Können wir Flüssigtreibstoffe in Amateurraketen verwenden?

Ist es möglich und sinnvoll, Flüssigtreibstoffe wie Flüssigsauerstoff und Flüssigwasserstoff in Amateurraketen einzusetzen? Welche anderen flüssigen Brennstoffe werden verwendet?

Anmerkung des Moderators: Denken Sie daran, dass Diskussionen über selbstgebaute Motoren oder Treibstoffe hier ausdrücklich verboten sind, siehe diese Meta-FAQ . Die Antworten sollten Lösungen ansprechen, die im Handel für Hobby-Raketenbausätze erhältlich sind.

Es gibt zwei Bücher, die Sie sich ansehen sollten: "Design of Liquid Propellant Rocket Engines" von Huzel und Huang und "Rocket Propulsion Elements" von Sutton. Diese beiden Bücher beantworten Ihre Fragen viel besser als Stackexchange. Beide können legal kostenlos online gelesen werden.
Das wird sehr gefährlich. Sie sollten dies nicht versuchen. Das Debuggen von Raketentriebwerken beginnt oft mit einer Reihe unerwarteter Brände und Explosionen.
@uhoh Unsere Regel betraf die Herstellung Ihres eigenen Motors oder Treibmittels. die Verwendung von handelsüblichen Hobby-Raketenprodukten sollte ausdrücklich nicht ausgeschlossen werden. Im Handel sind Hybrid- und Flüssigmotoren und Treibmittel erhältlich, daher bin ich versucht, dies offen zu lassen, solange wir die Diskussion auf vorgefertigte Triebwerke/Treibmittel beschränken.
@called2voyage Ich wusste nicht, dass es solche Dinge gibt, danke. Ich habe meine enge Abstimmung zurückgezogen.

Antworten (3)

Flüssigtreibstoffe wie Kerosin und Wasserstoffperoxid – das ist riskant, aber machbar.

Kryokraftstoffe wie Flüssigsauerstoff und Wasserstoff - nein. Selbst wenn es Ihnen gelingt, einen Amateur-Raketenmotor zu entwickeln, der in der Lage ist, damit zu laufen, ist die Infrastruktur für ihre Speicherung und Manipulation für Amateure unerreichbar. Sogar Profis wie SpaceX vermeiden LH2 und fahren mit Kerosin, weil flüssiger Wasserstoff eine so undankbare Substanz ist, dass sie besser mit einer etwas geringeren Effizienz fahren und nicht damit umgehen müssen.

Sie können begrenzten Erfolg mit kryogenen flüssigen „Hochtemperatur“-Treibmitteln erzielen – LPG, Lachgas; Zeug, das über -100 ° C flüssig bleibt und nicht extrem aggressiv ist. Es ist immer noch ein Kopfschmerz, der den zusätzlichen Aufwand nicht wirklich wert ist. Einfach eine stabile Verbrennung zu bekommen und dabei den Versuchsaufbau nicht zu zerstören, ist ein großer Erfolg. Mit Luftfeuchtigkeit, die überall Reif bildet, Boil-Off-Produkten Explosionsgefahr bieten und alles mit dicken Handschuhen oder durch Zinken angefasst werden muss, um Erfrierungen zu vermeiden, Rennen gegen die Uhr, wenn das Boil-Off beginnt, Dämpfe nicht wirklich gesundheitsneutral sind usw. Sie werden Ihre Hände so voll haben, dass nicht genug übrig bleibt, um tatsächlich irgendwelche Arbeiten am Motor zu erledigen.

