u/NoPicture6763

Bir süredir kafamı kurcalayan bir soru var. Kendi roket motoru projemde de bu sorunla karşılaştım. Bulkhead, gövdeye vidalarla sabitleniyor; vidaların kesme kuvveti iç basınca dayanabiliyor, ancak vida yuvalarının bu basınca dayanması çok zor olmaz mı?

Örnek vermek gerekirse, motor tasarımımda yaklaşık 2 mm duvar kalınlığına sahip bir alüminyum boru, yanma basıncına dayanabiliyor. Ancak Fusion ve kendi analizlerime dayanarak, vida yuvasının dayanamayacağı sonucuna vardım. Bu nedenle, vida temas alanını genişletmek için duvar kalınlığını artırdım, ancak bu sefer artan ağırlık nedeniyle verimlilik kaybı yaşadım.

Burada aklıma iki çözüm geliyor: ya daha fazla vida kullanmak ya da epoksi reçine ile yapıştırma gibi yöntemlere başvurmak.

Belki de hesaplamalarımda bir şeyi karıştırıyorum. Kabaca yaptığım hesaplamaları kısaca açıklamak gerekirse:

İlk olarak, yanma odasındaki bulkhead duvarının çapına basıncı uygulayarak kuvveti Newton (N) cinsinden hesaplıyorum. Ardından, seçtiğim vidanın kesme mukavemetini araştırıyporum. Bunu vida sayısıyla çarpıyorum.

Vidaların toplam kesme mukavemeti, bulkhead duvarına etkiyen kuvvete dayanmak için yeterli. Ancak, alüminyum borudaki her bir yuvaya etkiyen kuvveti ve duvar kalınlığını dikkate aldığımda, yuvanın muhtemelen büküleceği veya genişleyeceği sonucuna varıyorum.

Bu konuda ne düşünüyorsunuz? Aynı problemi yaşadınız mı? Nasıl çözdünüz?

There’s a question that’s been on my mind for a while. I ran into this issue in my own rocket engine project as well. The partition is secured to the body with screws; while the shear strength of the screws can withstand the internal pressure, wouldn’t it be very difficult for the screw holes to withstand that pressure?

To give an example, in my engine design, an aluminum tube with a wall thickness of approximately 2 mm can withstand the combustion pressure. However, based on Fusion and my own analyses, I concluded that the screw hole would not be able to withstand it. Therefore, I increased the wall thickness to expand the screw contact area, but this time I experienced a loss in efficiency due to the increased weight.

Two solutions come to mind here: either using more screws or resorting to methods like bonding with epoxy resin.

Perhaps I’m mixing something up in my calculations. To briefly explain the rough calculations I’ve done:

First, I calculate the force in Newtons (N) by applying the pressure to the diameter of the bulkhead wall in the combustion chamber. Then, I look up the shear strength of the screw I’ve chosen. I multiply this by the number of screws.

The total shear strength of the screws is sufficient to withstand the force acting on the bulkhead wall. However, when I consider the force acting on each hole in the aluminum tube and the wall thickness, I conclude that the hole will likely bend or expand.

What are your thoughts on this? Have you ever encountered this problem? How did you solve it?

Bir süredir kendi başıma roket motoru yapmakla ilgileniyorum. Elimde bu tür üretimler için fazla imkan yok. Basit ama çalışabilecek bir motor yapmaya karar verdim. Amacım motoru oldukça ucuza getirmekti. Fakat metal ve grafit motorlar oldukça pahalıya imal ediliyor. Bu nedenle elimdeki 3d yazıcı ile gövde imal etmeye karar verdim.

Açık konuşmak gerekirse ilk başta aklıma gelen PLA gövde fikrini yapay zekaya sordum, o da bana asla böyle bir şey yapamayacağımı ve çok tehlikeli olacağından bahsetti; sanırsam system promptu yüzünden.

