FORUM.PIROTECHNIKA.ONE.PL

[PINOT]

Panowie, dużo tutaj rozmawiamy o tym, że ktoś zrobił silnik z tego a tamten z owego. Materiałów jest wiele, ale jak wiadomo jeden drugiemu nie równy.

Była o tym mowa na forum, że parametrem charakteryzującym jakość materiału na korpus silnika jest naprężenie na granicy plastyczności (Re) lub po prostu naprężenie zrywające (Rm). Im sa one większe, tym lepiej choć pamiętać należy, że substancje kruche mają bardzo duże wartości naprężeń zrywających więc kiepsko sprawują się w warunkach obciążeń dynamicznych, na które również narażone są silniki.

Mam taką oto tabelkę skopiowaną ze strony internetowej pt. Wytrzymałość ciał stałych na rozciąganie (zrywanie):

Metale
Beryl -300/20
Cyna -14/70
Cynk -123/22
Glin - 64/45
Kobalt-240/4
Magnez-200/-
Miedź-200/60
Molibden-320/25
Ołów-14/50
Platyna-142/30
Sód-10/-
Srebro-140/45
Tytan-250/70
Wolfram-1715/2
Złoto-120/40
Żelazo (czyste)-250/50

Stopy metali
Brąz berylowy-1000/<50
Brąz cynowy-450/60
Brąz fosforowy-500/<60
Duraluminium-500/10
Elektron (MgA110)-200/-
Monel-1200/-
Mosiądz-200/-
Stal zwykła-400/20
Stale specjalne-2000/5
Stopy magnezu-250/15
Struny stalowe-4200/-
Szkła metaliczne-2000/5

Włókna
Azbestowe - 300/-
Bambusowe-350/-
Bawełna (tkanina)- 70/30
Bawełniane-400/8
Borowe-3000/0,8
Grafitowe-3000/1
Jedwabne -450/25
Karborundowe-3000/0,4
Kevlar-49/3600
Korundowe-/2000 -
Lniane-600/2,5
Nylonowe-500/25
Pajęczyna-180/-
Polioctan celulozy-70/-
Szklane-4000/4
Teflonowe-900/8
Cyrkoniowe (ZrO2)-500/-
Węglik boru-2400/-
Węglik boru-2400/-
Wiskozowe specj.-700/20

Tworzywa sztuczne
Nylon - 44 / 100
PCW - 55 / 2-40
Pleksi - 75 / 3-8
Polietylen (HDPE) - 30 / 300
Polietylen (LDPE) - 10 / 100
Polipropylen - 30 / 600
Polistyren - 50 / 1,5
Styropian - 0,3 / -
Teflon - 20 / 300

1-sza cyferka to Rm - wytrzymałość na rozciąganie w MPa
2-ga cyferka - względne wydłużenie w chwili zerwania w % (jeśli ta cyferka jest niemierzalna lub bardzo mała to Re=Rm)

Gdyby dodać do tego informacje, że stopy aluminium np. AlMg4 osiągają 150-250 MPa, stal najlichsza to 350 MPa a najlepsza to 2000 MPa a kompozyt szklany to nawet 3000-4000 MPa łatwiej poruszać się w sprawach doboru materiałów korpusów.

Z tabeli więc wynika jasno, że marna rurka ze zwykłego aluminium jest gorsza od rurki PCV (nawet przy tej samej grubości ścianki). Zaś rura z HDPE zastępuje rurę z podłego Al gdy jej ścianka jest tylko 2x grubsza. Na dodatek rura z czystego Al jest gorsza mechanicznie od miedzianej i cynkowej...
Interesujące, choć nie tanie i pracochłonne są kompozyty szklane. Dla amatorów, gdzie praca nad korpusem jest przyjemnością nie obowiązkiem są świetne, zwłaszcza że nie wymagają specjalnych narzędzi a elementy silnika mogą być klejone bądź zalewane spoiną włókna szklanego.

Warto wziąć to pod uwagę i czasem zastanowić się czy CATO nie jest spowodowane przecenieniem możliwości materiału z którego wykonaliście silnik.

Dodam od razu tutaj pewną istotną uwagę, nasuwającą się w trakcie analizy tabelki, a dotyczącą paliw HP: jaka jest konsekwencja doboru zbyt słabego materiału silnika dla paliwa HP?
- Paliwa HP mają tzw. graniczne ciśnienie spalania (zwykle 10 bar, czasem dużo więcej), poniżej którego palą się niestabilnie czyli ciufają;
- Słaby korpus silnika powoduje, że przed osiągnięciem granicznego ciśnienia spalania mamy CATO. Ewentualnie następuje CATO w chwili ciufnięcia. Zatem pewne kombinacje paliwo/korpus nie zadziałają nigdy;
- myśląc, że mamy za duże ciśnienie (no bo jest CATO) zmniejszamy zacisk co powoduje, że silnik pali się powolutku nie rozwijając żadnego ciągu i wtedy wydaje nam się, że paliwo jest do kitu.

