Jag gjorde några timmar vid svarven idag och byggde om ventilen, det kändes lite tveksamt med nylontätningar mot överhettad ånga så jag gjorde två distanser i aluminium med spår för O-ringar. Nu verkar den täta bra upp till 6 bar i alla fall, verkstadskompressorn orkar inte mer så det blir till att koka upp raketen någon helg framöver för att se hur det fungerar.

Största fördelen med en O-ringad ventil är att man slipper svarva nya distanser ifall dom tagit stryk, bara att skruva isär ventilen och släppa i nya ringar.

Idag var det dagen D (som i dåligt väder), det var tillräckligt med is på Mosjön för att vi skulle kunna göra en första provkörning så vi lastade släpvagnen med grejor och åkte ner för att rigga. När vi tände upp elden var det en hel del skridskoåkare ute på isen men ryktet kanske spred sig för efter en stund hade alla åkt därifrån.

Med tanke på att vi inte hade en aning om hur sparken skulle gå bestämde vi oss för att åka två på den för att vikta ner den lite, jag satt fram och Olov skulle försöka styra så vi inte skulle åka in på land. Erik ska klippa ihop någon sorts teaser från dagen, vi tänker hålla igen lite med filmer från körningarna så ni måste masa iväg er till Funäsdalen för att se hur det rör på sig. Jag kan i alla fall säga att den knuffade på bra med tanke på att ekipaget vägde runt 200kg!

Hur som helst, efter att ha provianterat på pizzerian tänkte vi ge oss på en solorunda för att se hur mycket fortare det går med en 80 kg lättare spark. Tyvärr så hade tätningarna i kulventilen tagit stryk av värmen så den började läcka vatten när trycket ökade i tuben, som tur är så var ventilen lättmekad så jag ska svarva ett helt gäng tätningar så man kan byta till nya efter varje körning. Det blir lite som när Top fuel-gubbarna byter stift mellan reporna, nu kanske man äntligen kan lura någon att det är avancerade grejor man håller på med.

Idag byggde vi fästena till tuben och fräste ihop en vedpanna av ett oljefat, sen var det klart för start. Tyvärr så var det för klen is på Mosjön för att vi skulle kunna provköra sparken så vi fick nöja oss med att provstarta den på land.

Det krävs rätt mycket värme för att få upp tillräckligt med tryck i tuben, det tar mellan 45 minuter och en timme att få upp trycket när vi har en lövblås som blåser luft genom vedhögen. Vi fegade lite och nöjde oss med 50 bar första testet och innan vi lyft sparken av grillen och kopplat utlösningssnöret och draglinan till vågen så hade trycket sjunkit till runt 40 bar. Eftersom vi fäst draglinan lite väl lågt och hade sparken stående på två stålrör för dragkraftsmätningen så reste bakändan och sparken stod och gungade upp och ner av dragkraften.

Trots detta så mättes det upp över 90 kg dragkraft i några sekunder, sen sjönk dragkraften allt eftersom tiden gick men den gav över 50kg dragkraft de första 10 sekunderna och det kan anses vara bra.

Inför andra provskjutningen skippade vi stålrören och ställde sparken direkt på marken istället för att slippa kastandet, med tanke på att sparken har ungefär dubbelt så mycket dragkraft som den väger så behövs det inte mycket vingel för att den ska ta till väders. På grund av detta kunde vi inte mäta dragkraften den här gången men det får vi göra nästa gång på isen istället. Nu gick motorn stabilt och fint med till synes bra expansion i dysan, tur det så jag slipper göra en ny.

Vi eldade upp trycket till 65 bar den här gången, så när vi blåste av raketen var väl trycket strax över 50 bar.

Här är tre frames efter varandra från filmen och själva filmen, frågan kvarstår vem vi ska tvinga att stå grensle över den i Funäs…

Ikväll var jag och Olov nere i verkstaden och gjorde ett stor-ryck med raketsparksbygget, vi har en ordentlig pelarborr på jobbet så vi åkte dit och borrade hålen i dysan för M4-bultarna. Vi passade också på att bocka ramrören till sparken när vi var där, tänk så bra det är med jobb ibland.

Väl tillbaka efter en näringsrik middag på Frasses hamburgerfräseri kavlade vi upp ärmarna och började bygga spark, det flöt på bra och efter tre timmar stod sparken på egna medar. Till helgen ska vi försöka bygga motorfästena och göra en provstart, det kommer kombineras med korvgrillning och pilsnerdrickning eftersom vi ändå måste göra upp eld under sparken för att få upp trycket.

Hur det än går med provkörningen blir det alltså succé.

Ikväll började jag svarva ut dysan till den stora ångraketen, alla viktiga mått är klara så kvar att göra är lite finputsning och att borra och dra 6 st M4-gängor till anslutningshylsan som ska sitta på kulventilen. Tyvärr så har jag inte haft möjlighet att ta hit fräsen än, och eftersom det är lönlöst att försöka handborra hålen för gängning så får jag åka iväg och låna en pelarborr i morgon.

