Рад всех приветствовать.
Пока точатся детали для бомбы Кроуфорда, займемся подготовкой к испытаниям: заготовим мини-шашки, сварим новый вид топлива и сделаем электронику.
В предыдущем выпуске мы решили провести тесты скорости горения топлива под давлением, в качестве подопытных будут мелкие (около 3-4 см в длину) шашки топлива. Задумка такая: отливаем мини-заряды и вставляем в них перпендикулярно оси тонкие (0.1мм) медные провода, затем поджигаем шашку с торца. При горении топлива расплавится первая проволочка, что будет сигналом для начала отсчета времени. Затем, когда перегорит вторая проволочка, получим вторую временную отметку. Зная расстояние между проводами и тот факт, что топливо горит по поверхности, произведя нехитрые математические вычисления, получим скорость горения в мм/с, а засекать время и считать будет ардуино.
С логикой процесса понятно, перейдем к отливке шашек. Их корпуса изготавливаем из бумаги, пропитанной силикатным клеем, которая наматывается на гладкий стальной пруток (взяли как раз тот, что используется для направляющих стенда по замеру тяги двигателя). Как нам подсказывали ранее, такая конструкция вполне подходит для предотвращения горения по той поверхности, где это горение не требуется, то есть, выходит бронировка. В нее и будем заливать топливо.
Первые закупленые реактивы подошли к концу, закупили новых. В Русхиме почему-то не оказалось калиевой селитры ХЧ, пришлось взять ЧДА. Она оказалась почему-то с желтоватым оттенком. Попытка сварить топливо с ней не увенчалась особым успехом — продукт получился какой-то слишком коричневый и не хотел полностью затвердевать, поверхность оставалась блестящей и липкой, как будто мокрая. Начали грешить на чистоту селитры и невозможность полностью выпарить воду. Отвакуумировали — результат тот же. Причем при вакуумировании материал выделял значительное количество пузырей.
Следующая итерация состояла в попытке не добавлять воду, а плавить сорбит напрямую, добавляя к нему сухую селитру. После варки топливо получилось примерно того же качества, только на этот раз в топливе были заметны вкрапления селитры. Оба топлива горели слабо и нехотя, при этом часть материала плавилась и вытекала. Нашли немного первоначальных реактивов еще с первой закупки, попробовали сварить, как делали раньше — тот же эффект.
В голову начали лезть мысли по поводу влажности атмосферы в помещении и/или влажности изначальных реагентов. Нашли и купили селитру с чистотой 99.5%, просушили ее и сорбит (по отдельности, естественно) в течение 6 часов при температуре около 60 градусов для удаления влаги, отвакуумировали и поместили в герметичные контейнеры. Наличие кристаллов селитры в варианте топлива, сваренного без добавления воды подтолкнуло к идее измельчения оной перед добавлением в расплав сорбита. В этом деле очень хорошо помогла электрическая кофемолка — селитра превратилась в пыль. Также нам подсказали, что изменение цвета на коричневый и низкое качество топлива может быть обусловлено перегревом сорбита.
Итак, опытным путем мы вывели технологию производства лучшего топлива в наших условиях:
Результат нас весьма приятно удивил. Во-первых, процесс собственно варки значительно ускорился, так как не надо выпаривать из расплава воду (время, затрачиваемое на сушку не учитываем — это процесс практически автоматический, вакуумирование тоже не занимает долго времени). Во-вторых, качество топлива (вид, цвет, время затвердевания) тоже заметно улучшились. По виду вообще получилось как на фотографии в википедии. В-третьих, топливо стало гореть намного лучше, ровно, без остатка и без расплавленых капель. Эту технологию и будем использовать в будущем.
В наших гильзах для мини-шашек швейной иглой проделываем сквозные отверстия перпендикулярно оси по диаметру, продеваем в отверстия проволоку, заливаем топливо и аккуратно трамбуем, стараясь не повредить провода. Контроль заполнения ведется путем взвешивания пустых шашек и полных. Зная объем топлива внутри шашки и его плотность, легко посчитать, полностью ли заполнена гильза или еще остались пустоты.
Раз уж задались идеей провести испытания скорости горения, решено было протестировать сразу и топливо на основе перхлората аммония, изготовлением которого и занялись. Этот вид топлива, с одной стороны, более прост в изготовлении, т.к. не требует нагревания и плавления, но с другой — более опасен ввиду своей неустойчивости и более сложен в плане компонентов.
