[AR] How bout that Long March 5 launch?

  • From: William Valliant <wnvalliant@xxxxxxxxx>
  • To: arocket@xxxxxxxxxxxxx
  • Date: Fri, 4 Nov 2016 22:38:36 -0700

Looks like China did a good job with their new engines on the LM5, the wiki
said that they transfered technology from Russia to make it happen. Didn't
the US have the same access to technology transfer from the Russians with
the RD 180 agreement? Anyway, kudos to China. ( I was surprised that nobody
commented about this launch as it is more than hrs ago)

On Nov 4, 2016 10:08 PM, "FreeLists Mailing List Manager" <
ecartis@xxxxxxxxxxxxx> wrote:

arocket Digest  Fri, 04 Nov 2016        Volume: 04  Issue: 270

In This Issue:
                [AR] Re: Pressure Thrust and Momentum Thrust
                [AR] Re: N2O accident.
                [AR] Re: LOX Test Stand Integration
                [AR] Re: LOX Test Stand Integration
                [AR] Re: LOX Test Stand Integration
                [AR] Re: LOX Test Stand Integration
                [AR] Alternate nozzle materials for APCP propellant
                [AR] Re: N2O accident.
                [AR] Re: LOX Test Stand Integration
                [AR] Re: Alternate nozzle materials for APCP propellant
                [AR] Re: Alternate nozzle materials for APCP propellant
                [AR] Re: Alternate nozzle materials for APCP propellant
                [AR] Re: Alternate nozzle materials for APCP propellant
                [AR] Re: N2O accident.
                [AR] Re: Alternate nozzle materials for APCP propellant
                [AR] Re: Alternate nozzle materials for APCP propellant
                [AR] Re: Alternate nozzle materials for APCP propellant
                [AR] Re: {Spam?} Re: Pressure Thrust and Momentum Thrust

----------------------------------------------------------------------

From: Ian Woollard <ian.woollard@xxxxxxxxx>
Date: Fri, 4 Nov 2016 05:37:49 +0000
Subject: [AR] Re: Pressure Thrust and Momentum Thrust

On 2 November 2016 at 19:52, Norman Yarvin <yarvin@xxxxxxxxxxxx> wrote:

In any case, if purporting to explain something to me, you might deign
to actually address the main point I was making, namely that if one
takes the textbook equation and compares it under vacuum conditions to
the conservation of momentum, there's an extra term ("pressure
thrust") on one side of the textbook equation,


Yes!


so the two equations disagree.


No!

Fans of Douglas Adams will appreciate the concept of having tea and no tea
simultaneously, but the resolution for this apparent paradox is far
simpler: the Ve/Isps are different! In one case it is the vacuum Isp, and
in the other, it is the effective Isp when Pe=Pa.


  And when you take out the scales to judge credibility and
put all the rocket textbooks with that equation on one pan of the
scale and the conservation of momentum on the other, that resounding
"thunk" you hear is the conservation of momentum establishing its
authority and launching the textbooks past escape velocity.


Unfortunately our books can't do that either; which is the true shame here!

--
-Ian Woollard

Sent from my Turing machine



------------------------------

From: Bruce Beck <bbeck7@xxxxxxxxx>
Date: Thu, 3 Nov 2016 23:50:52 -0600
Subject: [AR] Re: N2O accident.

An orange cloud could be an indication of NO2 or N2O4.
On Thu, Nov 3, 2016 at 8:58 PM, Troy Prideaux <troy@xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx>
wrote:

I can’t recall seeing too much orange from the N2O mishaps that we’ve been
involved in on the test stand or launch rail, although they’re generally
pretty exciting times and it’s easy to overlook something like that.

  I did experience what I suspect was a flashback event some years ago
(which resulted in some damage to our forklift) but unfortunately the guy
videoing it zoomed out just prior to the event and was also on the worst
possible angle with a glary sky in the background washing out just about
every detail. www.propulsionlabs.com.au/Misc_Video_And_Images/
Flashback1b.wmv



Troy



*From:* arocket-bounce@xxxxxxxxxxxxx [mailto:arocket-bounce@xxxxxxxxxxxxx]
*On Behalf Of *Paul Mueller
*Sent:* Friday, 4 November 2016 12:02 PM
*To:* arocket@xxxxxxxxxxxxx
*Subject:* {Spam?} [AR] Re: N2O accident.



I can't find anything on a more recent incident, but the one in Florida on
Aug 29 apparently caused an orange cloud (pics at
http://www.pnj.com/story/news/local/escambia-county/2016/08/
29/airgas-explosion-dock-accident/89537072/). Does this sound right for a
nitrous oxide explosion?



On Wed, Nov 2, 2016 at 6:22 PM, Daniel Dyck <daniel.dyck.379ba@xxxxxxxxx>
wrote:

Just wanted to make sure, I got confused by "last summer". If there was an
explosion, there aren't any news articles on it (as far as I can tell from
my google foo).



On Wed, Nov 2, 2016 at 5:16 PM, Anthony Cesaroni <acesaroni@xxxxxxxxxxx>
wrote:

Apparently but I can't confirm, hence the inquiry.

Anthony

Sent from my iPhone


On Nov 2, 2016, at 8:11 PM, Daniel Dyck <daniel.dyck.379ba@xxxxxxxxx>
wrote:

Your link is only a month old - are you saying there was another explosion
even more recent then that?







------------------------------

From: Randall Clague <rclague@xxxxxxxxx>
Date: Fri, 4 Nov 2016 01:55:20 -0700
Subject: [AR] Re: LOX Test Stand Integration

I have a quibble with one piece of Ben's advice. I would say that
LOX-compatible plumbing that has been cleaned to LOX standard is LOX
compatible until -suspected- otherwise. The cost is LOX cleaning is low
enough, and the consequences of not LOX cleaning can be high enough, that
it's worth cleaning it again even if you're not sure it's contaminated.
Do cap it once you've cleaned it.  And label it and date it, and maybe keep
a log of who/what/when/how it was cleaned. Seems like a lot of overhead,
but it will pay for it the first time you don't spend weeks trying to
figure out why the same problem happened three times.