Krótko - aby nie ciufało, aby silnik HP osiągnął pełną moc używajmy dobrych materiałów na korpusy i zwiększajmy zacisk.

[PINOT]

A teraz jak obliczyć rurę:

Zakładamy, że mamy rurę o średnicy zewnętrznej (D) i grubości ścianki (s), w której panuje dopuszczalne ciśnienie (P) w wyniku którego powstaje naprężenie na granicy plastyczności to (Re)

Najpierw wyliczmy średnicę uśrednioną, która wynosi:

Dśr = D - s/2

A teraz naprężenie na granicy plastyczności:

Re = P Dśr / 2s

lub obliczenie ciśnienia dopuszczalnego za pomocą Re:

P = 2 Re s / Dśr

PRZYKŁAD:
Rura Aluminiowa 30x1,0 wartość Re dla Al wynosi 65 MPa, jakie jest ciśnienie dopuszczalne ?

P = 2*65*1,0 / 30,5 = 4,26 MPa

a jak to wyjdzie dla rury PCV 30x3,0 gdy Re = 55 ?

p = 10,4 MPa

PAMIĘTAĆ:
Obliczenia są dla obciążeń statycznych, a silnik rakietowy pracuje w warunkach wibracji i gwałtownych skoków ciśnienia. Czasem jest też "liźnięty" przez płomień. Warto wziąć poprawkę i podzielić sobie wynik jeszcze przez 1,5.

[PINOT]

Z braku dyskusji dalszy ciąg materiałówki. Parę słów na temat kompozytów. Ktoś o to pytał, lecz usunięto temat. Ponieważ mam parę przydatnych tricków jak robić korpusy kompozytowe, postaram się cały proces opisać w podpunktach.

Korpus z kompozytu szklano-epoksydowego zwiniętny na rurze PE

1. Przygotowujemy żywicę w proporcjach zaleconych przez producenta. Ja na 40cm rury o ściance 4mm i średnicy wewnętrznej 32mm biorę TYLKO 44 gramy żywicy
2. Bierzemy rurę PE bądź wałek z PE lub PP o długości przekraczającej wymaganą długośc silnika,
3. Za pomocą pędzla nakładamy na wałek żywicę na całym obwodzie (malujemy żywicą);
4. Przygotowujemy pas tkaniny z tzw. rowingu szklanego (miękka i daje się łatwo układać) o gęstości 200-300 g/m2 i długości 3,5 x obwód rury
5. Zakładamy gumowe rękawiczki i delikatnie, ciasno nawijamy tkaninę szklaną na rurę PE. Około 3 warstw tkaniny wystarcza;
6. Po nawinięciu tkaniny od razu bierzemy rolkę tzw. rowingu szklanego (jest to miękka taśma złożona z przędzy szklanej - jedwabiu szklanego) i zgodnie z kierunkiem nawinięcia tkaniny nawijamy go pod kątem około 30 stopni do osi rury; Rowing nawijamy w tę i z powrotem (krzyżując nawoje jak na szpulkę nici) pasek koło paska, aż osiągniemy wymaganą grubość zewnętrzną rury. Co dwie warstwy rowingu malujemy całość warstwą żywicy;
7. Po nałożeniu ostatniej warstwy żywicy bierzemy taśmę szklaną o szerokości 20-50mm, wadze 100-200 g/m2 i podobnie jak rowing ciasno nawijamy ją na rurę pod kątem 30 stopni w tę i z powrotem. Sploty oczywiście krzyżują się pod kątem 60 stopni.
8. Rozgrzewamy piekarnik do temperatury około 100 stopni celsjusza
9. Pakujemy do niego rury i wyłączamy. Jest to bardzo ważna operacja. kto chce, może utwardzać rury w temperaturze pokojowej, ale w piekarniku jest lepiej. W temperaturze 80-90 stopni, ze względu na dużą rozszerzalność termiczną PE rura-forma zwiększa swoją średnicę. Ponieważ włokno szklane ma bardzo mały współczynnik rozszerzalności, nawoje szklane bardzo mocno się napinają, a z pomiędzy nich zaczynają uchodzić pęcherzyki wyciskanego powietrza, po chwili warstwy zewnętrzne się "pocą" i wypływa na ich powierzchnię ciekła żywica, która szybko wiąże.
10. Po pół godziny żywica jest już związana i można całość wyjąć z piekarnika
11. Zostawiamy rurę na noc w temperaturze pokojowej
12. Rano korpus jest twardy, ale rura nie chce wyjść. Aby wyszła całość wyrzucamy na balkon na mróz.
13. Następuje odwrotność rozszerzalności PE, rura forma się kurczy. Po godzinie bierzemy ją do ręki i stukamy czołem rury PE o podłogę. Nawinięty na nią korpus sam z niej spada
14. Powierzchnia rury nie wygląda zbyt ładnie, więc ją szlifujemy
15. Przygotowujemy świerzą żywicę i nakładamy ją na rurę, pozostawiamy na noc do związania. Jeśli dodamy pigmentu (np. pyłu Al) rurra wygląda ładniej.
16. Odcinamy nieregularne końce rury i uzyskujemy około 40mm rury fi 40x4,0 o wadze około 100 gram. W niej 40% stanowi żywica, 60% włókno szklane