Det blev lite gjort idag också, jag och Erik var förbi Swedol där jag investerade i en industridammsugare och en bänkslip som jag har saknat. Inget är så bra som att ha.

Olov och Pål tittade förbi med en hydraulik-kulventil och lite kopplingar till den stora ångraketen så nu börjar det likna något, fördelen med en sån motor är att det är minimalt med delar inblandade. Kvar att göra på själva motorn är att svarva en dysa i aluminium vilket jag precis börjat med.

Vi gjorde även några provkörningar med den lilla raketmotorn för att testa ut vilken throatdiameter som ger lämplig brinntid, vi siktade på 5-6 sekunder vilket borde vara en bra kompromiss mellan dragkraft och brinntid och det visade sig att en diameter på 2.5mm var lämplig. Den stora raketen har 36ggr mer vattenvolym så efter lite räknande kom vi fram till att en throatdiameter på 12mm bör ge ungefär lika lång brinntid som på den lilla, detta återstår såklart att se…

Här kommer äntligen det alla har väntat på, nämligen ett långt stycke text om convergent-divergenta munstycken!

Introduction
The purpose of this applet is to simulate the operation of a converging-diverging nozzle, perhaps the most important and basic piece of engineering hardware associated with propulsion and the high speed flow of gases. This device was invented by Carl de Laval toward the end of the l9th century and is thus often referred to as the ‘de Laval’ nozzle. This applet is intended to help students of compressible aerodynamics visualize the flow through this type of nozzle at a range of conditions.

Technical Background
The usual configuration for a converging diverging (CD) nozzle is shown in the figure. Gas flows through the nozzle from a region of high pressure (usually referred to as the chamber) to one of low pressure (referred to as the ambient or tank). The chamber is usually big enough so that any flow velocities here are negligible. The pressure here is denoted by the symbol p_c. Gas flows from the chamber into the converging portion of the nozzle, past the throat, through the diverging portion and then exhausts into the ambient as a jet. The pressure of the ambient is referred to as the ‘back pressure’ and given the symbol p_b.

A simple example
To get a basic feel for the behavior of the nozzle imagine performing the simple experiment shown in figure 2. Here we use a converging diverging nozzle to connect two air cylinders. Cylinder A contains air at high pressure, and takes the place of the chamber. The CD nozzle exhausts this air into cylinder B, which takes the place of the tank.

Imagine you are controlling the pressure in cylinder B, and measuring the resulting mass flow rate through the nozzle. You may expect that the lower you make the pressure in B the more mass flow you’ll get through the nozzle. This is true, but only up to a point. If you lower the back pressure enough you come to a place where the flow rate suddenly stops increasing all together and it doesn’t matter how much lower you make the back pressure (even if you make it a vacuum) you can’t get any more mass flow out of the nozzle. We say that the nozzle has become ‘choked’. You could delay this behavior by making the nozzle throat bigger (e.g. grey line) but eventually the same thing would happen. The nozzle will become choked even if you eliminated the throat altogether and just had a converging nozzle.

The reason for this behavior has to do with the way the flows behave at Mach 1, i.e. when the flow speed reaches the speed of sound. In a steady internal flow (like a nozzle) the Mach number can only reach 1 at a minimum in the cross-sectional area. When the nozzle isn’t choked, the flow through it is entirely subsonic and, if you lower the back pressure a little, the flow goes faster and the flow rate increases. As you lower the back pressure further the flow speed at the throat eventually reaches the speed of sound (Mach 1). Any further lowering of the back pressure can’t accelerate the flow through the nozzle any more, because that would entail moving the point where M=1 away from the throat where the area is a minimum, and so the flow gets stuck. The flow pattern downstream of the nozzle (in the diverging section and jet) can still change if you lower the back pressure further, but the mass flow rate is now fixed because the flow in the throat (and for that matter in the entire converging section) is now fixed too.

The changes in the flow pattern after the nozzle has become choked are not very important in our thought experiment because they don’t change the mass flow rate. They are, however, very important however if you were using this nozzle to accelerate the flow out of a jet engine or rocket and create propulsion, or if you just want to understand how high-speed flows work.

The flow pattern
Figure 3a shows the flow through the nozzle when it is completely subsonic (i.e. the nozzle isn’t choked). The flow accelerates out of the chamber through the converging section, reaching its maximum (subsonic) speed at the throat. The flow then decelerates through the diverging section and exhausts into the ambient as a subsonic jet. Lowering the back pressure in this state increases the flow speed everywhere in the nozzle.

Lower it far enough and we eventually get to the situation shown in figure 3b. The flow pattern is exactly the same as in subsonic flow, except that the flow speed at the throat has just reached Mach 1. Flow through the nozzle is now choked since further reductions in the back pressure can’t move the point of M=1 away from the throat. However, the flow pattern in the diverging section does change as you lower the back pressure further.