Kryo-fähige Ventile allein sind für die wohlhabendsten Enthusiasten weit außerhalb der Reichweite.
@Rikki-Tikki-Tavi. Da will man den semiprofessionellen Weg gehen. Aber der Weg der Amateurrakete lautet oft: "Wenn es undicht ist, stellen Sie einen Eimer darunter. Wenn es sich nicht bewegen will, schlagen Sie mit einem Hammer darauf." Jedes Ventil ist kryogenfähig, solange es nicht zerbricht, wenn Sie genügend Kraft aufwenden und eine ausreichende Leckage zulassen.
Das Austreten von Wasserstoff ist eine gute Möglichkeit, sich ganz schnell aus dem Staub zu machen. Und ein Ventil, das sich nicht öffnet, weil es eingefroren ist, ist nicht viel wert.
@Rikki-Tikki-Tavi: Nehmen wir an, wir arbeiten stattdessen mit flüssigem Lachgas. Wenigstens trotz der Erfrierungen, Prellungen und Verbrennungen würden Sie die gute Laune behalten.
Das ist nicht kryogen. Sie können es bei Raumtemperatur aufbewahren.
@ Rikki-Tikki-Tavi: Der Siedepunkt von Lachgas beträgt -88,48 ° C. 51,5 bar Dampfdruck auch, also nicht die Art von Tank, die Sie auf eine Rakete packen können, wenn Sie sie als Flüssigkeit verwenden möchten. Normalerweise wird in der Amateurrakete nur Druckgas verwendet.
Wenn Sie N20 bestellen, erhalten Sie es in einer Metallflasche, die weit über 50 bar standhalten kann. Sie können es ohne Kühlung unbegrenzt darin aufbewahren. Wenn Sie die Rakete füllen, verwenden Sie einen Druckregler. Es kocht ein wenig ab und kühlt es so ab, aber nicht viel. Ob Sie ein bestimmtes Stück Plastik verwenden können oder nicht, scheint von der genauen Formulierung abzuhängen. NBR wird manchmal als resistent eingestuft, aber YMMV, wie wir erfahren haben. Sobald der Kraftstoff im Tank ist, warten Sie, bis entweder die Sonne oder Ihre Heizung den Druck im Tank so stark erhöht hat, dass er mit seinem eigenen Druck gezündet werden kann.
Ich muss sagen, die Formulierung „nicht wirklich gesundheitsneutral“ gefällt mir sehr gut
@KamilDrakari: Während Hypergole wie UDMH/RFNA hochgiftig und stark reizend sind, werden Sie Lecks von LPG und N2O, sofern sie nicht entzündet werden, nicht direkt töten, aber Ihr Entscheidungsprozess kann stark beeinträchtigt werden, was Ihrer Gesundheit schadet. (beide werden als Freizeitdrogen verwendet.)
Diese Antwort muss bearbeitet werden, um zu verdeutlichen, was im Handel erhältlich ist. Denken Sie daran, dass wir als Community beschlossen haben, keine Diskussion über selbstgebaute Motoren/Treibmittel zuzulassen.
@called2voyage: Können Sie Ihre Anfrage präzisieren? Ich weiß wirklich nicht, was du meinst.
@SF. Es gibt einen Unterschied zwischen "Sie könnten diesen Treibstoff zu Hause herstellen" und "Sie könnten diesen Motor und dieses Treibstoff-Kit von diesem Hobby-Raketenhersteller für Verbraucher kaufen". Letzteres erlauben wir hier, ersteres nicht. Sie sollten also in Ihrer Antwort klarstellen, welche Treibstoffe für Hobbyraketen im Handel erhältlich sind.
@called2voyage: Ich denke, von denen, die ich erwähnt habe, erfordert nur LH2 ernsthaftere Vorkehrungen als nur einen Besuch beim örtlichen Händler - Sie können LO2 problemlos im Handel erwerben, obwohl ich Amateuren definitiv empfehlen würde, es nicht zu versuchen. Die kommerzielle Verfügbarkeit von Peroxid kann mit der von Ihnen gewünschten Konzentration variieren, aber IIRC ist einfacher, billiger, in höheren Konzentrationen und in größeren Mengen erhältlich, als ich für einigermaßen sicher halten würde.
@SF. Entschuldigung, ich meine, im Handel erhältlich als Hobby-Raketenprodukt.
@called2voyage: In diesem Fall muss jemand anderes diese Änderung vornehmen. Hier sind Einweg-Feststoffmotoren der einzige im Handel erhältliche Hobby-Raketenantrieb ...

Im Allgemeinen sind Flüssigtreibstoffe so schwierig zu handhaben und so gefährlich und die Raketentriebwerke so schwierig zu konstruieren und zu bauen, dass kommerzielle Triebwerke kaum existieren (und sich anscheinend im Bereich von Gerüchten, möglichen Kickstarter-Betrügereien und toten Geocities befinden Links). Die meisten Bemühungen ähneln eher von Amateuren betriebenen und finanzierten Forschungsprogrammen als irgendetwas, das als Mainstream-Amateurraketen erkennbar ist. Die meisten Tests scheinen statisch zu sein.

Flüssigbrennstoffmotoren sind in der NAR verboten und werden nur mit einer sehr speziellen (und selten erteilten) Genehmigung in der Raketenvereinigung von Tripolis geduldet. So traurig das auch ist, es ist der aktuelle Zustand der Welt. Vielleicht werden die Kosten für den 3D-Metalldruck in 20 Jahren niedriger sein und die Dinge könnten anders sein.

Hybriden scheinen etwas häufiger und erreichbarer zu sein, obwohl sie immer noch viele Probleme haben.

Die Reaction Research Society existiert und bietet einige Einrichtungen und andere Unterstützung für Leute, die mit Flüssigtreibstoffraketen arbeiten.

Amateur-Flüssigraketen sind machbar, aber teuer. Es gibt nur zwei Oxidationsmittel für den Amateur, flüssigen Sauerstoff und Lachgas. Eine Alternative ist Wasserstoffperoxid. Es ist machbar, aber Sie müssen es möglicherweise von 30-50% auf 80-90% destillieren. Brennstoffe können Kerosin, Propan und Alkohol sein.

Ein System zu bauen ist eine große Anstrengung. Sehen Sie sich die zahlreichen Teams an, die an der Base 11 Space Challenge teilnehmen. Viele Teams geben Geld aus, aber sie alle haben noch einen langen Weg vor sich.

Mein Rat ist, klein anzufangen, 50 bis 200 lbf Schub für den ersten Motor. Beginnen Sie mit einer Laufzeit von 10 Sekunden. Kleine Läufe bedeuten kleine Tanks. Achten Sie auf die Materialverträglichkeit. Recherchieren Sie viel, um festzustellen, welche Art von Ausrüstung Sie benötigen. Sie benötigen Zugang zu Werkzeugmaschinen (Fräse, Drehmaschine, Schweißer, Schleifer usw.), um kundenspezifische Stücke herzustellen.

Schließlich kostet es viel Zeit. Es ist schön, eine Gruppe von Menschen zu haben, die daran beteiligt sind.

Alle Teile, die mit flüssigem Sauerstoff in Kontakt kommen, sollten sehr sorgfältig von Kohlenwasserstoffen gereinigt werden. Andernfalls sind Explosionen möglich.
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