А компоненты понадобятся такие:
ПХА был закуплен в Русхиме, остальные компоненты — в Пирохобби. Да, мы не стали использовать купленый ранее алюминиевый порошок, взяв вместо него сферический дисперсный алюминий марки АСД-6 с размером зерна < 10мкм с целью повышения площади поверхности реактивов. Перхлорат аммония был измельчен в той же электрической кофемолке, но делалось это уже по-другому: зафиксировали кнопку во включенном состоянии, а включали кофемолку вилкой в розетку с расстояния — все-таки, ПХА — опасная штука. Настотельно рекомендуем всем соблюдать технику безопасности.
Итак, для приготовления топлива нужно взять по массе такое соотношение компонентов:
Следует учитывать, что в последнем случае под связующим понимается смесь Эластэкса и касторового масла в пропорции 1:1, с чего и начинается приготовление: компоненты связующего необходимо тщательно смешать в емкости (желательно — пластиковой или стеклянной) и вымешать до отнородного состояния. Затем в него последовательно добавить топливо и окислитель. Из соображений безопасности добавлять необходимо мелкими порциями, тщательно вымешивая предыдущую. Надеюсь, не стоит напоминать, что при готовке рядом не должно находиться нагревательных приборов, источников огня и искр — это может привести к возгоранию топлива. Окончательное перемешивание удобно производить руками (обязательно — в перчатках, т.к. ПХА — сильный окислитель и кожу совершенно не жалеет), разминая полученную пластилиноподобную массу темно-серого цвета. Также аналогия внешнему виду и консистенции — мелкодисперсный кинетический песок.
В спешке нет необходимости — такой состав сохраняет пластичность до 6 часов, а окончательно затвердевает через 24 часа, превращаясь в довольно твердый материал. С затвердевшим топливом также стоит соблюдать осторожность: его нежелательно подвергать механической обработке (резать, сверлить и т.п.) — это может привести к возгоранию. Сразу же провели тест получившегося топлива. Горение напоминает бенгальский огонь.
Для ПХА-топлива в качестве гильз мы использовали обычные медицинские шприцы на 5 кубов, а проволоку в них вставляли при помощи игл от тех же шприцев: набиваем топливо до уровня проволоки, протыкаем корпус шприца насквозь поперек иглой, продеваем сквозь иглу проволоку, вынимаем иглу, оставляя проволоку внутри шприца и продолжаем набивать топливо дальше.
Лично для нас работа с перхлоратным топливом показалась более простой и удобной, чем с карамельным. Главное — соблюдать все меры предосторожности.
Принцип работы измерителя скорости горения уже был описан выше — не буду к этому возвращаться, а вот программную и аппаратную часть рассмотрим подробнее. Для стенда нам понадобятся:
Почти все компоненты соединяются между собой без пайки благодаря Troyka-форм-фактору. Связь осуществляется через WiFi, данные выводятся на веб-интерфейс. Скетч представляет из себя несколько видоизмененный вариант прошивки, которая использовалась для стенда, замеряющего тягу двигателя, в частности, оттуда же взят скрипт от Highcharts, выводящий данные в виде графика. Ссылка на прошивку будет в конце статьи.
На данный момент показания давления вводятся вручную, однако мы планируем поставить цифровой датчик давления и подхватывать результаты прямо с него. Если все выйдет, как задумано — обновим информацию по скетчу, но это будет уже в следующем выпуске.
Итак, электроника собрана, предварительно протестирована, значит, можно провести испытания при атмосферном давлении. Подсоединяем контактные провода шашек к стенду, подключаем запалы и идем тестировать. Результаты вышли примерно такие:
Как и ожидалось, при атмосферном давлении ПХА-топливо проигрывает карамели в скорости горения (1.25мм/с против 2.85мм/с), однако это топливо показывает свою наибольшую эффективность при повышенном давлении. Что ж, нам остается ждать изготовления фитингов и переходников для нашего баллона, провести с ним работу по внедрению всей нужной арматуры и провести испытания под давлением. Этим и займемся в следующей части.
Всем спасибо за внимание.
Видео по статье:
Скетч для стенда по измерению скорости горения топлива.
Пока точатся детали для бомбы Кроуфорда, займемся подготовкой к испытаниям: заготовим мини-шашки, сварим новый вид топлива и сделаем электронику.
