Hallo,

Über den Winter habe ich ein altes Projekt wieder aufgegriffen und eine Weiterentwicklung meines vorgefüllten Hybriden gebaut. Nach ersten vielversprechenden Bodentests am Hybridtesttag auf der Roten Jahne flog die 54mm Variante letztes Wochenende auf dem RJD erfolgreich!

Angefangen hat das Projekt 2009, als ich die erste Variante des Motors gebaut habe. Nach zwei Bodentests folgte ein erfolgreicher Flug und ein Fehlstart inklusive Verlust der Rakete, als der Motor statt 3,5s gute 10min brannte und das Modell auf der Rampe verkohlte... daher möchte ich auch etwas vorwegschicken:

DISCLAIMER: Dieser Thread ist in keinster Weise als Anleitung gedacht. Der Umgang mit unter Druck verflüssigtem Lachgas birgt enormes Gefahrenpotential, ebenso das Arbeiten an Maschinen zur Metallbearbeitung. Das Testen und Fliegen solcher Antriebe bedarf eines T2/P2-Scheins und einer Menge weiterer Erfahrung und Fachkunde. Aus diesem Grund werde ich auch keine bemaßten Zeichnungen posten und gewisse Details bewusst weglassen.

Einige Hinweise, wie man sich an das Thema sinnvoll und sicher heranwagen kann sollten in einem gesonderten Thread zusammengefasst werden.


Zielsetzung
Was will ich denn eigentlich erreichen? Klar, Spaß soll es machen und meine Neugier befriedigen
Aber ein wenig konkreter darf es schon sein!

- Design mit vorgefüllten Tanks, Verzicht auf ein GSE (auch wenn das sehr elegant geht, klick!)
- zuverlässige und schnelle Zündung
- einfache Fertigung und Anwendung
- geringes Volumen und Gewicht pro Newtonsekunde

Ausgangspunkt
Der ursprüngliche Motor war zwar funktional, aber auch sehr schwer, ineffizient und am Ende dann doch nur ein Prototyp der durch einen dummen Anwenderfehler meinerseits das Zeitliche segnete. Den ersten Bodentest gibt es hier zu sehen:

54mm Hybrid 1. Test

Der erste Flug in meiner Proteus (Baubericht, klick!) sah so aus und ging bei ~5kg Abfluggewicht auf 872m:

Proteus auf J-Hybrid

Alle Motorenteile waren noch vorhanden, verwendet werden konnte allerdings schlussendlich nur der Tank nach einer gründlichen, mehrstufigen Reinigung (unbedingt notwendig bei N2O!).


Um diese erste Einleitung ein wenig abzurunden gibt's noch ein Startbild (Danke Felix!):



Und das zugehörige Startvideo:

Proteus 2.0 auf J239 am RJD2024

Was dazwischen passiert ist und wie es weitergeht dann in Bälde

Viele Grüße
Roman

Ich bin gespannt und freue mich schon auf Deine nächsten Beiträge!

Oliver

Hi Roman, schön das du wieder zurück in Modellraketenszene bist !

Und klasse, das du dein altes Hybrid-Projekt wieder aufgegriffen hast und uns allen
gezeigt hast, wie super es funktioniert.

Tolle Arbeit, ich bin echt fasziniert !

Andreas

Hallo,

Freut mich, dass es euch gefällt und interessiert

Nachdem die Zielsetzung klar war, ging es daran zu überlegen, wie es möglich ist diese zu erreichen. Da die einzelnen Themen sich gegenseitig beeinflussen und überlappen fange ich einfach "oben" an und geh anhand der Bauteile nach unten weiter.

Tank(s) und Ventile

Wie der Zufall es will gibt es ein anderes Gas, das in seinen Eigenschaften (Dichte, Verflüssigungsdruck/-temperatur, usw.) sehr nah an Lachgas ist. Das heißt, Equipment, das dafür gemacht ist funktioniert in Sachen Dichtigkeit und Druckfestigkeit. Anders sieht es bei chemischen Kompatibilität aus, da Dichtungen verwendet werden, die in Kontakt mit Lachgas quellen können oder das Lachgas kontaminieren (die Aktivierungsenergie für die Zersetzung reduzieren!) oder selbst (nach Aufnahme von Lachgas) zum Explosivstoff werden...

Weiter werde ich hier nicht drauf eingehen, nur so viel: es gibt nichts von der Stange, das einfach funktioniert, seit Aerotech und AlphaHybrids keine Motoren mehr machen.

