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MatthiasA

Anzündhilfe

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Beitrag 7649711 , Arduinoprüfstand - Microhybrid [Alter Beitrag09. Juni 2021 um 22:39]

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Hallo zusammen,

nachdem ich aktuell daran bin meine erste Rakete mit dem Microhybrid zu basteln, welchen ich mir bei Eclipse Rocketry bestellt hatte, war ich sehr länglich auf der Suche nach Schubkurven für besagten Treibsatz. Gleichzeitig hatte auch ich den Wunsch verschiedene Reloads selbst zu drucken und miteinander zu vergleichen.

Am Schluss habe ich einen Arduino, eine Wägezelle von Ali.com und ein kleines Relais verbaut...im Grunde so wie man das im Internet an vielen Stellen findet. Die Halterung ist aus einfachem PLA gedruckt. Die Samplerate liegt bei ~80 Hz.

Als Motor zum testen habe ich einen Klima D9-P genommen, für welchen ich auf einen Gesamtimpuls von 19,5 Ns und einen durchschnittlichen Schub von 8,5 N gekommen bin. Für die Gesamtkosten von nicht einmal 10€ war ich von dem Ergebnis positiv überrascht.





Nun ging es also zum Hybrid und nachdem ich mit Jürgen viele, viele Versuche und Geduld in das Zünden des Hybrids investiert habe konnte ich schließlich sehr verlässlich zünden und die verschiedenen Grains testen. (Papier, HDPE, ABS, ABS mit Stern, ABS "Hollow Star".



Am Ende habe ich die besten Erfahrungen mit dem nach innen als Stern ausgeprägten Grain aus ABS gemacht, zündet super zuverlässig und bringt es auf D9 mit 15,3 Ns Gesamtimpuls.




Hier noch ein Link zu meinem Versuchen und die Frage an alle Hybridexperten was es mit dem "pfurtzen" des Hybrids nach Brennschluss auf sich hat. (Micro Hybrid Rocket Engine )

Als Anhang zum Post findet ihr einige Schubkurven als eng-File, erstellt mit dem ThrustCurveTool, vielleicht kann Sie ja jemand brauchen. Ich plane damit jetzt meine nächste Rakete.

Hoffe ich habe mit dem sehr alten Thema Microhybrid und meinem sehr einfachen Prüfstand niemand gelangweilt.

Viele Grüße,
Matthias

Anhang: triebsaetze.zip

Geändert von MatthiasA am 09. Juni 2021 um 22:50

Hybrid Uli

Anzündhilfe

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Beitrag 7649713 [Alter Beitrag10. Juni 2021 um 01:43]

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Servus Matthias,

Hybridmotoren neigen mitunter zum Intermittieren, was verschiedenste Formen annehmen kann.

Beim Intermittieren wechseln sich die Druckspitzen im Drucktank und der Brennkammer im schnellen Takt.

Durch das rasche abkühlen des Tanks sinkt der N2O Druck bis der Brennkammerdruck höher ist als der Förderdruck, was im übertriebenen Sinne zum abreisen des Gasstroms führt und zum rapiden Druckabfall in der Brennkammer wodurch sich die Leistung stark reduziert. Ist der Tankdruck wieder höher strömt wieder N2O in die Brennkammer und die Leistung fährt wieder hoch bis dieser dann wieder....

Es hat aber den Anschein das Druckerkunststoffe einen scheinbar heftigeren "Wiederentzündungsimpuls" haben als z.B. Stearin, was zu schon einem heftigen patschen bei jeder wiederentzündung führt. Bei einem Testlauf fliegt etwas davon, entl. flüssiger Kst? der das Geräusch unterstützt?

Es ist erstaunlich was die Motoren unter diesen Betriebsbedingungen leisten; das Diagramm vom D Motor ist schlüssig.

Der Grund, warum es ein Kandidat fürn Flätulanzwettbewerb ist, liegt in dem Umstand das der Motor falsch herum betrieben wird. Das Gas muss im Tank quasi verkochen um in die Brennkammer zu gelangen.

Oben ist unten.

Im vorliegendem Fall betreibst du den Motor mit reiner Gasphase. Dies führt zu einer langen Brennzeit mit niedrigem Brennkammerdruck und somit auch einer schlechten Leistungsausbeute.

