Nowe technologie w PTR - testy silników hybrydowych

Konstruktorzy hybrydowych silników rakietowych Pomorskiej Grupy PTRPolskie Towarzystwo Rakietowe wchodzi w nowy etap w budowie rakietowych konstrukcji. Po wielu udanych testach i lotach rakiet opartych o silniki rakietowe na stały materiał pędny przyszła pora na testy silników hybrydowych.

 

Hybrydowy silnik rakietowy od silnika na materiały pędne różni się tym, iż w przypadku tego drugiego zarówno paliwo jak i utleniacz są w formie stałej, zaś w silniku hybrydowym do komory spalania wprowadzany jest pod ciśnieniem ciekły utleniacz zaś paliwo jest w formie stałej. Jako paliwa w silnikach hybrydowych najczęściej używa się  polichlorek winylu, polipropylen, polietylen, Polimetakrylan metylu, Polibutadien, żywice syntetyczne, poliestry, żywice fenolowe, żywice akrylowe, polichlorek winylu, poliuretany, asfalty paki, woski. Zaś jako utleniacze  podtlenek azotu N2O oraz  Nadtlenek wodoru.

Silniki hybrydowe mają wiele zalet, można na bieżąco podczas testów regulować w nich siłę ciągu, czas pracy, a w wypadku nieoczekiwanego przebiegu testu po prostu można je wyłączyć zamykając dopływ ciekłego utleniacza do komory spalania.

To właśnie między innymi  samolot kosmiczny Space Ship One, napędzan jest hybrydowym silnikiem rakietowym.

Kolejną bardzo ważną zaletą patrząc na nasze polskie podwórko rakietowe jest fakt, że rakietowy silnik hybrydowy nie jest wyrobem pirotechnicznym. Jaka z tego korzyść? W polskim prawie aktualnie obowiązuje wadliwa ustawa pod którą wciągnięto modelarskie wyroby i materiały pirotechniczne. Skutkuje to tym, iż osoby chcące jak w innych krajach rozwijać swoje rakietowe hobby, chcąc budować silniki na paliwo stałe muszą koncesjonować swoją działalność, bo tylko koncesjonowane firmy pirotechniczne mogą to robić.

W ubiegłym roku Polskie Towarzystwo Rakietowe zgłosiło do Ministerstwa Gospodarki propozycje zmian w wadliwej ustawie, tak by dzięki tym zmiano Modelarstwo Dużej Mocy mogło się rozwijać na tych samych zasadach co w innych krajach europejskich, jednak do tej pory przedstawiciele MG milczą w tej sprawie.

W Polsce testy hybrydowych silników rakietowych prowadzą obecnie równolegle  dwie grupy.

Są to Pomorska Grupa Polskiego Towarzystwa Rakietowego, oraz Krzysztof Ścigalski vel KSARD, członek Krakowskiej Grupy PTR.

Pierwszy polski amatorski silnik rakietowy "SR 288H" został uruchomiony 18 marca 2012 roku przez Krzysztofa Ścigalskiego.

Hybrydowy silnik rakietowy SR 288H (Credits: ksard.cba.pl)

Na prywatnej stronie konstruktora możemy przeczytać:

"Na nim (silnik SR 288H) chciałem zdobyć niezbędne doświadczenia. Przyjąłem następujące założenia:Silnik miał pracować nie krócej niż 1 sekundę, ciąg silnika ok. 100 N, paliwo, to PVC lub polipropylen, korpus silnika  o średnicy 30 mm". 

Dalej podsumowanie testu z 18 marca:

"Na prowizorycznym stanowisku badawczym wykorzystując ciężką, drewnianą paletę, zamocowałem pierwszy silnik testowy SR 288 H. Na tym etapie badań nie przewidywałem dokonania pomiarów ciągu a skoncentrowałem się tylko nad samym napełnieniem zbiornika, kontrolą szczelnością konstrukcji oraz sprawdzeniem systemem zapłonu silnika Tankowanie silnika powiodło się. Nieszczelności nie było. Odpalenie silnika udało się. Silnik SR 288H palił się przez 1,1 sekundy".