-R

On Thursday, November 3, 2016, Ben Brockert <wikkit@xxxxxxxxx> wrote:

On Thu, Nov 3, 2016 at 9:36 PM, Graham Sortino
<dmarc-noreply@xxxxxxxxxxxxx <javascript:;>> wrote:
Tanks - For a simple LOX compatible tank I've seen 2 approaches (a)
drill a
hole in the bottom of a steel gas's supplier tank and add fittings (this
seems to be what Robert did
http://watzlavick.com/robert/rocket/rocket1/photos/dsc_1344m.jpg) or
(b) cut
off the bottom of the tank and weld the dome of another tank (this is
what
the SEDS students at U Cal San Diego did http://www.sedsucsd.org/files/
static_fire_system_final_ report.pdf). I'm guessing (b) is better for
draining the LOX out of the bottom of the tank since its rounded
although
I'd prefer to use (a) because I do not have welding experience.

No, mild steel is not compatible with any cryogens. It becomes brittle
and could explode when pressurized or shatter when shocked. Stick with
aluminum, stainless steel, or brass. Robert's tanks are aluminum.

Insulation: Iinsulate all plumbing sections (including the tank) that
have
LOX into flowing through them. Are there any recommendations for types
of
insulation?

Any will work. Silicone insulation is less likely to disappear in a
somewhat energetic cloud than plastic foam. Cryogel is great but is
mildly flammable and is expensive. Pyrogel is the best but is
expensive to buy a roll.

If you use a fuel as insulation (styrofoam, spray foam, hardware store
pipe insulation) it's important that it not cover the fittings and
that none of the fittings leak.

LOX Propellant valve - it seems like most people are using an actuated
ball
valve. A hole needs to be drilled upstream in the valve to let trapped
LOX
escape. I could not find any good pictures of where this hole should be
so
if anyone has any references I'd appreciate it? It also seems like in
many

In the upstream face of the ball, centered in the port when the valve
is closed. It also needs to be well deburred and fillleted or it will
tear up the seal.

cases seals need to replaced in order for them to work effectively but I
had
trouble finding best practices for this. My understanding is that the
PTFE
shrinks more than the metal at cryo temperatures which causes gaps in
the
seals and possibly a spring energized seals can help here. Also, I was
hoping to start with off the shelf cryo valves to minimize the chances
of
accidents but I've been having trouble finding references of valves
people

You can google cryogenic ball valve and find suppliers. Expect to
spend around $1k for a specifically cryogenic ball valve with a
pneumatic actuator.

have used in the archives except for Robert's re-built Swagelok SS-62T6,
which is probably more than I need because it doesn't have to be flight
weight. I did find one reference to the SDSU students using this valve
http://www.mcmaster.com/#4632k144/=wvcozg from a posting dated
(Thursday,
April 23, 2015 12:21 PM) but the post suggested there were potentially
problems with the valve leaking.
Other Cryo Valves (eg. Vent, purge and fill valves) - I didn't find as
many
references to choices people made in this area but if there are any
suggestions for valves to get started with I'd appreciate it.
Fittings: Do not use NPT fittings with LOX except where unavoidable (eg.
on
vavle fittings) because the PTFE thread tape can get into the plumbing
and
create a safety/fire hazard. instead only use AN fittings without thread
tape.

Meh. I'm not as anti-NPT as some people here. I've used a lot of it
with success. Flushing out the system is a good idea. PTFE shreds in
LOX will not do anything too scary, it's mostly an annoyance of them
plugging orifices like in igniters or injectors.

Any valve with all LOX compatible materials that has been cleaned for
oxidizer service is LOX compatible until proven otherwise. It should
not be surprising that companies who have found success with non-cryo
valves in cryo use haven't shared all the details, since it does
represent hard fought experimental knowledge.

Seals and Lubricant: All seals must be PTFE and use Krytox to lubricate
valves/seals.

Don't lubricate valves at all. Krytox is LOX compatible, meaning it
won't explode, but it'll still freeze. PTFE is solid lubricant, in a
ball valve there's not really any significant metal on metal movement.

N2 vs LOX: if I start w/ N2 and switch to LOX do I need to buy all new
plumbing or can I clean the N2 plumbing and re-use it for LOX assuming
of
course it is LOX compatible.

You can clean it. You can also take it apart and send it to an
oxidizer cleaning shop.

Anything else that you feel is relevant?

So much. You're off to a good start, but there's a big knowledge base
to gain. As I suggested to the last person who asked on list about
this topic, you really should go to a FAR weekend on one when someone
is running a project with LOX, so you can see what people are doing
and hopefully see things you don't understand.


Finally, I haven't picked a chamber pressure yet for my engine as I'm
still
researching options but I'd say it would almost certainly be between 250
and
500 psia. All work will be done on my test stand so nothing needs to be
flight weight.

I'm still very much in the early planning phases and I'm sure I'll have
more
questions as I go through but any advice of course is very much
appreciated.

Kind Regards,
Graham





------------------------------

Date: Fri, 4 Nov 2016 12:52:15 +0000 (UTC)
From: "Graham Sortino" <dmarc-noreply@xxxxxxxxxxxxx> (Redacted sender
Subject: [AR] Re: LOX Test Stand Integration

Hi All -
Thank you very much for the feedback and advice. I had a few follow-ups I
wanted ask about as well:

Tanks
Thank you very much for the clarification. I will stick with aluminum.
Sorry I missed that very important point when reading through Bob’s news
archives.

Insulation
Thank you for the recommendations and understood.

Ball Valve Vent
“In the upstream face of the ball, centered in the port when the valve
is closed. It also needs to be well deburred and fillleted or it will
tear up the seal.”<<
Just to clarify does this mean the hole is drilled in the actual ball? I
had thought from reading other’s posts that the parts were first removed
the valve and then a hole was drilled in the valve body? If possible, a
picture would be very helpful.

Vendors
You can google cryogenic ball valve and find suppliers. Expect to
spend around $1k for a specifically cryogenic ball valve with a
pneumatic actuator.<<
Thanks & understood. I was thinking of using a servo actuated valve and
building the housing for this myself. That is what I did for my non-cryo
valves and it worked well although they were plug style valves rather than
ball.

It should not be surprising that companies who have found success with
non-cryo
valves in cryo use haven't shared all the details, since it does
represent hard fought experimental knowledge.<<
Thanks for explaining I hadn’t considered this but of course I understand
the rationale. I was hoping to using something like a Swagelok valve which
I’ve used in the past and like them quite a bit but since safety is more of
a concern than cost or weight I wouldn’t want to do this unless others had
at least a reasonable amount of success here. I thought maybe some of the
academic teams or their mentors who are on the list might be able to
provide some suggestions since its less of a trade secret.