Ein weiterer Grund, warum ich diesen Motor mit vorgefülltem Tank baue, ist, dass sowohl der Druck, als auch die Dichte von N2O stark temperaturabhängig sind. Bei einem Monotube kommt noch hinzu, dass der Tankvorgang weitere Variablen mit sich bringt (Größe der Entlüftungsöffnung, Tankdauer evtl. mit Unterbrechungen, Schlauchlängen, Restmenge im Fülltank, usw.) die sich wieder auf die Temperatur auswirken. Man kann meistens also nur schätzen, welche Menge an Oxidator zum Zeitpunkt der Zündung tatsächlich im Tank ist. Wird der Tank vorgefüllt, kennt man die exakte Menge und auch den Tankdruck zu Beginn, da man die Temperatur einfach messen kann.


Im nächsten Post geht's an den Injektor, als kleiner Vorgeschmack ein Bild der Brennkammerteile:

Hi Roman,

ist dein Casing aus goldfarben eloxiertes Aluminium? Und welches Aluminium verwendest du ?

Andreas

Servus Andreas,

Eloxiert ist das Casing noch nicht, das sieht auf dem Foto nur so aus. Eloxal wird aber mindestens an den Verschlüssen noch folgen um Fressen/Kaltverschweißen in den Gewinden (1mm Steigung) zu verhindern.
Das Material weiß ich nicht, das ist noch Material, dass ich 2008/9 für meine Facharbeit gekauft habe

Die meisten Alu-Legierungen halten die geforderten Kräfte locker aus, vorzuziehen wären allerdings Legierungen die nicht splittern wie das bekannte 6061 - T6.

VG
Roman

Pyroventil und Injektor

Bei "klassischen" Hybriden übernimmt der Füllschlauch die Funktion von Ventil und Injektor. Das hat einige Vor- und Nachteile, vor allem diese zwei:

+ einfacher Zusammenbau und kein Handling von N2O beim Preppen, erst auf der Rampe
- Zentrale Einspritzung in einer durchgehenden Achse zur Düse

Im Bezug auf die Injektor-Funktion hat das mittige Einspritzen den gravierenden Nachteil, dass ein großer Teil des Lachgases "unverbrannt" zur Düse raus geht. "Unverbrannt" in Gänsefüßchen, denn das Lachgas zersetzt sich im Motor und gibt dabei eine Menge Energie frei, die auch in Schub umgewandelt wird (Lachgas pur hat bereits einen Vakuum-Isp von 180!). Der Sauerstoff der dabei freigesetzt wird, wird aber nicht genutzt! So sieht das dann theoretisch aus:



https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1270963819325076 ]

Schaut man sich den Isp an, den viele Hobby-Motoren erreichen, dann sieht man schnell, dass das Grain eigentlich nur "Zünder" für das Lachgas ist und der größte Teil des Schubs von der Lachgaszersetzung kommt und nicht vom Verbrennen des Grains.

Contrail bietet aus diesem Grund mittlerweile das "CNVA" System an, bei dem das Lachgas beim Durchströmen des Injektors in Rotation versetzt wird. Der entstehende Wirbel sorgt in der Brennkammer für eine bessere Durchmischung von Brennstoff und Oxidator und führt zu einem deutlichen Effizienzgewinn. Das Prinzip mit dem Wirbel habe ich mir abgeschaut und mit einem Ventil kombiniert, wie ich es in der ersten Version des Motors schon eingesetzt habe. Die grundsätzliche Idee für das Ventil stammt von AlphaHybrids und ist in der Bedienungsanleitung für deren Motoren (leider nicht in Produktion) ersichtlich. Die Anleitung habe ich
HIER im Archiv abgelegt.

Hier ein paar Bilder von meinem Injektor (allerdings die 38mm Version):







Ziemlich schwer zu fotografieren das Ganze Im letzten Foto sieht man auch die O-Ring-Nut des Injektor-Körpers und die Stufe darunter. Er wird von oben (in Flugrichtung) nach unten in den Verschluss (Closure) eingeschoben und liegt dann mit der Stufe darin an.

Auf dem Bild im zusammengebauten Zustand schaut man aus Richtung Düse auf den Injektor. Die mittige Bohrung ist nicht für die Einspritzung, sondern für die Zündung der SP-Ladung, die den Kolben zurückhält. Die eigentlichen Einspritz-Bohrungen sind um den Umfang verteilt und außermittig möglichst weit außen angebracht, so dass das Lachgas in Rotation versetzt bevor es mit dem Grain in Kontakt kommt. Nach dem Abbrand kann man die Drehrichtung sogar an den Rußspuren im Injektor-Verschluss sehen, leider habe ich davon noch keine Bilder.

Und schon sind wir beim Grain Dazu aber mehr beim nächsten mal!

Geändert von Roman am 16. Mai 2024 um 12:40