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Ich stelle vor: µArbeit
Mein Mirco Hybrid Projekt.

Projektziel: Die Entwicklung eines "Baumarkt Modellraketen Aggregates".
Es gibt bereits sehr viele tolle Konstruktionen von Mirco Hybriden. Die meisten gehen auf die Arbeit von Rene Caldera zurück.
Wichtig ist mir, dass keine gefährlichen Substanzen für das Grain zum Einsatz kommen. Die Fertigung soll einfach und günstig sein. Die benötigten Materialen sollen ohne Probleme zu beschaffen sein. Die Anforderungen an Fertigungstechnik und Maschinen soll niederschwellig sein.

Zeitschiene: Das Projekt habe ich Anfang 2021 gestartet. Die Ergebnisse können sich durchaus sehen lassen. Leider habe ich fast keine Zeit für die weitere Entwicklung. Darum ist im ganzen Jahr 2022 gar nichts passiert. Es wäre sehr bedauerlich, wenn das Projekt in der Schublade verschwinden würde. Darum ist jetzt der erste Schritt den aktuellen Stand zu veröffentlichen. Eine Monetarisierung war mit zunehmenden Erfolgen eine erstrebenswerte Option. Ich sehe das aktuell als wenig lukrativ. Darum ist µArbeit nun als Open Source Projekt für jedermann offen.

µArbeit Technik - 1 Aufbau und Montage:
Hier die Zusammenbauzeichnung von Versuch 126.


A - Rohr
DM25x2 ALU-Rohr. Hier mit einer Länge von 150mm. Darin befinden sich 8 M4 Bohrungen für die Halteschrauben. Zur Gewichtsoptimierung lässt sich hier noch einiges abdrehen.

B - Halteschrauben
M4x10 ISO 4026 Befestigungsschrauben V2A. 4 Stück bilden das untere Ende und die Aufnahme für die Düse.

C - Düse
Lasergeschnittene 2mm Edelstahlplatte mit 4mm Bohrung. Bei den Versuchen habe ich auch 1mm Blech und Bohrungsdurchmesser von 3 bis 5mmm getestet. Von oben in Rohr eingeschoben.

D - Brennkammerdichtung
O-Ring DM17x2,5mm. Von oben in Rohr eingeschoben.

E - Brückenzünder
Handelsüblicher Sicherheitszünder Typ A. Wird von oben in den Treibstoff eingesetzt.

G - Treibsoff
Das Herzstück der Konstruktion! Der 3D-Druck aus PLA besteht aus 3 Einheiten. Aufnahme für Injektor, Zündkammer und Brennkammer. Ich habe hier sehr viele Varianten getestet und die aktuelle Konstruktion ist das Ergebnis langer Arbeit.
Der Treibstoff wird mit dem eingesetzten Brückenzünder, H, I, J und K durch die Düse gefädelt und vorsichtig Richtung Düse gezogen.

H - Berstscheibe
9mm Scheibe aus PET-Flaschen ausgestanzt. Diese bildet das Ventil, das den Druck der Kapsel bei der Zündung frei gibt.

I - Injektordichtung
O-Ring DM5x2mm. Zur Abdichtung der druckbeaufschlagten Berstscheibe zum Umgebungsdruck

J - Injektor
Dieses Messingdrehteil sticht die Sahnekapsel an. Mit der Bohrung lässt sich der Durchfluss und die Brenndauer steuern. Beim Versuch 126 habe ich eine 0,7mm Bohrung verwendet.

K - Kapseldichtung
O-Ring DM5x2mm. Die Dichtigkeit in diesem Bereich ist aktuell die größte Baustelle. Gute Ergebnisse liefern ausgestanzten Scheiben aus Gummimatten.

L - Zentrierring
Die Dünne 3D-gedruckte Konstruktion aus PLA stellt sicher, dass die 18mm Kapsel im innen 21mm Rohr sauber geführt wird.
Dieser Ring wird vor der Montage der Sahnekapsel aufgefädelt.

M - Sahnekapsel
Handelsübliche Patrone für Sahnespender. 8g N2O.

N - Feder
Der Spannmechanismus über der Sahnekapsel sichert das System vor der Druckbeaufschlagung vor dem Verrutschen.

O - Druckplattendichtung
O-Ring DM14x2,5mm. Eigentlich sollte hinter der Kapseldichtung kein N2O mehr sein. Dieses Element ist wahrscheinlich homöopathisch. Es gibt mir aber im jetzigen Entwicklungsstadium das gute Gefühl den Oxidator voll ausgenutzt zu haben. O-Ring über die Druckplatte ziehen.

P - Druckplatte
Das 3D-Druckteil aus PLA schließt das System ab. Zusammen mit der Aktivierungsschraube wird es von oben hineingedrückt mit den hinteren Halteschrauben fixiert.

Q - Halteschrauben
M4x10 ISO 4026 Befestigungsschrauben V2A. 4 Stück bilden das obere Ende und die Fixierung vür die Druckplatte.

R - Aktivierungsschraube
M8x35 ISO 4026 Gewindestift V2A. Durch Eindrehen der Schraube wird das System aktiviert. Für den Flug in der Rakete ist ein M8 Gewindebolzen in der Rakete montiert. Durch Eindrehen des µArbeit Triebwerks wird das System scharf gestellt.