Карамельное топливо v.2
В предыдущем выпуске мы решили провести тесты скорости горения топлива под давлением, в качестве подопытных будут мелкие (около 3-4 см в длину) шашки топлива. Задумка такая: отливаем мини-заряды и вставляем в них перпендикулярно оси тонкие (0.1мм) медные провода, затем поджигаем шашку с торца. При горении топлива расплавится первая проволочка, что будет сигналом для начала отсчета времени. Затем, когда перегорит вторая проволочка, получим вторую временную отметку. Зная расстояние между проводами и тот факт, что топливо горит по поверхности, произведя нехитрые математические вычисления, получим скорость горения в мм/с, а засекать время и считать будет ардуино.
С логикой процесса понятно, перейдем к отливке шашек. Их корпуса изготавливаем из бумаги, пропитанной силикатным клеем, которая наматывается на гладкий стальной пруток (взяли как раз тот, что используется для направляющих стенда по замеру тяги двигателя). Как нам подсказывали ранее, такая конструкция вполне подходит для предотвращения горения по той поверхности, где это горение не требуется, то есть, выходит бронировка. В нее и будем заливать топливо.
Первые закупленые реактивы подошли к концу, закупили новых. В Русхиме почему-то не оказалось калиевой селитры ХЧ, пришлось взять ЧДА. Она оказалась почему-то с желтоватым оттенком. Попытка сварить топливо с ней не увенчалась особым успехом — продукт получился какой-то слишком коричневый и не хотел полностью затвердевать, поверхность оставалась блестящей и липкой, как будто мокрая. Начали грешить на чистоту селитры и невозможность полностью выпарить воду. Отвакуумировали — результат тот же. Причем при вакуумировании материал выделял значительное количество пузырей.
Следующая итерация состояла в попытке не добавлять воду, а плавить сорбит напрямую, добавляя к нему сухую селитру. После варки топливо получилось примерно того же качества, только на этот раз в топливе были заметны вкрапления селитры. Оба топлива горели слабо и нехотя, при этом часть материала плавилась и вытекала. Нашли немного первоначальных реактивов еще с первой закупки, попробовали сварить, как делали раньше — тот же эффект.
В голову начали лезть мысли по поводу влажности атмосферы в помещении и/или влажности изначальных реагентов. Нашли и купили селитру с чистотой 99.5%, просушили ее и сорбит (по отдельности, естественно) в течение 6 часов при температуре около 60 градусов для удаления влаги, отвакуумировали и поместили в герметичные контейнеры. Наличие кристаллов селитры в варианте топлива, сваренного без добавления воды подтолкнуло к идее измельчения оной перед добавлением в расплав сорбита. В этом деле очень хорошо помогла электрическая кофемолка — селитра превратилась в пыль. Также нам подсказали, что изменение цвета на коричневый и низкое качество топлива может быть обусловлено перегревом сорбита.
Итак, опытным путем мы вывели технологию производства лучшего топлива в наших условиях:
- максимально чистые реактивы
- сушка реактивов перед варкой + вакуумирование
- хранение реактивов в герметичной емкости
- измельчение калиевой селитры перед использованием
- температура при плавлении не должна превышать 120 градусов
- варка без добавления воды
Результат нас весьма приятно удивил. Во-первых, процесс собственно варки значительно ускорился, так как не надо выпаривать из расплава воду (время, затрачиваемое на сушку не учитываем — это процесс практически автоматический, вакуумирование тоже не занимает долго времени). Во-вторых, качество топлива (вид, цвет, время затвердевания) тоже заметно улучшились. По виду вообще получилось как на фотографии в википедии. В-третьих, топливо стало гореть намного лучше, ровно, без остатка и без расплавленых капель. Эту технологию и будем использовать в будущем.
В наших гильзах для мини-шашек швейной иглой проделываем сквозные отверстия перпендикулярно оси по диаметру, продеваем в отверстия проволоку, заливаем топливо и аккуратно трамбуем, стараясь не повредить провода. Контроль заполнения ведется путем взвешивания пустых шашек и полных. Зная объем топлива внутри шашки и его плотность, легко посчитать, полностью ли заполнена гильза или еще остались пустоты.
Перхлоратное топливо
Раз уж задались идеей провести испытания скорости горения, решено было протестировать сразу и топливо на основе перхлората аммония, изготовлением которого и занялись. Этот вид топлива, с одной стороны, более прост в изготовлении, т.к. не требует нагревания и плавления, но с другой — более опасен ввиду своей неустойчивости и более сложен в плане компонентов.
