Творець каналу BPS.space Джой Бі відомий тим, що збирає власні ракетні двигуни буквально з нуля — від хімічної суміші палива до фінального запуску. У своєму новому відео він показав виготовлення двигуна N-класу, розрахованого на розгін ракети до швидкості Маха 2 та висоти в 10 кілометрів, де апарат мав скинути камеру для сповільненої зйомки. Але дорога до успішного тесту виявилась значно драматичнішою, ніж планувалося — один конструктивний прорахунок мало не занапастив одразу два двигуни просто в момент заливки.
Двигун важив близько 25 фунтів у спорядженому стані та мав діаметр 4 дюйми — далеко не найпотужніша конструкція автора, зате з дуже показовою історією помилок.
Своя суміш палива та серйозний захистВ основі двигуна — фірмова паливна формула автора під назвою «Risky Batman», зроблена на основі HTPB-зв’язувача з додаванням тіенолу, антиоксиданту CAO5, лецитину, оксоміду та пластифікатора IDP. Окремо додається алюмінієвий порошок, що виступає паливом у складі суміші — саме він надає застиглому пропеленту характерний сірий колір.
Автор наголошує: працюючи з подібним пилом,
обов’язково потрібен повноцінний респіратор із картриджами P100, розрахованими на органічні пари — а не звичайна паперова маска, яку часто пропонують на студентських командних проєктах. Різниця принципова: маска захищає оточення від того, що виходить із організму людини, тоді як респіратор захищає саму людину від того, що є в повітрі.
Чому ці двигуни назвали «Xerox» — і скільки це коштуєУ відео автор виготовляє одразу два ідентичні двигуни, які жартома назвав «Xerox» (з буквою Z замість X, щоб уникнути проблем з однойменною компанією). Кожен з них розрахований на приблизно 15 000 ньютон-секунд загального імпульсу — це середина діапазону N-класу.
Автор чесно ділиться економікою власного виробництва: на один двигун йде близько 16,5 фунта пропеленту, а з урахуванням втрат при змішуванні — приблизно 18 фунтів. За поточними цінами на матеріали (близько 22 долари за фунт) вартість пропеленту одного двигуна складає приблизно 370 доларів Для порівняння, комерційний заряд з майже ідентичним імпульсом коштує приблизно на 1000 доларів більше — тож економія реальна, хоча й не безкоштовна з точки зору витраченого часу та праці.
- Основне обладнання — міксери, вакуумні насоси, шафи для роботи з хімікатами
- Менш очевидні витрати — оправки (мандрелі), токарний та фрезерний верстати, тестові стенди, розхідний матеріал на невдалі спроби
- Реальна економія починається лише тоді, коли витрати на обладнання окупляться протягом тривалого часу або великої кількості вироблених двигунів
Причина — хімічна реакція між тіенолом та перхлоратом амонію, яка виділяє газоподібний аміак. За словами автора, поширена думка, що ця пауза потрібна лише для запобігання утворенню бульбашок від аміаку, насправді неточна.
Насправді аміак реагує з тими самими NCO-групами затверджувача MDI, з якими мав би реагувати HTPB-зв’язувач. Тобто аміак фактично заважає повноцінному затвердінню пропеленту — і саме тому потрібно дати йому час вивітритися до заливки,
а не тільки через ризик утворення пустот.
Ретельна підготовка форм — і критична помилка на наступному кроціДля формування внутрішнього каналу автор використав алюмінієві оправки з 3D-надрукованими фінільними вставками, а також спеціальні ковпачки для заливки з фірмовим логотипом каналу — вони не лише додають естетики, а й дозволяють максимально щільно заповнити гільзу пропелентом без втрати продуктивності на кінцях.
Саме тут і сталася найнебезпечніша частина всього процесу. Щоб видавити зайвий пропелент через отвори у ковпачку заливки, потрібен тиск. Автор описав це просто: консистенція пропеленту в цей момент нагадує пластилін — технічно рідина, та насправді ні. Приклавши близько 75 фунтів ваги власного тіла на ковпачок площею 7,5 квадратних дюймів, він отримав приблизно 10 psi тиску на поверхні суміші.
Куди зникає тиск, коли пропелент «майже рідина»Проблема в тому, що оскільки застигаючий пропелент усе ще поводиться подібно до рідини, значна частина цього тиску передається аж до самого низу гільзи — а там немає жодного герметичного ущільнення, лише неглибокий контакт із опорою.