As p_b is lowered below that needed to just choke the flow a region of supersonic flow forms just downstream of the throat. Unlike a subsonic flow, the supersonic flow accelerates as the area gets bigger. This region of supersonic acceleration is terminated by a normal shock wave. The shock wave produces a near-instantaneous deceleration of the flow to subsonic speed. This subsonic flow then decelerates through the remainder of the diverging section and exhausts as a subsonic jet. In this regime if you lower or raise the back pressure you increase or decrease the length of supersonic flow in the diverging section before the shock wave.

If you lower p_b enough you can extend the supersonic region all the way down the nozzle until the shock is sitting at the nozzle exit (figure 3d). Because you have a very long region of acceleration (the entire nozzle length) in this case the flow speed just before the shock will be very large in this case. However, after the shock the flow in the jet will still be subsonic.

Lowering the back pressure further causes the shock to bend out into the jet (figure 3e), and a complex pattern of shocks and reflections is set up in the jet which will now involve a mixture of subsonic and supersonic flow, or (if the back pressure is low enough) just supersonic flow. Because the shock is no longer perpendicular to the flow near the nozzle walls, it deflects it inward as it leaves the exit producing an initially contracting jet. We refer to this as overexpanded flow because in this case the pressure at the nozzle exit is lower than that in the ambient (the back pressure)- i.e. the flow has been expanded by the nozzle to much.

A further lowering of the back pressure changes and weakens the wave pattern in the jet. Eventually we will have lowered the back pressure enough so that it is now equal to the pressure at the nozzle exit. In this case, the waves in the jet disappear altogether (figure 3f), and the jet will be uniformly supersonic. This situation, since it is often desirable, is referred to as the ‘design condition’.

Finally, if we lower the back pressure even further we will create a new imbalance between the exit and back pressures (exit pressure greater than back pressure), figure 3g. In this situation (called ‘underexpanded’) what we call expansion waves (that produce gradual turning and acceleration in the jet) form at the nozzle exit, initially turning the flow at the jet edges outward in a plume and setting up a different type of complex wave pattern.

The pressure distribution in the nozzle
A plot of the pressure distribution along the nozzle (figure 4) provides a good way of summarizing its behavior. To understand how the pressure behaves you have to remember only a few basic rules

• When the flow accelerates (sub or supersonically) the pressure drops
• The pressure rises instantaneously across a shock
• The pressure throughout the jet is always the same as the ambient (i.e. the back pressure) unless the jet is supersonic and there are shocks or expansion waves in the jet to produce pressure differences.
• The pressure falls across an expansion wave.

The labels on figure 4 indicate the back pressure and pressure distribution for each of the flow regimes illustrated in figure 3. Notice how, once the flow is choked, the pressure distribution in the converging section doesn’t change with the back pressure at all.

Idag var vi iväg på Blårökens Dag och levde om lite. Jetmotorer, mopeder, gammskotrar, en traktor och ett kaffebord är ungefär allt som behövs för en lyckad söndag.

Bilder har jag inga, men det fanns många kameror på plats så ifall vi kommer över några kort läggs dom ut eftersom. Jag passade även på att hämta den större syrgastuben hos Olov för att kunna börja lite smått med bygget, en stålspark (o-antändbar, ett måste) har donerats från en generös polare så jag ska hämta den i morgon.

Det hände en grej också som ger lite konsekvenser för tävlingen, men jag lugnar mig med att skriva om det tills jag fått tag i bilderna.

Edit: Erik la in bilder på haveriet som ni ser, många varma repor tog till sist ut sin rätt och både turbin och gjutjärnshus har smält. Antagligen hade detta börjat redan under förra Funäskörningen då det gick rätt så hett till stundvis, vi anade att det var något skumt på gång eftersom motorn inte ens orkade hålla sig igång utan hjälp av lövblåsaren och när vi kollade in i EBK:n syntes det att det saknades lite metall här och där…

Hur som helst är en ny turbinspark planerad så det är ingen fara på taket, synd bara att den gamla skrutten inte får visa att den kan ta sig ända i mål nästa år.

Efter 6 raka timmar till i garaget är teststativet färdigt med alla attiraljer som därtill hör, bland annat en fjärrutlösare till kulventilen så jag inte riskerar att bränna mig på tassen och en reflektorplåt som ska styra ångan bort från stativet.

Ett bromshandtag till en cykel fick bli utlösningsanordningen, det funkade riktigt bra faktiskt förutsett att man är snabb på att trycka den helt i botten så inte så mycket vatten blåser ut innan ventilen är fullt öppen.

Baksidan med gasolbrännare, tryckklocka och ventilutlösaren. Den nya brännaren var mycket effektivare än den hemmagjorda så nu är trycket uppe på en grisblink.

Jag yxade även ihop ett nytt stativ till en liten pulsjetmotor som jag ska demonstrera i morgon, lite småfix med svetsen på motorn och sen var den klar för drabbning.