Do takiej rury po wewnętrznym zmatowaniu lub zatoczeniu rowków łatwo można kleić za pomocą epoksydów dysze i zatyczki ceramiczne. Rura o podanych przeze mnie wymiarach bez problemu wtrzymuje parametry projektowe silnika na około 100 atmosfer tj. około 1500 psi

[Arkadiusz]

Wzory jakie podałeś omówiliśmy TU, są takie same :- ). Własnie to mnie zniechęciło do korusów na ŻE. Bardzo dużo pracy. Robiłem inaczej. Szkielet z cieńkiej rury papierowej kręciłem na wikolu. Na to - po wyschnięciu rury - nawijam tkaninę AGROWŁÓKNINĘ DO ŚCIÓŁKOWANIA CZARNĄ 50G/M2 , do ściółkowania gleby. Tkaninę smaruję ZE i rozprowadzam szpchelką. Potem nawijam cały czas mając napiętą tkanię. Na końcu owjam workiem PE na śmieci i owijam ( ściskam ) taśmą pakową. Generalnie silink robiłem na gotowo na tym cieńkim korpusie i dopiero na końcu nawijałem włókninę na ŻE.


O Agrowłókninie

Miłego Wieczoru A

[PINOT]

Moje rozwiązanie konstrukcji jest takie, bo musi spełniać pewne założenia:

1. Założenie optymalizacji wytrzymałości włókna: zgdodnie z obliczeniami Kermita, włókno dla optymalnej wytrzymałości musi być ułożone tak, aby podobnie naprężało je naprężenie liniowe i obwodowe. Ten warunek jest spełniony przy kącie nawinięcia około 30 stopni do osi rury.

2. Założenie minimalizacji ilości żywicy: żywica jest w zasadzie balastem, porównując ją z włóknem szklanym nie daje prawie wytrzymałości. Pełni rolę kleju uniemożliwiającego rozwinięcie włókien, nadaje sztywność i uszczelnia.

3. Żadnych materiałów o marnej wytrzymałości: dotyczy to zwłaszcza powierzchni wewnętrznych, które muszą być super wytrzymałe aby wytrzymać naprężenia ścinające spoinę po wklejeniu zatyczek.

Dlatego w moich korpusach: nie ma materiałów służących do czegoś innego niż laminowanie, jest minimum (tylko niezbędne) żywicy, nie ma papieru, szkła, jakiś innych plastyków zwłaszcza poliolefin.
Wykonanie korpusów do 4 silników laminatowych WU zajmuje mi 2 x po godzinie.

Pod tym adresem: http://www.havel-composites.com/index0.php?newlang=pl znajdziecie różne materiały w ofercie wysyłkowej. Jest to jeden z dosawców, ale uważam, że mają wszystko czego potrzeba.

Ze względu na dobrą adhezję żywic epoksydowych do PCV uważam za całkiem sensowne wzmacnianie rurek PCV nawojami laminatu.

[fox]

Witam!

Na początku chcę podziękować Pinotowi za linka do "Havel - Composities" znalazłem tam wiele potrzebnych mi produktów które normalnie skompletowanie po przez sklepy uliczne było wysoce kłopotliwe.