For your test stand, find a surplus 1/2 or 3/4 inch Worcester cryogenic
ball valve and add a rotary or linear actuator to it.
Thanks Bob, I think I saw someone post about Worcester valves before and
mentioning they were good but quite pricey. I will keep an eye out.

Krytox
Don't lubricate valves at all. Krytox is LOX compatible, meaning it
won't explode, but it'll still freeze. PTFE is solid lubricant, in a
ball valve there's not really any significant metal on metal movement.<<
I see your point but I’m a bit confused by this because there was a post
from Carl on Thursday, April 23, 2015 12:21 PM regarding the team he
mentors where he says “We are using a COTS 3-piece ball valve… To modify it
for use as a cryo-valve we disassemble it and clean it, drill a vent hole
in the ball to vent out trapped LOX, and re-lube it with a light coating of
Krytox.”

In Person Training
As I suggested to the last person who asked on list about
this topic, you really should go to a FAR weekend on one when someone
is running a project with LOX, so you can see what people are doing
and hopefully see things you don't understand.<<
Thank you I hadn’t actually thought of doing this but safety is probably my
biggest concern and a ticket from NY to LA is not exorbitant enough to put
it out of reach. I do think I would learn the most watching first hand
rather than trying to piece it all together from reading snippets posted
online

LN2 vs LOX:
In theory, the LN2 should be as clean as the LOX but I have to relate
the story again about finding a glob of grease in my LOX tank after filling
it with LN2.  Since then I've added a filter which should prevent solids
from getting into my tank.
Thanks I think I remember you posting this as well. I would definitely want
to re-clean everything prior to oxygen service.

Kind Regards,Graham

      From: Randall Clague <rclague@xxxxxxxxx>
 To: "arocket@xxxxxxxxxxxxx" <arocket@xxxxxxxxxxxxx>
 Sent: Friday, November 4, 2016 4:55 AM
 Subject: [AR] Re: LOX Test Stand Integration

I have a quibble with one piece of Ben's advice. I would say that
LOX-compatible plumbing that has been cleaned to LOX standard is LOX
compatible until -suspected- otherwise. The cost is LOX cleaning is low
enough, and the consequences of not LOX cleaning can be high enough, that
it's worth cleaning it again even if you're not sure it's contaminated.
Do cap it once you've cleaned it.  And label it and date it, and maybe keep
a log of who/what/when/how it was cleaned. Seems like a lot of overhead,
but it will pay for it the first time you don't spend weeks trying to
figure out why the same problem happened three times.
-R

On Thursday, November 3, 2016, Ben Brockert <wikkit@xxxxxxxxx> wrote:

On Thu, Nov 3, 2016 at 9:36 PM, Graham Sortino
<dmarc-noreply@xxxxxxxxxxxxx> wrote:
Tanks - For a simple LOX compatible tank I've seen 2 approaches (a) drill
a
hole in the bottom of a steel gas's supplier tank and add fittings (this
seems to be what Robert did
http://watzlavick.com/robert/ rocket/rocket1/photos/dsc_ 1344m.jpg) or
(b) cut
off the bottom of the tank and weld the dome of another tank (this is what
the SEDS students at U Cal San Diego did http://www.sedsucsd.org/files/
static_fire_system_final_ report.pdf). I'm guessing (b) is better for
draining the LOX out of the bottom of the tank since its rounded although
I'd prefer to use (a) because I do not have welding experience.

No, mild steel is not compatible with any cryogens. It becomes brittle
and could explode when pressurized or shatter when shocked. Stick with
aluminum, stainless steel, or brass. Robert's tanks are aluminum.

Insulation: Iinsulate all plumbing sections (including the tank) that have
LOX into flowing through them. Are there any recommendations for types of
insulation?

Any will work. Silicone insulation is less likely to disappear in a
somewhat energetic cloud than plastic foam. Cryogel is great but is
mildly flammable and is expensive. Pyrogel is the best but is
expensive to buy a roll.

If you use a fuel as insulation (styrofoam, spray foam, hardware store
pipe insulation) it's important that it not cover the fittings and
that none of the fittings leak.

LOX Propellant valve - it seems like most people are using an actuated
ball
valve. A hole needs to be drilled upstream in the valve to let trapped LOX
escape. I could not find any good pictures of where this hole should be so
if anyone has any references I'd appreciate it? It also seems like in many

In the upstream face of the ball, centered in the port when the valve
is closed. It also needs to be well deburred and fillleted or it will
tear up the seal.

cases seals need to replaced in order for them to work effectively but I
had
trouble finding best practices for this. My understanding is that the PTFE
shrinks more than the metal at cryo temperatures which causes gaps in the
seals and possibly a spring energized seals can help here. Also, I was
hoping to start with off the shelf cryo valves to minimize the chances of
accidents but I've been having trouble finding references of valves people

You can google cryogenic ball valve and find suppliers. Expect to
spend around $1k for a specifically cryogenic ball valve with a
pneumatic actuator.

have used in the archives except for Robert's re-built Swagelok SS-62T6,
which is probably more than I need because it doesn't have to be flight
weight. I did find one reference to the SDSU students using this valve
http://www.mcmaster.com/# 4632k144/=wvcozg from a posting dated ;(Thursday,
April 23, 2015 12:21 PM) but the post suggested there were potentially
problems with the valve leaking.
Other Cryo Valves (eg. Vent, purge and fill valves) - I didn't find as
many
references to choices people made in this area but if there are any
suggestions for valves to get started with I'd appreciate it.
Fittings: Do not use NPT fittings with LOX except where unavoidable (eg.
on
vavle fittings) because the PTFE thread tape can get into the plumbing and
create a safety/fire hazard. instead only use AN fittings without thread
tape.

Meh. I'm not as anti-NPT as some people here. I've used a lot of it
with success. Flushing out the system is a good idea. PTFE shreds in
LOX will not do anything too scary, it's mostly an annoyance of them
plugging orifices like in igniters or injectors.

Any valve with all LOX compatible materials that has been cleaned for
oxidizer service is LOX compatible until proven otherwise. It should
not be surprising that companies who have found success with non-cryo
valves in cryo use haven't shared all the details, since it does
represent hard fought experimental knowledge.

Seals and Lubricant: All seals must be PTFE and use Krytox to lubricate
valves/seals.

Don't lubricate valves at all. Krytox is LOX compatible, meaning it
won't explode, but it'll still freeze. PTFE is solid lubricant, in a
ball valve there's not really any significant metal on metal movement.

