan foreslå ideen om at skabe en infrarød varmeovn med dine egne hænder. Sådanne varmeapparater er designet til at opvarme huse eller garager i lyset af stadigt stigende gaspriser. Den nemmeste måde at holde varmen på er at bruge almindelig madfolie. Den skal monteres på væggen bag batteriet. Varmestrømme vil blive reflekteret fra aluminiumsoverfladen ind i rummet, hvilket ikke tillader varme at slippe ud gennem væggene.

I en mere kompleks version kan du bruge en spiral. For at gøre dette skal du købe en glødespiral og en infrarød port i butikken. At lave en sådan enhed er ret simpel: spiralen skal lægges i en metalblok, der er forbundet til lysnettet. En infrarød port er knyttet til den resulterende struktur. Denne enhed fungerer på basis af portens evne til at distribuere termisk information modtaget fra den varme spole ind i rummet.

Til garager eller andre små erhvervslokaler er et varmelegeme baseret på en lille blikkasse og grafitsand bedst egnet. En sådan enhed er ret kompakt, den kræver ikke meget plads, mens den gør et fremragende stykke arbejde med de opgaver, den er tildelt. Inden arbejdet påbegyndes, skal beholderen skylles grundigt og tørres. Det kan være af enhver diameter og størrelse, det er vigtigt, at det fuldt ud passer til dine ideer om, hvordan fremtidens varmelegeme skal være.

Grafit skal blandes med fint sand i forholdet en til halvanden fyldt i kassen. Fra et blikark skal du skære en cirkel med en diameter, der er egnet til en jernbeholder, og fastgør en blytråd til dens kanter. Denne struktur skal lægges på en blanding af sand og granit, hvorefter den dækkes med den resterende blanding. Dernæst skal beholderen lukkes tæt med et låg for kunstigt at skabe tryk inde i den. Den anden ledning af beholderens krop er forbundet til bilbatteriet.

Du kan regulere opvarmningstemperaturen på en sådan enhed ved hjælp af et dæksel. Med strammere vridning bliver temperaturen på blikboksen stærkere. Med mindre vil den miste varme. Det er vigtigt ikke at lade en sådan varmelegeme overophedes. I sådanne tilfælde vil æsken begynde at lyse med et rødt eller orange skær. Ved overophedning opstår processen med sandsintring, hvilket fører til et tab i effektiviteten af ​​den hjemmelavede gasbrænder. For at gendanne den skal du ryste enheden internt.

En infrarød gasvarmer er materialemæssigt dyrere, da den kræver indkøb af en lille infrarød keramisk varmelegeme. Det er bedst ikke at købe en stor enhed, da den vil blive "drevet" af en lille propantank med et volumen på 1 liter. Derudover har du brug for en brænder - en dyse med en speciel hane. Først og fremmest skal du slippe af med alle brænderdyserne, så kun røret og hanen efterlades. På røret sættes en slange, som skal være lidt mere end en halv meter lang. En gasflaske er forbundet til denne enhed. Det er meget vigtigt, at det er i en lodret position, da bevægelsen af ​​gas går op, og ikke vandret. En sådan varmelegeme fungerer i to timer på en konventionel 200 grams cylinder.

Fiskere bruger ofte en lignende anordning under vinterfiskeri i et telt. Beholdningen af ​​flasker med gas giver dig mulighed for komfortabelt at overnatte på isen. Derudover er dette design sikkert, der er ingen åben ild i det, hvilket kan forårsage skade. Det tager 10 minutter for en keramisk flise at varme helt op, hvorefter den begynder aktivt at udstråle varme og opvarme luften omkring den.

Hvordan laver man en gasbrænder med egne hænder? Eller en varmelegeme? Meget simpelt! Det vigtigste er at kende den interne struktur af disse enheder for at få en idé om dens drift. Derefter vil det ikke være svært at lave et hjemmelavet design. Det vigtigste er ikke at glemme sikkerhedsforanstaltninger, når du arbejder med åben ild eller dens kilder.