Daten:
Es liegen aktuell 135 dokumentierte Versuche vor. Dahinter liegen einige gravierende Entwicklungsschritte und verschiedene Varianten der Bauteile. Zur Veranschaulichung hier die Testergebnisse von Versuch 126, der sehr erfolgreich verlief :-) .

Versuch 126
Durchgeführt............03.06.2021 17:00:00
Testanordnung............horizontal
Rohr............150mm (Helium 2)
Düse............DM4x2mm V2A
Treibstoff............SN38 F12_52s PLA schwarz BASF 11.05
Treibstoffgewicht vor Test............13,5g
Treibstoffgewicht nach Test............10,5g
Injektor............Nr. 10 DM0,7mm
Brenndauer............1,67s lt. Video
Fmax............32,35N
Impuls............14,84Ns (Berechnung lt. ThrustGear etwas abweichend)
Gesamtgewicht............ca.120g
Trockengewicht............ca. 109g (nach Zündung)


Weitere Schritte:
Bei der Entwicklung von µArbeit haben sich viele Interessante Nebenprojekt aufgetan. Das lässt sich bei Recherche und „learning by Doing“ zum Glück nicht verhindern. Um "am Ball" zu bleiben habe dich die Entwicklung all diese Nebenschauplätze, Raketen und TODOs eingestampft.
Aktuell liegt der Fokus aus 3 Punkten.
1 - Dichtigkeit
Hier geht es um die Kapseldichtung und Erhöhung der Prozesssicherheit.
2 - Einfache Montage
Optimierung und Vereinfachung der Konstruktion. Weniger Teile, einfachere Fertigung.
3 - Aerospike Düse
Erste Tests

4 - Flugmodell

Darüber hinaus könnte ich mir vorstellen eine ausführliche Dokumentation vom µHybrid Projekt zu erstellen. Ich will die geschichtliche Entstehung und die einzelnen Entwicklungsschritte ausführlicher Darstellen. Das erspart angehenden Hybridforschern einiges an Arbeit und Schmerzen.

Links:
Video Versuch 126
STP Gesamtmodell
DXF Gesamtmodell
PDF Gesamtmodell
STL Treibstoff
STL Druckplatte
STL Zentrierring
Site Original Microhybrid

Geändert von Stif am 10. Januar 2023 um 20:21

Leider werden die verlinkten Bilder nicht immer korrekt dargestellt.
Aus diesem Grund nochmal die Bilder als Upload:





und die Links als "Klartext":
http://raidl.bplaced.net/%C2%B5arbeit/126_Video1.mp4
http://raidl.bplaced.net/µarbeit/126_Video1.mp4

http://raidl.bplaced.net/%C2%B5arbeit/G_Fuel_12_5_SN38.stl
http://raidl.bplaced.net/µarbeit/G_Fuel_12_5_SN38.stl

http://raidl.bplaced.net/%C2%B5arbeit/L_Zentrierring.stl
http://raidl.bplaced.net/µarbeit/L_Zentrierring.stl

http://raidl.bplaced.net/%C2%B5arbeit/MOD_V7_Helium2.dxf
http://raidl.bplaced.net/µarbeit/MOD_V7_Helium2.dxf

http://raidl.bplaced.net/%C2%B5arbeit/MOD_V7_Helium2.pdf
http://raidl.bplaced.net/µarbeit/MOD_V7_Helium2.pdf

http://raidl.bplaced.net/%C2%B5arbeit/MOD_V7_Helium2.stp
http://raidl.bplaced.net/µarbeit/MOD_V7_Helium2.stp

http://raidl.bplaced.net/%C2%B5arbeit/P_Druckplatte.stl
http://raidl.bplaced.net/µarbeit/P_Druckplatte.stl

Geändert von Stif am 10. Januar 2023 um 20:38

Wow, das sieht nach wirklich viel Arbeit aus, vielen Dank dass Du Dir die Mühe machst das hier zu dokumentieren.

Wenn ich das richtig sehe, konntest Du Drehteile doch nicht ganz vermeiden?

Gibt es noch andere, die mit Microhybriden experimentiert und Schubdaten haben? Gibt es da Unterschiede in der Leistung? 1350 Ns/kg klingt erstmal nach "wenig", das könnte z. B. an der Düse liegen.

Oliver

Danke für das Feedback!

In der Tat, der Injektor ist ein Drehteil....

Ja, MatthiasA hat da geniale Ergebnisse erzielt. Die Schubdaten liegen bei 20Ns.
https://www.raketenmodellbau.org/forum?action=viewthread&threadid=802643&page=2

Die Einheit Ns habe ich verstanden. Wie kommst du auf 1350 Ns/kg?

Das mit der Düse ist ein interessanter Gedanke. Die Caldera Modelle habe eine Lavaldüse aus Graphit. Wahrscheinlich nicht ohne Grund .

Gesamtimpuls geteilt durch Treibstoffmasse:

14,84 Ns / 0,011 kg = 1350 Ns/kg

Oliver

Geändert von Oliver Arend am 10. Januar 2023 um 21:04