N2 vs LOX: if I start w/ N2 and switch to LOX do I need to buy all new
plumbing or can I clean the N2 plumbing and re-use it for LOX assuming of
course it is LOX compatible.

You can clean it. You can also take it apart and send it to an
oxidizer cleaning shop.

Anything else that you feel is relevant?

So much. You're off to a good start, but there's a big knowledge base
to gain. As I suggested to the last person who asked on list about
this topic, you really should go to a FAR weekend on one when someone
is running a project with LOX, so you can see what people are doing
and hopefully see things you don't understand.


Finally, I haven't picked a chamber pressure yet for my engine as I'm
still
researching options but I'd say it would almost certainly be between 250
and
500 psia. All work will be done on my test stand so nothing needs to be
flight weight.

I'm still very much in the early planning phases and I'm sure I'll have
more
questions as I go through but any advice of course is very much
appreciated.

Kind Regards,
Graham






------------------------------

Subject: [AR] Re: LOX Test Stand Integration
From: Henry Vanderbilt <hvanderbilt@xxxxxxxxxxxxxx>
Date: Fri, 4 Nov 2016 09:02:48 -0700

On 11/4/2016 5:52 AM, Graham Sortino (Redacted sender gnsortino for
DMARC) wrote:
Ball Valve Vent*
“In the upstream face of the ball, centered in the port when the valve
is closed. It also needs to be well deburred and fillleted or it will
tear up the seal.”<<
Just to clarify does this mean the hole is drilled in the actual ball? I
had thought from reading other’s posts that the parts were first removed
the valve and then a hole was drilled in the valve body? If possible, a
picture would be very helpful.

The problem being solved is this: When you close a cryo ball valve, the
cylindrical passage through the ball still contains a slug of cryo
fluid.  Once closed, that cryo slug is trapped inside the ball by the
valve body sides and the ball seals.  If the cryo fluid slug is left
there as the system warms, overpressures will result.  Bang! as the
seals, valve body, or both let go...

The standard solution to this is indeed a hole drilled through the
when-closed upstream center of the ball, so the ball-passage contents
are no longer trapped, but rather can feed back into the upstream cryo
feed system, thus presumably being handled in the same manner as the
rest of the feed system's contents.

One major reason why this is traditional is the way the ball seals work.
  Given a high-pressure and low-pressure end of the valve (and if not,
why do you need a valve?) the ball will be pressed more firmly into the
seal on the low-pressure end.  The seal on the high-pressure end thus
may seal less reliably.  Since venting the ball passage also vents the
valve-body between the seals, venting the ball to the downstream
(low-pressure) end risks a steady leak past the upstream seal, into the
valve body, into the ball passage, and out the ball vent.  (Venting the
valve body itself would present the same problem.)


*
Vendors*
You can google cryogenic ball valve and find suppliers. Expect to
spend around $1k for a specifically cryogenic ball valve with a
pneumatic actuator.<<
Thanks & understood. I was thinking of using a servo actuated valve and
building the housing for this myself. That is what I did for my non-cryo
valves and it worked well although they were plug style valves rather
than ball.

It should not be surprising that companies who have found success with
non-cryo
valves in cryo use haven't shared all the details, since it does
represent hard fought experimental knowledge.<<
Thanks for explaining I hadn’t considered this but of course I
understand the rationale. I was hoping to using something like a
Swagelok valve which I’ve used in the past and like them quite a bit but
since safety is more of a concern than cost or weight I wouldn’t want to
do this unless others had at least a reasonable amount of success here.
I thought maybe some of the academic teams or their mentors who are on
the list might be able to provide some suggestions since its less of a
trade secret.

For your test stand, find a surplus 1/2 or 3/4 inch Worcester
cryogenic ball valve and add a rotary or linear actuator to it.
Thanks Bob, I think I saw someone post about Worcester valves before and
mentioning they were good but quite pricey. I will keep an eye out.

Two things to keep an eye on here: LOX-compatible materials - brass,
aluminum, or the proper stainless types - and cryo-rated
*LOX-compatible* seals.  Generally these will be some flavor of PTFE.
You want to be very careful about seal LOX-compatibility in using
non-cryo valves.  It would be a safe guess that successful use of
non-cryo valves in cryo apps involves both making sure the valve
materials are cryo-capable and replacing the seals with cryo seals.


*Krytox*
Don't lubricate valves at all. Krytox is LOX compatible, meaning it
won't explode, but it'll still freeze. PTFE is solid lubricant, in a
ball valve there's not really any significant metal on metal movement.<<
I see your point but I’m a bit confused by this because there was a post
from Carl on Thursday, April 23, 2015 12:21 PM regarding the team he
mentors where he says “We are using a COTS 3-piece ball valve… To modify
it for use as a cryo-valve we disassemble it and clean it, drill a vent
hole in the ball to vent out trapped LOX, and re-lube it with a light
coating of Krytox.”

I can testify that Krytox does in fact freeze solid well before cryo
temps.  Speculative: The "light coating" in this instance ends up being
a thin solid film under cryo conditions, thin enough and/or
strategically enough placed that it doesn't immobilize the valve.
Non-speculative: They are not including near enough details here to
safely duplicate their application.

Henry



------------------------------

From: Daniel Dyck <daniel.dyck.379ba@xxxxxxxxx>
Date: Fri, 4 Nov 2016 09:27:35 -0700
Subject: [AR] Re: LOX Test Stand Integration

Is this what you're describing?
Does this create the same problem in the reverse situation? i.e: When the
ball valve is open you could have a LOX slug stuck in the ball?


On Fri, Nov 4, 2016 at 9:02 AM, Henry Vanderbilt <hvanderbilt@xxxxxxxxxxxxxx
wrote:

On 11/4/2016 5:52 AM, Graham Sortino (Redacted sender gnsortino for DMARC)
wrote:

Ball Valve Vent*

“In the upstream face of the ball, centered in the port when the valve

is closed. It also needs to be well deburred and fillleted or it will
tear up the seal.”<<
Just to clarify does this mean the hole is drilled in the actual ball? I
had thought from reading other’s posts that the parts were first removed
the valve and then a hole was drilled in the valve body? If possible, a
picture would be very helpful.