Die Diagramme sind für Flugberechnungen gänzlich ungeeignet. Beim Flug wird der Motor mit der Düse nach unten in der Rakete gezündet und auf einmal arbeitet der Motor mit flüssigem N2O und einer doch sehr veränderten Charakteristik.

Der Effekt sollte in diesem Fall nicht wirklich übermäsig groß sein, zum einen ist es von den Betriebsmitteln her ein sehr begrenztes System, zum anderen ist der Brennstoffeintrag bei Kunststoffen grundliegend etwas dürftig.

Dennoch wird sich beim Düse unten betrieb die Brennzeit des Motors verkürzen, der Peak etwas in die Breite gezogen- und auch das Leistungsvermögen des Motors geht nach oben, das furzen sollte sich reduzieren.

Wenn du Diagramme von Hybridmotoren für Flugberechnungen verwenden möchtest so ist es unabdingbar diese wie im späteren Betrieb auch mit Düse nach unten zu vermessen.

Gruß

Uli

MatthiasA

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Beitrag 7649714 [Alter Beitrag10. Juni 2021 um 06:21]

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Hallo Uli,

Danke für die Antwort und ausführlich Erklärung. smile

Dann muss das ganze wohl an den nächsten WE einmal auf den Kopf gestellt/umgebaut werden. roll eyes (sarcastic)

Bin gespannt wie die Kurven dann aussehen...

Grüße,
Matthias
Oliver Arend

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Oliver Arend

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Beitrag 7649716 [Alter Beitrag10. Juni 2021 um 08:10]

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So gut wie Uli hätte ich es nicht erklären können, aber der Prüfstand ist doch super: Macht genau das was er soll für den geringstmöglichen Aufwand.

Vielleicht findest Du beim Betrieb in Normallage noch einiges über Deine Treibstoffe und -geometrien heraus.

Du scheinst ja jetzt schon viel experimentiert zu haben: Wie zuverlässig sind bei Dir Abdichtung und Zündung des Microhybriden? Das waren meiner Erinnerung nach in der Vergangenheit Schwachstellen. Die Abdichtung öffnete sich entweder von selbst oder die Zündung hat nicht ausgereicht.

Oliver
Diplom-Pyromane

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Beitrag 7649719 [Alter Beitrag10. Juni 2021 um 13:36]

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Hey klasse,

jetzt haben meine Söhne eine Aufgabe, 2 Arduinos liegen seit Jahren bei uns noch ungenutzt herum, und dem 3D Drucker tut Untätigkeit auch nicht gut.

danke für die Beschreibungen,

Grüße

Thomas
MatthiasA

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Beitrag 7649729 [Alter Beitrag11. Juni 2021 um 20:58]

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Zitat:
Original geschrieben von Oliver Arend

So gut wie Uli hätte ich es nicht erklären können, aber der Prüfstand ist doch super: Macht genau das was er soll für den geringstmöglichen Aufwand.

Vielleicht findest Du beim Betrieb in Normallage noch einiges über Deine Treibstoffe und -geometrien heraus.

Du scheinst ja jetzt schon viel experimentiert zu haben: Wie zuverlässig sind bei Dir Abdichtung und Zündung des Microhybriden? Das waren meiner Erinnerung nach in der Vergangenheit Schwachstellen. Die Abdichtung öffnete sich entweder von selbst oder die Zündung hat nicht ausgereicht.

Oliver




Bei dem Hybrid von Eclipse Rocketry ist im Vergleich zu älteren Varianten die ich kenne unterhalb der Burstscheibe und oberhalb des Grains eine Vertiefung für das Zündmaterial eingefräst. Mit einem genau passenden Stück "Schwarzpulvergrain" mit einem passenden Loch in der Mitte hatte ich eine Zündquote von fast 100 %.



Mit den Sterngeometrien hatte ich in der Tat das Problem, dass der Triebsatz teils nach außen durchgebrannt ist. Seit ich bei der Sterngeometrie oben und unten einen breiten "Kragen" gedruckt habe, hatte ich bei schon drei Versuchen kein Pech.



Bleibt abzuwarten ob das anders-, also richtigherum auch noch so ist... wink
MatthiasA

Anzündhilfe

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Beitrag 7649730 [Alter Beitrag11. Juni 2021 um 21:03]

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Zitat:
Original geschrieben von Diplom-Pyromane

Hey klasse,
jetzt haben meine Söhne eine Aufgabe, 2 Arduinos liegen seit Jahren bei uns noch ungenutzt herum, und dem 3D Drucker tut Untätigkeit auch nicht gut.
danke für die Beschreibungen,
Grüße
Thomas




Im rocketryforum.com war ich über eine schöne Beschreibung gestolpert.