Amatorski, hybrydowy silnik rakietowy SR 288H (Credits: Youtube/ksardpl)

Od pewnego czasu budową oraz testami "hybryd" zajęli się wymienieni wcześniej członkowie "Grupy Pomorze" Polskiego Towarzystwa Rakietowego.

Grupa Pomorze w swoich testach skupiła się na budowie silników mogących osiągać ponad 5 tys. Ns.   Różnica w podejściu do tematu silników w przypadku Grupy Pomorze oraz KSARDA bierze się stąd, że KSARD chce się skupić nad rozwiązaniami typowymi dla modelarzy RDM, zaś Grupa Pomorze na jednym ze swoich hybrydowych silników chce pokonać pułap 10 km.

W celu testów Pomorzanie zbudowali stanowisko badawcze zmontowane na wózku przemysłowym napierającym na wnękę, która jest zlokalizowana jest  w wypustce terenu ogrodzonego betonowym płotem przez co kontakt z osobami trzecimi jest tam ograniczony do minimum.

Komora w której przeprowadzane są testy (Credits: forum.rakiety.org.pl)

Sercem stanowiska jest układ pomiarowy oparty o hamownie. Z tyłu wózka pomiarowego zamontowano tensometryczny przetwornik siły typu S-Cell o zakresie pracy do 500 kg. Czarna metalowa skrzynka to sterownik z akumulatorami. Panel zabezpieczony jest stacyjką, dopiero po jej przekręceniu możliwe jest włączenie napięcia na podgrzewacz ziarna, zaś dopiero po odpaleniu podgrzewacza zaczyna działać sterowanie zaworem. W lewym górnym rogu zlokalizowany jest uchwyt kamerki do nagrywania testu z wnętrza bunkra. Wysokość stanowiska została dobrana do  możliwości transportowych i wynosi 1,1 m.

Komora z zainstalowanym stanowiskiem pomiarowym (Credits: forum.rakiety.org.pl)

09 lutego bieżącego roku odbył się pierwszy test pomorskiego hybrydowego silnika rakietowego. Test odbył się przy ciśnieniu początkowym w zbiorniku 47 [bar] Jako utleniacz został zastosowany podtlenku azotu (N2O) zbrojona parafina została wykorzystana jako paliwo. Masa paliwa i utleniacza wyniosła 3,66 kg z czego  3,28 kg to utleniacz. Silnik uzyskał: 6572 Ns impulsu całkowitego, 1797 Ns/kg impulsu jednostkowego i 183,2 s impulsu jednostkowego.


Pierwszy (09.02.2013) test hybrydowego silnika rakietowego zbudowanego przez "Pomorską Grupę PTR" (Credits: Youtube/PTR)

Drugi test "pomorskiej hybrydy" odbył się 16 lutego. Ciekawostką był fakt, iż można było go obejrzeć na żywo na kanale PTR w serwisie Ustrem. Niestety z powodu temperatury utleniacza test odbył się przy ciśnieniu zbiornika 40[bar]. Ciśnienie spadło więc o 15% względem pierwszego testu. Pociągnęło to za sobą spadek ciągu głównego o około 12% i spadek impulsu całkowitego o 14%.


Drugi (16.02.2013) test hybrydowego silnika rakietowego zbudowanego przez "Pomorską Grupę PTR" (Credits: Youtube/DogonicKosmos)

W kolejnym trzecim teście podniesione zostanie ciśnienie w zbiorniku do około 60 bar przy zachowaniu wszystkich innych parametrów drugiego testu. Test odbędzie się prawdopodobnie w piątek 22.02.2013 w godzinach południowych, tak jak i za drugim razem, tak i teraz planowana jest transmisja na żywo z tego wydarzenia. Transmisję będzie można obejrzeć klikając w link: http://rakiety.org.pl/index.php?option=com_content&view=article&id=135&Itemid=149

 Porównanie ostatnich dwóch testów hybrydowych silników rakietowych skonstruowanych przez

Obydwu grupom serwis KosmicznaPolska.pl w kolejnych testach życzy powodzenia.

źródło:

Polskie Towarzystwo Rakietowe

forum.rakiety.org.pl

ksard.cba.pl

  • Drukuj