İnternette araştırdığımda PLA ve termal yalıtkan katman kullanmadan yapılmış motor ve kaynaklara rastlayamadım. En azından ihtiyacım olan bilgileri sağlamıyorlardı. Bu yüzden işi öğrenmek bana kalmıştı. PLA denemelerimde nozül hızlı bir şekilde eriyip genişliyordu, bu nedenle basınç ve itki elde edemiyordum. Nozül için farklı bir çözüm bulmam gerekiyordu. Aklımda somun pulu kullanmak geldi fakat daralma ve genişleme açısı uygun veremeyeceğinden içime sinmedi. Bazı insanların nozülü kedi kumu veya daha spesifik killeri sıkıştırıp sonradan matkapla delerek kullandığını gördüm. Fakat uygulaması ve kalıplanması benim için başka bir dertti; elimde bir matkap bile yoktu. Bir arkadaştan epoksi bazlı dübellin nozülde çalışacağı yönünde bir tavsiye aldım. Kendisi defalarca bu yöntemle bir sürü motor yapıp fırlattığından bahsetti. Ben de hemen bunu denemeye karar verdim. Biraz uğraştıktan sonra elimde kalıplanmış bir epoksi dübell nozülü vardı. Sıra yakıt dökümüne gelmişti. Yakıtı doğrudan gövde içine döküp yukarıdan PLA karot ile bastırıyorduk. Fakat ilk denememde karot yakıta yapıştı ve geri çekemedim. PLA katman zayıflığı yüzünden dayanamayıp kırıldı. Ben de biraz araştırma sonrasında yakıt kuruduktan sonra kırılmadan çıkması için karotu 1 derecelik bir koniklik ile üretmem gerektiğini öğrendim. Etrafını da teflon bant ile sardım bu sayede yakıta yapışmayacak ve ufacık bir geri çekmede tüm yüzeyler kurtulacaktı. Umduğum gibi de oldu. Sıra ateşlemeye gelmişti.

Her zamanki gibi kendi ürettiğim test standına motoru koydum. Ateşleme gayet güzeldi. Fakat epoksi dübelden yaptığım nozül, yanma sırasında oldukça eridi ve genişledi. Normalde nozül boğazında grafit kullanıldığı zaten biliyordum fakat nasıl grafit nozül elde edebilirim hiçbir fikrim yoktu. Ben de eldeki malzemelere yöneldim. Daha önceden bakır kaplama için aldığım grafit tozum vardı. Epoksi reçine satın aldım ve grafit tozum ile kütlece 1:1 oranında karıştırarak kalıpladım. Birkaç gün kürlendikten sonra yakıtı döktüm. Fakat nozül dayansa bile hala çalışmamasından korktuğum başka bir şey vardı: Sızdırmazlık.

Sızdırmazlığın en başından beri PLA gibi bir malzemenin problem oluşturabileceğini düşünüyordum. Viton O-ringleri taktım, ve kapağı kapattım ve vidaları iyice sıktım. Motoru test standına koyduktan sonra oldukça heyecanlıydım. Çünkü bu bahsettiğim şeyler benim için gayet uzun bir süre almıştı ve sonunda çalışıp çalışmayacağını görecektim. Yapay zeka ile ortaklaşa geliştirdiğimiz Bluetooth destekli telefon uygulaması ile ateşleyiciyi tetikledim. Motor beklediğimden daha iyi performans gösterdi. İşte motorun ateşleme kaydı:
https://www.reddit.com/r/rocketry/comments/1vudrrd/30ns_pla_case_motor/

Tüm bu süreç benim için hem çok eğlenceli hem de yorucuydu. Aslında bence bu tarz şeyleri daha zevkli yapan şey seni yorması. Test sonrasında motor gövdesinde gözle görülür bir yamulma veya hasar bulunmuyordu. Epoksi reçine ve grafit tozu karışımımın da plastik ve epoksi bazlı dübel gibi anında erimesini bekliyordum. Fakat çok kısa bir süreliğine de olsa şeklini korudu ve bu süre içerisinde itki üretebildi. Sıra içini incelemeye geldiğinde motoru açtım ve O-ringlerde hiçbir zedelenme olmadığını gördüm. Bunu gerçekten beklemiyordum. Tahminimce sıcak gazlar, O-ring yatağının önündeki PLA bölgesini kısmen eriterek bağlantı bölgesinde ek bir sızdırmazlık oluşturmuş olabilir.

Bu başarıdan sonra artık metal ve grafit kullanarak motorlar üretmeye çalışıyorum. Paylaşabileceğiniz herhangi bir bilgi veya öneri varsa duymaktan memnuniyet duyarım.

I apologise for the video quality; we didn’t stabilise the camera back then. The motor housing was manufactured entirely from PLA. The nozzle was cast using a mixture of epoxy resin and graphite powder in a 1:1 ratio. As the nozzle melts very quickly, the thrust decreases immediately. The PLA housing sustained no damage whatsoever after the test.

The pressure in the combustion chamber is a maximum of 10 bar. As the majority of the fuel has already been burnt and consumed by the time the nozzle melts, the ISP value is quite low.

KNO₃ + sorbitol + iron oxide: Our fuel solidified significantly within two or three hours. According to the OpenMotor analysis, I cannot see any errors in my design. However, the engine did not run properly.

I suspect the reason it failed to run was either an inadequate igniter or the inner part of the fuel not having dried sufficiently. However, I am not certain of this. Perhaps the nozzle was simply blocked. I believe the coffee-coloured residue that appeared before the combustion process was complete is a caramelised fuel mixture. This residue absorbed moisture very quickly and became quite damp.

What do you think could be the reason for the engine burning in this way?Any help is much appreciated!