The problem being solved is this: When you close a cryo ball valve, the
cylindrical passage through the ball still contains a slug of cryo fluid.
Once closed, that cryo slug is trapped inside the ball by the valve body
sides and the ball seals.  If the cryo fluid slug is left there as the
system warms, overpressures will result.  Bang! as the seals, valve body,
or both let go...

The standard solution to this is indeed a hole drilled through the
when-closed upstream center of the ball, so the ball-passage contents are
no longer trapped, but rather can feed back into the upstream cryo feed
system, thus presumably being handled in the same manner as the rest of
the
feed system's contents.

One major reason why this is traditional is the way the ball seals work.
Given a high-pressure and low-pressure end of the valve (and if not, why
do
you need a valve?) the ball will be pressed more firmly into the seal on
the low-pressure end.  The seal on the high-pressure end thus may seal
less
reliably.  Since venting the ball passage also vents the valve-body
between
the seals, venting the ball to the downstream (low-pressure) end risks a
steady leak past the upstream seal, into the valve body, into the ball
passage, and out the ball vent.  (Venting the valve body itself would
present the same problem.)


*
Vendors*

You can google cryogenic ball valve and find suppliers. Expect to

spend around $1k for a specifically cryogenic ball valve with a
pneumatic actuator.<<
Thanks & understood. I was thinking of using a servo actuated valve and
building the housing for this myself. That is what I did for my non-cryo
valves and it worked well although they were plug style valves rather
than ball.

It should not be surprising that companies who have found success with
non-cryo

valves in cryo use haven't shared all the details, since it does
represent hard fought experimental knowledge.<<
Thanks for explaining I hadn’t considered this but of course I
understand the rationale. I was hoping to using something like a
Swagelok valve which I’ve used in the past and like them quite a bit but
since safety is more of a concern than cost or weight I wouldn’t want to
do this unless others had at least a reasonable amount of success here.
I thought maybe some of the academic teams or their mentors who are on
the list might be able to provide some suggestions since its less of a
trade secret.

For your test stand, find a surplus 1/2 or 3/4 inch Worcester

cryogenic ball valve and add a rotary or linear actuator to it.

Thanks Bob, I think I saw someone post about Worcester valves before and
mentioning they were good but quite pricey. I will keep an eye out.


Two things to keep an eye on here: LOX-compatible materials - brass,
aluminum, or the proper stainless types - and cryo-rated *LOX-compatible*
seals.  Generally these will be some flavor of PTFE. You want to be very
careful about seal LOX-compatibility in using non-cryo valves.  It would
be
a safe guess that successful use of non-cryo valves in cryo apps involves
both making sure the valve materials are cryo-capable and replacing the
seals with cryo seals.


*Krytox*

Don't lubricate valves at all. Krytox is LOX compatible, meaning it

won't explode, but it'll still freeze. PTFE is solid lubricant, in a
ball valve there's not really any significant metal on metal movement.<<
I see your point but I’m a bit confused by this because there was a post
from Carl on Thursday, April 23, 2015 12:21 PM regarding the team he
mentors where he says “We are using a COTS 3-piece ball valve… To modify
it for use as a cryo-valve we disassemble it and clean it, drill a vent
hole in the ball to vent out trapped LOX, and re-lube it with a light
coating of Krytox.”


I can testify that Krytox does in fact freeze solid well before cryo
temps.  Speculative: The "light coating" in this instance ends up being a
thin solid film under cryo conditions, thin enough and/or strategically
enough placed that it doesn't immobilize the valve. Non-speculative: They
are not including near enough details here to safely duplicate their
application.

Henry







------------------------------

From: John Lyngdal <john.lyngdal@xxxxxxxxx>
Date: Fri, 4 Nov 2016 09:34:22 -0700
Subject: [AR] Alternate nozzle materials for APCP propellant

Looking at alternate materials for a long burn motor design that have lower
thermal conductivity and heat capacity as compared to graphite. Right now
I'm considering machinable ceramics, BN, and perhaps molded alumina. Any
personal experience or publication links would be most welcome.
John



------------------------------

Subject: [AR] Re: N2O accident.
From: Doug Jones <djones@xxxxxxxx>
Date: Fri, 4 Nov 2016 09:48:51 -0700

The Mojave explosion in 2007 produced an orange cloud that climbed at
least a thousand feet. N2O decomposition can produce higher nitrogen
oxides as a side product.
Doug Jones, Chief Test Engineer
XCOR Aerospace
1325 Sabovich
Mojave CA 93501
(661) 824-4714 x117
cell 661 313-0584

On 11/3/2016 6:01 PM, Paul Mueller wrote:
I can't find anything on a more recent incident, but the one in
Florida on Aug 29 apparently caused an orange cloud (pics at
http://www.pnj.com/story/news/local/escambia-county/2016/08/
29/airgas-explosion-dock-accident/89537072/).
Does this sound right for a nitrous oxide explosion?

On Wed, Nov 2, 2016 at 6:22 PM, Daniel Dyck
<daniel.dyck.379ba@xxxxxxxxx <mailto:daniel.dyck.379ba@xxxxxxxxx>> wrote:

    Just wanted to make sure, I got confused by "last summer". If
    there was an explosion, there aren't any news articles on it (as
    far as I can tell from my google foo).

    On Wed, Nov 2, 2016 at 5:16 PM, Anthony Cesaroni
    <acesaroni@xxxxxxxxxxx <mailto:acesaroni@xxxxxxxxxxx>> wrote:

        Apparently but I can't confirm, hence the inquiry.
        Anthony

        Sent from my iPhone

        On Nov 2, 2016, at 8:11 PM, Daniel Dyck
        <daniel.dyck.379ba@xxxxxxxxx
        <mailto:daniel.dyck.379ba@xxxxxxxxx>> wrote:

        Your link is only a month old - are you saying there was
        another explosion even more recent then that?







------------------------------

Subject: [AR] Re: LOX Test Stand Integration
From: Henry Vanderbilt <hvanderbilt@xxxxxxxxxxxxxx>
Date: Fri, 4 Nov 2016 10:50:40 -0700

On 11/4/2016 9:27 AM, Daniel Dyck wrote:
Is this what you're describing?

Yes.


Does this create the same problem in the reverse situation? i.e: When
the ball valve is open you could have a LOX slug stuck in the ball?

Just to clarify a drawing that could be read a couple of ways, the illo
doesn't show a spherical hollow in the valve ball - it shows a
cylindrical passage through the center of the ball.  When the valve is
closed (as illustrated) this cylindrical passage is turned 90 degrees to
the flow direction - its open ends are pointed sideways, between the
upstream and downstream ring-shaped ball seals ("seats" in this
drawing), ends straight-on to your POV.