Mam do was pytanie odnośnie żywic epoksydowych, poniważ firma ta oferuje bogaty wybór, ich ceny wachają się dość znacznie. Nie znam się, a ciekawią mnie różnice między nimi. Przyznam się że szukałem Epidiamu 5 bo na nim opierałem się preparując paliwa żywiczne. Ta oferta trochę mi namieszała w "światopoglądzie", dlatego chciałbym prosić osoby kompetętne o przystępne wyjaśnienie różnic między nimi, może warto będzie zainwestować sporo pieniędzy w lepszą i droższą formułę by polepszyść własności balistyczne paliw na ŻE nad którymi pare osób z tego forum pracuje, sam przymierzam się do budowy powtarzalnego silnika na tych kompozycjach oraz do zmiany korpusów modeli ( czas porzucić obciachowe PCV).

pozdrawiam

[v-21]

[Hack]

skoro juz temat zostal odgrzebany, to powiem, ze natknalem sie na ciekawa amatorska obudowe weglowo kevlarowa http://www.dark.dk/Exhibition/Motor/Carbon/Carbon.html na dunskiej stronie. Cala strona jest imponujaca i ich dokonania. Widac kulture techniczna.

[Sylwek]

Bardzo ładne rozwiązanie i pewnie bardzo dobry stosunek masy do wytrzymałości, ale stosunek ceny do wytrzymałości w naszych warunkach ekonomicznych nie pozwala poważnie myśleć o takich SR.
Nie sądzę by wielu amatorów było stać na takie rozwiązania niestety żyjemy w biednym kraju.

[pessos]

[Hack]

Strasznie sie sralem ze zwijaniem korpusów papierowych wiec postanowilem zrobic maszynke do ich zwijania.Prosta konstrukcja, zamieszcze ponizej jej opis.

Potrzeba do tego:
2 rurki aluminiowe PA3 (u mnie L=220 mm Dz= 40 mm) - 6,5 PLN
4 zaslepki , sklejka gr 10 mm - bliskie 0 PLN
2 prety stalowe St0S gr. 9 mm L=260 mm i 320 mm - ~0,5 PLN
2 dowolne prety stalowe -prowadnice spreżyn L= 180 mm - ~0,5 PLN
2 zawiasy od drabiny z castoramy 1188 - ocynk żółty(KAPRYS MET; Rreszotary 589 32-040 Świątniki Górne, tel 012 270 50 60) - 20 PLN
2 kątowniki meblowe 3,6 PLN
4 Drewnowkręty i 4 sruby 6 mm - 3 PLN
Płyta V100 200 x 400 mm - ~2 PLN
2 spręzyny (ja mialem za zlomu - 0 PLN, polecam lazic po zlomach) skok kolo 40 mm 2 x ~5 kG L=~130 mm

narzedzia:
wiertarka
wiertlo do stali 9 mm
nakladka do wycnania otworow w np. sklejce
szlifierka- niekonieczna ale wskazana
flex - wskazany, ta sama uwaga co powyzej
srubokret
pilka do metalu
pilnik do metalu prostokatny

robocizna:

zalezy od obycia w warsztacie, mi to zajelo z godzinke , koszt- bezcenny;)

maszynka zacisnieta na pusto



maszynka rozwarta



wyjmowany waleczek na ktory nawijamy warstwy



Uwagi:

pierwsza wartstwa na sucho zawijamy, potem jeszcze kilka zwojow dla pewnosci ze idzie nam prosto, jesli nie idzie to odwijamy i poprawiamy ustawienie, wazne aby wlozyc jak najbardziej prostopadle.

Moja technologia wyglada tak, ze po zawinieciu jednego zwoju na sucho reszte kartonu-tektury malarskiej mocze ciepla woda i nakladam rownomiernie wikol.Karton sie nam rozciaga, odpreza i latwo chlonie klej.Po zawinieciu porzadanej ilosci zwojow zdejmuje walek gorny i zsuwam korpus.Susze po czym dodaje do szkla wodnego 10% wody i nasaczam tym wnetrze i od zewnatrz korpus.Bez dodatku wody szklo wodne nie wnika w glab warstw.Kiedy wysycha dodatkowo sie zaciska.
Kiedy juz nam wyschnie, jest naprawde pancerny, bez porownania ze zwijanym zupelnie recznie oraz z kupnymi.Kupne maja kleje o wiele mniej wytrzymale od wikolowych, poza tym mozna sobie dozowac ile sie chce kleju oraz mozna sobie dolozyc np. siatke szkalna do warstw w dokladny sposob.

Zakres grubosci korpusu w moim przypadku do max 65 mm, czyli bardzo duzo.Jesli komus potrzeba dluzszy to poprostu zwieksza dlugosc walkow i pretow prowadzacych.