У звичайному режимі, коли пропелент тримається лише під власною вагою, це ніколи не було проблемою.
Але з тиском у 10 psi суміш почала шукати альтернативний вихід — і оскільки боковий і верхній шлях були перекриті, пропелент почав просочуватися прямо через нижню основу, злегка піднімаючи гільзу вгору.
- Вага гільзи становила близько 2 фунтів, а площа її основи — приблизно 1 квадратний дюйм
- Будь-який тиск понад 2 psi, що просочується знизу, вже здатний підняти гільзу
- Підйом усього на 9 мм означав би вихід за критичний виступ основи
- Після цього порогу пропелент почав би стрімко витікати через бічну частину основи, безповоротно зіпсувавши двигун
Мішки з піском як екстрений порятунокДовелося на ходу відмовитися від запланованих ковпачків для заливки й натомість зосередитися на видаленні зайвого пропеленту та очищенні верхньої частини гільзи. Оскільки суміш рухається дуже повільно, внутрішній тиск усередині продовжував тиснути на гільзу навіть без додаткового навантаження зверху — тому в хід пішли мішки з піском та стяжні ремені,
щоб утримати конструкцію на місці, поки пропелент остаточно не затвердіє.
Автор чесно визнає — це не той сценарій, який він планував, і навіть з мішками з піском він не в захваті від такого рішення. Але результат виявився робочим, а це, за його словами, і є головна мета: не ідеальний двигун, а двигун, який справді працює.
Через 48 годин: майже все вдалосяКоли всю допоміжну оснастку зняли, з’ясувалося, що верхня поверхня заливки вийшла трохи бугристішою, ніж хотілося б, а логотип на обох двигунах змістився через те, що фіксуючий штифт між основою та оправкою зсунувся під час інциденту з тиском. Косметичний недолік, який жодним чином не впливає на продуктивність двигуна.
Розрахована густина пропеленту склала 1683 та 1669 кг/м³ для двох двигунів відповідно — показники, повністю відповідні всім попереднім двигунам автора, що підтверджує відсутність великих порожнин усередині заливки. Тест твердості за шкалою Шора A показав значення близько 60 через чотири дні після заливки, а через три місяці, перед випробуванням, зросло до низьких 70-х — теж у межах норми.
Статичний запуск:
цифри трохи нижчі за очікуванняПеред випробуванням автор озвучив прогноз: пік тиску близько 650 psi, приблизно 15 000 ньютон-секунд імпульсу, час горіння близько 5 секунд і, найголовніше, двигун має залишитися цілим. Успіх він оцінював у 80%, з найбільшим ризиком на передньому закритті камери згоряння.
Реальний результат виявився дещо нижчим за розрахунковий — близько 14 000 ньютон-секунд загального імпульсу, максимальна тяга трохи понад 3000 ньютонів з помітним ерозійним піком, а максимальний зафіксований тиск склав 624 psi За оцінкою автора, справжній піковий тиск під час ерозійного стрибка міг сягати 750–800 psi, тоді як орієнтовний поріг руйнування корпусу — близько 1000 psi, тобто певний запас міцності залишається.
Фенольне сопло, використане в експериментальному наборі замість графітового горла, ерозувало швидше, ніж очікувалося — що й пояснює трохи нижчий за розрахунок імпульс і подовжений час горіння. Епоксидне з’єднання сопла та закриття корпусу витримало випробування без жодних видимих слідів витоку чи перегріву — двигун після пострілу залишався лише теплим на дотик.
Пройшовши статичне випробування, автор перейшов до збирання льотного двигуна — майже ідентичного тестовому, але з димовим трасером у передньому закритті для кращої видимості ракети в польоті, а також з вушком-рим-болтом замість датчика тиску — саме через нього кріпитимуться стропи парашута під час спуску, тож надійність цього елемента критична для збереження всього ступеня ракети.
Фінальний запуск та результати польоту, за словами автора, стануть темою наступного відео каналу.
Запис Ракетний двигун ледь не зруйнувався просто в процесі заливки: інженер-аматор показав, як тиск у 10 psi мало не поховав два місяці роботи спершу з'явиться на ProstoMob.