As shown, the ball is not tightly fitted to the valve body.  It is
trapped tightly between the ring-shaped "seats" (seals).  Thus, there's
some small open space within the valve body outside the ball.

So when the valve is turned 90 degrees to "open", the cylindrical
passage through the ball is oriented in the flow direction.  The relief
hole in the ball meanwhile is pointed sideways to the flow, and connects
the main flow path to the (small) space between ball exterior,
valve-body, and seals.  So, nothing trapped.



On Fri, Nov 4, 2016 at 9:02 AM, Henry Vanderbilt
<hvanderbilt@xxxxxxxxxxxxxx <mailto:hvanderbilt@xxxxxxxxxxxxxx>> wrote:

    On 11/4/2016 5:52 AM, Graham Sortino (Redacted sender gnsortino
    for DMARC) wrote:

        Ball Valve Vent*

                “In the upstream face of the ball, centered in the
                port when the valve

        is closed. It also needs to be well deburred and fillleted or
        it will
        tear up the seal.”<<
        Just to clarify does this mean the hole is drilled in the
        actual ball? I
        had thought from reading other’s posts that the parts were
        first removed
        the valve and then a hole was drilled in the valve body? If
        possible, a
        picture would be very helpful.


    The problem being solved is this: When you close a cryo ball
    valve, the cylindrical passage through the ball still contains a
    slug of cryo fluid.  Once closed, that cryo slug is trapped inside
    the ball by the valve body sides and the ball seals.  If the cryo
    fluid slug is left there as the system warms, overpressures will
    result.  Bang! as the seals, valve body, or both let go...

    The standard solution to this is indeed a hole drilled through the
    when-closed upstream center of the ball, so the ball-passage
    contents are no longer trapped, but rather can feed back into the
    upstream cryo feed system, thus presumably being handled in the
    same manner as the rest of the feed system's contents.

    One major reason why this is traditional is the way the ball seals
    work.  Given a high-pressure and low-pressure end of the valve
    (and if not, why do you need a valve?) the ball will be pressed
    more firmly into the seal on the low-pressure end.  The seal on
    the high-pressure end thus may seal less reliably.  Since venting
    the ball passage also vents the valve-body between the seals,
    venting the ball to the downstream (low-pressure) end risks a
    steady leak past the upstream seal, into the valve body, into the
    ball passage, and out the ball vent.  (Venting the valve body
    itself would present the same problem.)


        *
        Vendors*

                You can google cryogenic ball valve and find
                suppliers. Expect to

        spend around $1k for a specifically cryogenic ball valve with a
        pneumatic actuator.<<
        Thanks & understood. I was thinking of using a servo actuated
        valve and
        building the housing for this myself. That is what I did for
        my non-cryo
        valves and it worked well although they were plug style valves
        rather
        than ball.

                It should not be surprising that companies who have
                found success with non-cryo

        valves in cryo use haven't shared all the details, since it does
        represent hard fought experimental knowledge.<<
        Thanks for explaining I hadn’t considered this but of course I
        understand the rationale. I was hoping to using something like a
        Swagelok valve which I’ve used in the past and like them quite
        a bit but
        since safety is more of a concern than cost or weight I
        wouldn’t want to
        do this unless others had at least a reasonable amount of
        success here.
        I thought maybe some of the academic teams or their mentors
        who are on
        the list might be able to provide some suggestions since its
        less of a
        trade secret.

                For your test stand, find a surplus 1/2 or 3/4 inch
                Worcester

    cryogenic ball valve and add a rotary or linear actuator to it.

        Thanks Bob, I think I saw someone post about Worcester valves
        before and
        mentioning they were good but quite pricey. I will keep an eye
        out.


    Two things to keep an eye on here: LOX-compatible materials -
    brass, aluminum, or the proper stainless types - and cryo-rated
    *LOX-compatible* seals.  Generally these will be some flavor of
    PTFE. You want to be very careful about seal LOX-compatibility in
    using non-cryo valves.  It would be a safe guess that successful
    use of non-cryo valves in cryo apps involves both making sure the
    valve materials are cryo-capable and replacing the seals with cryo
    seals.


        *Krytox*

                Don't lubricate valves at all. Krytox is LOX
                compatible, meaning it

        won't explode, but it'll still freeze. PTFE is solid
        lubricant, in a
        ball valve there's not really any significant metal on metal
        movement.<<
        I see your point but I’m a bit confused by this because there
        was a post
        from Carl on Thursday, April 23, 2015 12:21 PM regarding the
        team he
        mentors where he says “We are using a COTS 3-piece ball valve…
        To modify
        it for use as a cryo-valve we disassemble it and clean it,
        drill a vent
        hole in the ball to vent out trapped LOX, and re-lube it with
        a light
        coating of Krytox.”


    I can testify that Krytox does in fact freeze solid well before
    cryo temps.  Speculative: The "light coating" in this instance
    ends up being a thin solid film under cryo conditions, thin enough
    and/or strategically enough placed that it doesn't immobilize the
    valve. Non-speculative: They are not including near enough details
    here to safely duplicate their application.

    Henry








------------------------------

From: William Claybaugh <wclaybaugh2@xxxxxxxxx>
Date: Fri, 4 Nov 2016 14:11:11 -0400
Subject: [AR] Re: Alternate nozzle materials for APCP propellant

John:
In the past, I've just put a thermal barrier between the graphite and it's
carrier shell; fiberglass works well.

I've wondered if one could use the back of the stage--including the
fins--as a radiator but have never built a detailed thermal model. It seems
possible that the temperature required would run the risk of igniting the
propellant; potentially requiring further insulation between the propellant
and the wall; there may also not be sufficient time to reach equilibrium
given maximum burns of 1-2 minutes.

Bill

On Friday, November 4, 2016, John Lyngdal <john.lyngdal@xxxxxxxxx> wrote:

Looking at alternate materials for a long burn motor design that have
lower thermal conductivity and heat capacity as compared to graphite.
Right
now I'm considering machinable ceramics, BN, and perhaps molded alumina.
Any personal experience or publication links would be most welcome.

