Volta as Origens - 2 - Motor com propelente de 70 mm de comprimento

Como 30 e 50 mm de propelente funcionaram perfeitamente, no teste de hoje foi feito um motor com 70 mm de propelente, o que aconteceu?????


M30_01_14:



Curva de Empuxo:

Características do motor-foguete:

Tubo do Motor:
Diâmetro externo: 15 mm
Diâmetro interno: 11.8 mm
Material: CPVC de água quente
Comprimento total: 95,0 mm

Propelente:
Comprimento do propelente (KNSU, 65% KNO3, 35% C12H22O11): 70,0 mm
Massa de propelente embarcada (após furo): ~9,797 g
Diâmetro interno do grão : 2,5 mm

Tubeira (feita em esmectita):
Comprimento da tubeira: ~12 mm
Massa de esmectita colocada: ~2.5 g
Diâmetro da garganta: 2.5 mm

Tampa (feita em esmectita):
Comprimento da tampa: >12 mm
Massa de esmectita colocada: > 3.0 g

Mt = Massa do motor-foguete antes do teste estático = 25.0 g
Mf = Massa do motor-foguete após o teste estático = 15.2 g
Mp = Massa dos gases ejetados = 9.8 g

Resultados:

It = Impulso total = 6.55 N.s
Fmed = Força de empuxo média = 2.03 N
Fmax = Força de empuxo máxima = 3.58 N
tq = tempo de queima = 3.23 s

CLASSE = C 2

fm = Fluxo de massa médio = 3.03 g/s
c = Velocidade de ejeção efetiva média = 668.83 m/s
Is = Impulso específico = 68.20 s

Considerando um coeficiente de empuxo de 1.01, teremos:

Pressão média (na força média) = 437.25 kPa

Pressão máxima (na força máxima) = 723.92 kPa


Observações:

O grão propelente era tubular, no entanto a queima se deu de forma praticamente constante !!!!!
Hipótese: A queima não se deu ao longo de todo o grão, apenas uma parte queimou e logo após isto a outra parte queimou.

O estranho foi que uma quantidade mínima de pólvora foi colocada! E mesmo assim a queima parece que se deu por partes.

Volta as Origens - Esmectita como tubeira e como tampa

Anotando alguns testes adversos feitos hoje:

Hoje foi testado um procedimento para preparar o propelente nitrato de potássio e açúcar a quente em um banho maria, no entanto a temperatura alcançada não foi suficiente pelo seguinte motivo:
- utilizou-se água no banho maria, a água em Curitiba ferve a uma temperatura menor que 100 ºC o que seria seguro para a preparação do propelente, a temperatura do líquido não aumentaria a partir deste valor. Mas o que aconteceu foi que o propelente foi simplesmente aquecido, não caramelizando nem nada.
Um teste posterior de queima denotou que o propelente manteve as suas características ( o propelente não capturou muita umidade, e mesmo se houvesse capturado, a temperatura maior faria com que ele se torne mais seco).



Mas vamos aos testes, foram 2 motores testados, lembrando que a tampa e a tubeira são de esmectita:

M29_01_14:




Curva de empuxo:

Características do motor-foguete:

Tubo do Motor:

Diâmetro externo: 15 mm

Diâmetro interno: 11.8 mm

Material: CPVC de água quente

Comprimento total: 60,0 mm

Propelente:

Comprimento do propelente (KNSU, 65% KNO3, 35% C12H22O11): 30,0 mm

Massa de propelente colocada: ~4,4 g

Diâmetro interno do grão : 2,5 mm

Tubeira (feita em esmectita):

Comprimento da tubeira: 11.8 mm

Massa de esmectita colocada: ~2.2 g

Diâmetro da garganta: 2.5 mm

Tampa (feita em esmectita):

Comprimento da tampa: >11.8 mm

Massa de esmectita colocada: > 2.2 g

Mt = Massa do motor-foguete antes do teste estático = 14.9 g

Mf = Massa do motor-foguete após o teste estático = 10.8 g

Mp = Massa dos gases ejetados = 4.1 g

Resultados:

It = Impulso total = 1.79 N.s

Fmed = Força de empuxo média = 0.84 N

Fmax = Força de empuxo máxima = 1.82 N

tq = tempo de queima = 2.13 s

CLASSE = A 1

fm = Fluxo de massa médio = 1.92 g/s

c = Velocidade de ejeção efetiva média = 436.04 m/s

Is = Impulso específico = 44.46 s

Considerando um coeficiente de empuxo de 0.82, teremos:

Pressão média (na força média) = 206.04 kPa

Pressão máxima (na força máxima) = 452.54 kPa

M29_01_14_2:




Curva de empuxo:

Características do motor-foguete:

Tubo do Motor:

Diâmetro externo: 15 mm

Diâmetro interno: 11.8 mm

Material: CPVC de água quente

Comprimento total: 80,0 mm

Propelente:

Comprimento do propelente (KNSU, 65% KNO3, 35% C12H22O11): 50,0 mm

Massa de propelente colocada: ~7,3 g

Diâmetro interno do grão : 2,5 mm

Tubeira (feita em esmectita):

Comprimento da tubeira: 11.8 mm

Massa de esmectita colocada: ~2.2 g

Diâmetro da garganta: 2.5 mm

Tampa (feita em esmectita):

Comprimento da tampa: >11.8 mm

Massa de esmectita colocada: > 2.2 g

Mt = Massa do motor-foguete antes do teste estático = 20.5 g

Mf = Massa do motor-foguete após o teste estático = 13.7 g

Mp = Massa dos gases ejetados = 6.8 g

Resultados:

It = Impulso total = 4.50 N.s

Fmed = Força de empuxo média = 2.11 N

Fmax = Força de empuxo máxima = 5.25 N

tq = tempo de queima = 2.13 s

CLASSE = B 2

fm = Fluxo de massa médio = 3.19 g/s

c = Velocidade de ejeção efetiva média = 661.45 m/s

Is = Impulso específico = 67.45 s

Considerando um coeficiente de empuxo de 1.01, teremos:

Pressão média (na força média) = 417.42 kPa

Pressão máxima (na força máxima) = 1054.55 kPa

OBSERVAÇÕES:

A ignição no primeiro motor testado não havia pólvora alguma, apenas o estopim. Observou-se um impulso específico muito baixo.

A ignição do segundo motor havia uma quantidade mínima de pólvora para observar o efeito, realmente o impulso específico aumentou consideravelmente, ficando muito próximo do record dos motores feitos por mim até aqui!!

Motor com tampa e tubeira de materiais diferentes

Foi feito um motor-foguete utilizando tubeira de esmectita e tampa de durepóxi.
Isto facilita a fabricação dos motores pois há a necessidade de aguardar apenas a secagem/cura da tampa, a tubeira e o propelente são simplesmente prensados e perfurados com diâmetros diferentes.
Neste teste estático foi utilizado a balança e 1kg de força máxima para uma melhor resolução da força.

Para facilitar a pressurização, antes de fechar o motor-foguete com a tampa de durepóxi, foi deixado um pacotinho de filme de PVC com uma quantidade pequena de pólvora negra no fundo do grão tubular, esta técnica melhora a pressurização e provavelmente por causa disto foi obtido um Impulso Específico maior do que qualquer outro teste anterior, 68.51 s! Chegando próximo ao impulso específico dos motores comerciais de papelão da empresa brasileira de motores-foguete, a Bandeirante, no caso deles o propelente utilizado é a pólvora negra.

Vídeo:




Curva de empuxo:

Características do motor-foguete:

Tubo do Motor:
Diâmetro externo: 20 mm
Diâmetro interno: 17 mm
Material: PVC de água fria, Pressão Nominal = 750kPa
Comprimento total: 65,0 mm

Propelente:
Comprimento do propelente (KNSU): 30,0 mm
Massa de propelente colocada: ~9,1 g
Diâmetro interno do grão : 3,5 mm

Tubeira (feita em esmectita):
Comprimento da tubeira: 20 mm
Massa de esmectita colocada: ~7.9 g
Diâmetro da garganta: 2.38125 mm ou 3/32 "

Tampa (feita em durepóxi):
Comprimento da tampa: 10 mm
Massa de durepóxi colocada: ~7.1 g

Mt = Massa do motor-foguete antes do teste estático = 30.7 g
Mf = Massa do motor-foguete após o teste estático = 23.2 g
Mp = Massa dos gases ejetados = 7.5 g

Resultados:

It = Impulso total = 5.04 N.s
Fmed = Força de empuxo média = 2.61 N
Fmax = Força de empuxo máxima = 5.49 N
tq = tempo de queima = 1.93 s

CLASSE = C 3
(Bem no início da classe C, pois ela se inicia com 5 N.s)

fm = Fluxo de massa médio = 3.88 g/s
c = Velocidade de ejeção efetiva média = 671.85 m/s
Is = Impulso específico = 68.51 s

Utilizando o mesmo esquema anterior, a curva de empuxo é análoga a curva de pressão admitindo o diâmetro da garganta constante e o coeficiente de empuxo constante, podemos encontrar a pressão pela fórmula: p=F/(A*Cf).
Considerando o diãmetro da garganta o diâmetro da broca (3/32") e um coeficiente de empuxo de 1.064, teremos:

Pressão média (na força média) = 550.26 kPa
Pressão máxima (na força máxima) = 1159.64 kPa

Conclusão:

Este esquema de fabricação permite grande agilidade na manufatura dos motores-foguete, permite também a utilização de diâmetros diferentes para a garganta e para o grão tubular.
O pacotinho com pólvora negra deixado no interior do motor-foguete foi responsável por melhorar muito o impulso específico e ainda o impulso total! Pois a mesma configuração foi utilizada em testes anteriores resultado em motor de classe B3.