Vielleicht fast zu ausführlich, aber es wird auch beschrieben wie man die billigen HX711 aus China von 10 Hz auf 80 Hz Samplingrate bekommt:

Arduino Model Rocket Motor Test Stand. Nick Cinquino and Len Johnson, 10/2015
Andreas B.

Grand Master of Rocketry

Andreas B.

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Beitrag 7649737 [Alter Beitrag11. Juni 2021 um 23:14]

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Zitat:
Original geschrieben von MatthiasA



Hoffe ich habe mit dem sehr alten Thema Microhybrid und meinem sehr einfachen Prüfstand niemand gelangweilt.





Hallo Matthias,

ganz im Gegenteil !

Ich bin von deinen Ergebnissen sowohl zum einfachen Prüfstand als auch zum Microhybrid echt beeindruckt,
da haben sich schon einige dran versucht, meist aber nur mit magerem Ergebnis...

Du solltest da unbedingt dran bleiben und damit weiter machen...wink !!!

Andreas

Nicht quatschen, machen ;-)!

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torstenb

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Beitrag 7649738 [Alter Beitrag12. Juni 2021 um 10:28]

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Hallo Matthias,

das Thema ist ein Dauerbrenner und immer wieder interessant.

Auch wir haben einen kleinen Messstand gebaut. Konkret Andreas hat die Mechanik gebaut und ich habe mich um die Elektronik Software und Verbindung zum Laptop gekümmert.
Ziel war anfangs auch, den Micro-Hybrid zu vermessen. Ich habe da noch so einen alten von Caveman rumliegen, den ich vor 2 Wochen endlich vermessen habe.

Auch meine Elektronik basiert auf einen Arduino oder besser XPlainedPro-Board für den Atmega328p mit etwas Elektronik. INA AD8226 mit pos/neg Spannungsversorgung, damit ich auch den vollen ADC-Bereich ohne Offset aufnehmen kann. Logischerweise muss ich vor dem Test den Nullpunkt einstellen. Der Atmega läuft mit 16MHz, somit ist die Sample Rate auf 9.615kSamples/s festgelegt. Schneller geht nur mit einem 20MHz Takt. Dann ist die Sample Rate bei 15.384kSamples/s. ADC Auflösung ist 10bits. Ein paar Wägezellen haben wir bei ebay "geschossen".
Die Datenübertragung erfolgt über UART-USB-Ethernetkabel 50m. Das Protokoll verwendet einen CRC-5 und rolling frame counter, um Paketverlusten oder Fehlern interpolieren zu können. Ich habe aber bisher noch keinen Fehler in der Kommunikation bei allen Messungen gesehen. Scheint sehr stabil und sicher zu sein.

Das Schöne an Andreas' Mechanik ist die Möglichkeit Hybrid-Motoren mit der Düse nach unten zu vermessen. Damit haben wir zum "RJD-Ersatz" auch ein paar größere Sachen testen können.

Aber hier erstmal der interessante Micro-Hybrid mit einem Papier-Grain:


Geändert von torstenb am 12. Juni 2021 um 10:29

torstenb

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Beitrag 7649740 [Alter Beitrag12. Juni 2021 um 10:36]

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Am Anfang dachte ich auch, dass meine gesamte Konstruktion mechanisch schwingt und habe das Verhalten mit einer "Leerzündung" des Motors (nur Zündung des Igniters ohne das der Motor angeht) nochmal verifiziert. Ich dachte, dass der starte Zündimpuls am Anfang eine "abklingende Schwingung" erzeugt.

Aber Uli hat das Intermittieren gut erklärt. Mein "Leerzündungstest" zeigte keinerlei Schwingen.
Das Intermittieren war auch der Grund, warum ich in der Diskussion beim SOFEX auf eine hohe Sampling Rate geschaut habe.

Ich würde den Motor als etwa D14 einschätzen.
Und ja, auch wir wollen unseren 3D-Drucker damit belasten. Deine Hinweise zum ABS und den Formen sind dazu sehr willkommen.

Geändert von torstenb am 12. Juni 2021 um 10:38

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