А компоненты понадобятся такие:
- перхлорат аммония — окислитель
- алюминиевый порошок — топливо
- Эластэкс — полиуретановое связующее
- Касторовое масло — отвердитель для связующего
ПХА был закуплен в Русхиме, остальные компоненты — в Пирохобби. Да, мы не стали использовать купленый ранее алюминиевый порошок, взяв вместо него сферический дисперсный алюминий марки АСД-6 с размером зерна < 10мкм с целью повышения площади поверхности реактивов. Перхлорат аммония был измельчен в той же электрической кофемолке, но делалось это уже по-другому: зафиксировали кнопку во включенном состоянии, а включали кофемолку вилкой в розетку с расстояния — все-таки, ПХА — опасная штука. Настотельно рекомендуем всем соблюдать технику безопасности.
Итак, для приготовления топлива нужно взять по массе такое соотношение компонентов:
- окислитель — 70%
- топливо — 15%
- связующее — 15%
Следует учитывать, что в последнем случае под связующим понимается смесь Эластэкса и касторового масла в пропорции 1:1, с чего и начинается приготовление: компоненты связующего необходимо тщательно смешать в емкости (желательно — пластиковой или стеклянной) и вымешать до отнородного состояния. Затем в него последовательно добавить топливо и окислитель. Из соображений безопасности добавлять необходимо мелкими порциями, тщательно вымешивая предыдущую. Надеюсь, не стоит напоминать, что при готовке рядом не должно находиться нагревательных приборов, источников огня и искр — это может привести к возгоранию топлива. Окончательное перемешивание удобно производить руками (обязательно — в перчатках, т.к. ПХА — сильный окислитель и кожу совершенно не жалеет), разминая полученную пластилиноподобную массу темно-серого цвета. Также аналогия внешнему виду и консистенции — мелкодисперсный кинетический песок.
В спешке нет необходимости — такой состав сохраняет пластичность до 6 часов, а окончательно затвердевает через 24 часа, превращаясь в довольно твердый материал. С затвердевшим топливом также стоит соблюдать осторожность: его нежелательно подвергать механической обработке (резать, сверлить и т.п.) — это может привести к возгоранию. Сразу же провели тест получившегося топлива. Горение напоминает бенгальский огонь.
Для ПХА-топлива в качестве гильз мы использовали обычные медицинские шприцы на 5 кубов, а проволоку в них вставляли при помощи игл от тех же шприцев: набиваем топливо до уровня проволоки, протыкаем корпус шприца насквозь поперек иглой, продеваем сквозь иглу проволоку, вынимаем иглу, оставляя проволоку внутри шприца и продолжаем набивать топливо дальше.
Лично для нас работа с перхлоратным топливом показалась более простой и удобной, чем с карамельным. Главное — соблюдать все меры предосторожности.
Электроника для стенда
Принцип работы измерителя скорости горения уже был описан выше — не буду к этому возвращаться, а вот программную и аппаратную часть рассмотрим подробнее. Для стенда нам понадобятся:
- WiFi-Slot
- Slot Expander
- OLED-дисплей
- Силовой ключ N-Channel — 2 шт.
- Аккумулятор ET ICR16340C
- Power Cell
- провода, припой, флюс, разъемы
- аккумулятор 12В от шуруповерта
Почти все компоненты соединяются между собой без пайки благодаря Troyka-форм-фактору. Связь осуществляется через WiFi, данные выводятся на веб-интерфейс. Скетч представляет из себя несколько видоизмененный вариант прошивки, которая использовалась для стенда, замеряющего тягу двигателя, в частности, оттуда же взят скрипт от Highcharts, выводящий данные в виде графика. Ссылка на прошивку будет в конце статьи.
На данный момент показания давления вводятся вручную, однако мы планируем поставить цифровой датчик давления и подхватывать результаты прямо с него. Если все выйдет, как задумано — обновим информацию по скетчу, но это будет уже в следующем выпуске.
Итак, электроника собрана, предварительно протестирована, значит, можно провести испытания при атмосферном давлении. Подсоединяем контактные провода шашек к стенду, подключаем запалы и идем тестировать. Результаты вышли примерно такие:
Как и ожидалось, при атмосферном давлении ПХА-топливо проигрывает карамели в скорости горения (1.25мм/с против 2.85мм/с), однако это топливо показывает свою наибольшую эффективность при повышенном давлении. Что ж, нам остается ждать изготовления фитингов и переходников для нашего баллона, провести с ним работу по внедрению всей нужной арматуры и провести испытания под давлением. Этим и займемся в следующей части.
Всем спасибо за внимание.
Видео по статье:
Скетч для стенда по измерению скорости горения топлива.