John





------------------------------

Subject: [AR] Re: Alternate nozzle materials for APCP propellant
From: Terry McCreary <tmccreary@xxxxxxxxxxxxxxx>
Date: Fri, 4 Nov 2016 13:45:44 -0500

Hi John,

Years ago I molded small nozzles using Firefox's carbospheres and
Weldwood phenolic adhesive.  They worked well enough to warrant further
attempts.  They did erode somewhat, and the adhesive cured rather
quickly and shrank significantly; they should be cured under pressure to
minimize that problem.

Weldwood apparently isn't available anymore but Cascophen seems to be
the same sort of product:
http://www.aircraftspruce.com/catalog/wppages/cascophen.php

Best -- Terry

On 11/4/2016 11:34 AM, John Lyngdal wrote:
Looking at alternate materials for a long burn motor design that have
lower thermal conductivity and heat capacity as compared to graphite.
Right now I'm considering machinable ceramics, BN, and perhaps molded
alumina. Any personal experience or publication links would be most
welcome.

John

--
Dr. Terry McCreary
Professor of Chemistry
Murray State University
Murray KY  42071


------------------------------

From: BrianK ABQ <cielobenazul@xxxxxxxxx>
Date: Fri, 4 Nov 2016 16:30:19 -0600
Subject: [AR] Re: Alternate nozzle materials for APCP propellant

Gents,
A favorite topic of mine. Some ideas:

1. I saw one nozzle that was made from a hunk of phenolic (?) cloth tube
with a graphite throat insert. It certainly seemed like the best of both
worlds.

2. Graphite does dump so much heat to the casing. The idea mentioned of an
insulating band between it and the wall is worth looking at.

3. I just bought some carbon fiber washers that might make nice throat
inserts. They come in all sorts of sizes. The ones I got were 28mm OD, 15mm
hole, 2.5mm thick. Here's a link:

http://www.ebay.com/itm/201625351883?_trksid=p2060353.
m2749.l2649&ssPageName=STRK%3AMEBIDX%3AIT

4. Firefox provides some nice insulation material. My favorite is their
graphite impregnated cloth. I use it a lot; line bulkheads, make custom
casting/liner tubes for propellant grains, etc. I'd thought of trying to
make nozzles with the carbon cloth as the main element. Haven't moved past
the thought stage yet.

On another topic. I could really use a strand burner and am not having much
luck making one. Does anyone know of one that might be for sale?Thanks.

Cheers,

Brian

On Fri, Nov 4, 2016 at 12:45 PM, Terry McCreary <tmccreary@xxxxxxxxxxxxxxx>
wrote:

Hi John,

Years ago I molded small nozzles using Firefox's carbospheres and Weldwood
phenolic adhesive.  They worked well enough to warrant further attempts.
They did erode somewhat, and the adhesive cured rather quickly and shrank
significantly; they should be cured under pressure to minimize that
problem.

Weldwood apparently isn't available anymore but Cascophen seems to be the
same sort of product:
http://www.aircraftspruce.com/catalog/wppages/cascophen.php

Best -- Terry


On 11/4/2016 11:34 AM, John Lyngdal wrote:

Looking at alternate materials for a long burn motor design that have
lower thermal conductivity and heat capacity as compared to graphite.
Right
now I'm considering machinable ceramics, BN, and perhaps molded alumina.
Any personal experience or publication links would be most welcome.

John

--
Dr. Terry McCreary
Professor of Chemistry
Murray State University
Murray KY  42071






------------------------------

From: Ben Brockert <wikkit@xxxxxxxxx>
Date: Fri, 4 Nov 2016 18:47:23 -0400
Subject: [AR] Re: Alternate nozzle materials for APCP propellant

Is there an off the shelf adhesive for gluing graphite to stuff that isn't
terrible? I remember Armadillo bought some stuff for gluing graphite plates
to concrete, but they said it was super expensive and 5 gallon quantity.
On Friday, November 4, 2016, BrianK ABQ <cielobenazul@xxxxxxxxx> wrote:

Gents,

A favorite topic of mine. Some ideas:

1. I saw one nozzle that was made from a hunk of phenolic (?) cloth tube
with a graphite throat insert. It certainly seemed like the best of both
worlds.

2. Graphite does dump so much heat to the casing. The idea mentioned of an
insulating band between it and the wall is worth looking at.

3. I just bought some carbon fiber washers that might make nice throat
inserts. They come in all sorts of sizes. The ones I got were 28mm OD,
15mm
hole, 2.5mm thick. Here's a link:

http://www.ebay.com/itm/201625351883?_trksid=p2060353.
m2749.l2649&ssPageName=STRK%3AMEBIDX%3AIT

4. Firefox provides some nice insulation material. My favorite is their
graphite impregnated cloth. I use it a lot; line bulkheads, make custom
casting/liner tubes for propellant grains, etc. I'd thought of trying to
make nozzles with the carbon cloth as the main element. Haven't moved past
the thought stage yet.

On another topic. I could really use a strand burner and am not having
much luck making one. Does anyone know of one that might be for
sale?Thanks.

Cheers,

Brian

On Fri, Nov 4, 2016 at 12:45 PM, Terry McCreary <tmccreary@xxxxxxxxxxxxxxx
<javascript:_e(%7B%7D,'cvml','tmccreary@xxxxxxxxxxxxxxx');>> wrote:

Hi John,

Years ago I molded small nozzles using Firefox's carbospheres and
Weldwood phenolic adhesive.  They worked well enough to warrant further
attempts.  They did erode somewhat, and the adhesive cured rather quickly
and shrank significantly; they should be cured under pressure to minimize
that problem.

Weldwood apparently isn't available anymore but Cascophen seems to be the
same sort of product:
http://www.aircraftspruce.com/catalog/wppages/cascophen.php

Best -- Terry


On 11/4/2016 11:34 AM, John Lyngdal wrote:

Looking at alternate materials for a long burn motor design that have
lower thermal conductivity and heat capacity as compared to graphite.
Right
now I'm considering machinable ceramics, BN, and perhaps molded alumina.
Any personal experience or publication links would be most welcome.

John

--
Dr. Terry McCreary
Professor of Chemistry
Murray State University
Murray KY  42071







------------------------------

From: "Anthony Cesaroni" <acesaroni@xxxxxxxxxxx>
Subject: [AR] Re: N2O accident.
Date: Fri, 4 Nov 2016 19:36:51 -0400

Interesting - Gay Lea (whipped cream propellant and foaming agent
application) got another call yesterday confirming an explosion in the FL
nitrous oxide plant facility and the line down for up to 12 months. The
impact to them is large - they would have to ship it in from overseas.