Jesli ktos sie do tego zabierze musi pamietac o dokladnosci wykonania by nie bylo zjawiska krzywego prowadzenia zwoju, niedopuszczalne sa mimosrody, bicie na poziomie 0,3 mm moim zdaniem to max i zalezy od grubosci kartonu czy tektury.Jesli ktos chcial by uzyc papieru gazetowego bicie musi byc znacznie mniejsze.

oto schemat pogladowy dzialania:



rozpisalem sie bo chcialem wyczerpac temat.
ktos chce zrobic zwijarke?

[Arkadiusz]

[Hack]

Sluszna uwaga jesli chodzi o obustronne smarowanie klejem.Powiedz jak to zrealizowac kiedy zwijamy recznie?Wlasnie moja maszynka umozliwila mi to w koncu.Chlapalem sie jak kaczka kladac na calej powierzchni warstwe kleju dociskajac calosc do stolu.
A teraz zrobilem w kuwecie wyciecie na szerokosc kartki papieru o grubosci 1cm i wkleilem tam gume rozcinajac ja wzdloz.Kiedy nalewam klej nieprzecieka wkladam w te szczeiline papier i jak go podaje na walek jest caly zmoczony klejem, nadmiar kapie do kuwety pod spodem.
Klej po zwijaniu starannie wycieram, zachowanie czystosci to podstawa.
Zastanawialem sie czy oplaca sie to robic, poniewaz korpusy reczne tez sa niezle ale postanowilem sprawdzic.
Konkluzja jest dosc wyrazna, korpusy sa naprawde staranniejsze, poza tym kiedy dociaze docisk na walkach jakims ciezarem rurka jest tak sprasowana, ze nawet faldy nie graja tu roli, poprostu sa zapraswoane.
MAsz wiele racji w tym co piszesz, ale ja to sprawdzilem i biorac pod uwage swoje zdolonoci zwijanie recznego jak dla mnie jest to dobre rozwiazanie.MA jeszcze jadna zalete...mozesz robic wiekse srednice niz walek, tez to sprawdzilem, zakleszczasz ile chcesz papieru i zawijasz, postaje luz, ktory w niczym ine przeszkada a warstwy sa ubite, owal okragly.Schodza eleganco, bez zadnego problemu, to dodatkowa zaleta systemiku w odroznieniu od zwijania recznego, kiedy to czasami nie sposob zdjac rurki.
Podejzewam ze masz niezla wprawe w zwijaniu recznym.

pozdrawiam

[Arkadiusz]

[Hack]

Poruszalismy temat materialu na korpusy. W latach 60 nie udalo sie rozwiazac problemow konstrukcyjnych korpusow z melatli lekkich, dzis sprawa wyglada troche inaczej...postep:)
Moje zdanie na temat korpusow metalowych jest bardzo pozytywne, ale fajnie bylo by znalezc rozwiazanie problemow zwiazanych z konstrukcja ze stopow metali lekkich.
Przy okazji konsultacji z rzeczoznawca p.poz. odbierajac pewna konstrukcje inzynierska poprosilem o probe zabezpieczenia farba peczniejaca.Wyglada to tak, ze przy wysokiej tempetarurze powloka pecznieje i daje zabezpieczenie na tak zwane przebice ogniowe.
To naprawde zadzialalo i nie dalo sie przeciac palnikiem profila metalowego. Istnieje kilka sposobow na to: kilka wartst farby peczniejacej, "pyrogel"- czyli zel koloidalny zawierajacy okluzje wody w postaci ziarnistej oraz...powlekanie gipsem.To ostatnie daje mozliwosc zabezpieczenia przed przebiciem ogoniowym rownie dobrze co farba peczniejaca.
O ile wiem problem ze stopami Al powstaje w wyniku utraty wlasnosci przey wysokich temperaturach , na co ma wplyw przede wszystkim dobre przewodinctwo cieplne oraz wlasnoci stopu w zwiazku tez z rozszerzalnoscia cieplna.
KSARD radzi sobie z tym dobrze w silnikach jego budowy ale narazie nie sa zdolne wyniesc rakiety na 10 km, sa poprostu dosyc male jak na to.
Pisze ten post pod kontem RTP 10 km stad odgrzebanie tematu.
PINOT wspominal o detkach lub czerwonym silikonie, ale wydaje mi sie, ze wartstwa gipsu lub tej farby skuteczniej odizolowala by komore z reakcja od obudowy.
Wiemy, ze nie mozna poprostu powiekszyc proporcjonalnie silnika pompka pana kleksa i zadziala:)
W razie czego dysponuje probka tej farby.

http://www.farbyprzemyslowe-impa.pl/zabezpieczenia_ogniochronne_opis_systemu.php

[Arkadiusz]