Yet nothing on the media.



Anthony J. Cesaroni

President/CEO

Cesaroni Technology/Cesaroni Aerospace

 <http://www.cesaronitech.com/http://www.cesaronitech.com/

(941) 360-3100 x101 Sarasota

(905) 887-2370 x222 Toronto



From: arocket-bounce@xxxxxxxxxxxxx [mailto:arocket-bounce@xxxxxxxxxxxxx] On
Behalf Of Doug Jones
Sent: Friday, November 4, 2016 12:49 PM
To: arocket@xxxxxxxxxxxxx
Subject: [AR] Re: N2O accident.



The Mojave explosion in 2007 produced an orange cloud that climbed at least
a thousand feet. N2O decomposition can produce higher nitrogen oxides as a
side product.

Doug Jones, Chief Test Engineer
XCOR Aerospace
1325 Sabovich
Mojave CA 93501
(661) 824-4714 x117
cell 661 313-0584

On 11/3/2016 6:01 PM, Paul Mueller wrote:

I can't find anything on a more recent incident, but the one in Florida on
Aug 29 apparently caused an orange cloud (pics at
http://www.pnj.com/story/news/local/escambia-county/2016/08/
29/airgas-explosion-dock-accident/89537072/). Does this sound right for a
nitrous oxide explosion?



On Wed, Nov 2, 2016 at 6:22 PM, Daniel Dyck <daniel.dyck.379ba@xxxxxxxxx
<mailto:daniel.dyck.379ba@xxxxxxxxx> > wrote:

Just wanted to make sure, I got confused by "last summer". If there was an
explosion, there aren't any news articles on it (as far as I can tell from
my google foo).



On Wed, Nov 2, 2016 at 5:16 PM, Anthony Cesaroni <acesaroni@xxxxxxxxxxx
<mailto:acesaroni@xxxxxxxxxxx> > wrote:

Apparently but I can't confirm, hence the inquiry.

Anthony

Sent from my iPhone


On Nov 2, 2016, at 8:11 PM, Daniel Dyck <daniel.dyck.379ba@xxxxxxxxx
<mailto:daniel.dyck.379ba@xxxxxxxxx> > wrote:

Your link is only a month old - are you saying there was another explosion
even more recent then that?









------------------------------

From: William Claybaugh <wclaybaugh2@xxxxxxxxx>
Date: Fri, 4 Nov 2016 19:50:08 -0400
Subject: [AR] Re: Alternate nozzle materials for APCP propellant

I use red silicone (the 400 degree F stuff that I also use for sealing
heads on engines) but I also design graphite interfaces to avoid any stress
concentration, ie., no corners and net forces pressing the graphite into
the shell.
Experience has shown that this system is sufficient to keep a graphite
throat insert in place and leak free through impact at least to Mach 3;
however, I also put a lip on the base of the shell that rests against the
tube, otherwise the screws fail at impact and that causes the whole nozzle
assembly to dash down the tube which generally destroys the graphite insert
upon arrival at the incoming bulkhead.

Bill

On Friday, November 4, 2016, Ben Brockert <wikkit@xxxxxxxxx> wrote:

Is there an off the shelf adhesive for gluing graphite to stuff that isn't
terrible? I remember Armadillo bought some stuff for gluing graphite
plates
to concrete, but they said it was super expensive and 5 gallon quantity.

On Friday, November 4, 2016, BrianK ABQ <cielobenazul@xxxxxxxxx
<javascript:_e(%7B%7D,'cvml','cielobenazul@xxxxxxxxx');>> wrote:

Gents,

A favorite topic of mine. Some ideas:

1. I saw one nozzle that was made from a hunk of phenolic (?) cloth tube
with a graphite throat insert. It certainly seemed like the best of both
worlds.

2. Graphite does dump so much heat to the casing. The idea mentioned of
an insulating band between it and the wall is worth looking at.

3. I just bought some carbon fiber washers that might make nice throat
inserts. They come in all sorts of sizes. The ones I got were 28mm OD,
15mm
hole, 2.5mm thick. Here's a link:

http://www.ebay.com/itm/201625351883?_trksid=p2060353.m2749.
l2649&ssPageName=STRK%3AMEBIDX%3AIT

4. Firefox provides some nice insulation material. My favorite is their
graphite impregnated cloth. I use it a lot; line bulkheads, make custom
casting/liner tubes for propellant grains, etc. I'd thought of trying to
make nozzles with the carbon cloth as the main element. Haven't moved
past
the thought stage yet.

On another topic. I could really use a strand burner and am not having
much luck making one. Does anyone know of one that might be for
sale?Thanks.

Cheers,

Brian

On Fri, Nov 4, 2016 at 12:45 PM, Terry McCreary <
tmccreary@xxxxxxxxxxxxxxx> wrote:

Hi John,

Years ago I molded small nozzles using Firefox's carbospheres and
Weldwood phenolic adhesive.  They worked well enough to warrant further
attempts.  They did erode somewhat, and the adhesive cured rather
quickly
and shrank significantly; they should be cured under pressure to
minimize
that problem.

Weldwood apparently isn't available anymore but Cascophen seems to be
the same sort of product:
http://www.aircraftspruce.com/catalog/wppages/cascophen.php

Best -- Terry


On 11/4/2016 11:34 AM, John Lyngdal wrote:

Looking at alternate materials for a long burn motor design that have
lower thermal conductivity and heat capacity as compared to graphite.
Right
now I'm considering machinable ceramics, BN, and perhaps molded
alumina.
Any personal experience or publication links would be most welcome.

John

--
Dr. Terry McCreary
Professor of Chemistry
Murray State University
Murray KY  42071







------------------------------

From: "Anthony Cesaroni" <acesaroni@xxxxxxxxxxx>
Subject: [AR] Re: Alternate nozzle materials for APCP propellant
Date: Fri, 4 Nov 2016 20:05:16 -0400

Cotronics makes a relatively inexpensive graphite adhesive/sealant that’s
good to well over 5000 F. Taper the OD of the graphite throat and the ID of
the nozzle convergent section to for a positive taper lock. Coat both
surfaces, drop it in and heat cure it. Standard industrial practice.


Best.



Anthony J. Cesaroni

President/CEO

Cesaroni Technology/Cesaroni Aerospace

 <http://www.cesaronitech.com/http://www.cesaronitech.com/

(941) 360-3100 x101 Sarasota

(905) 887-2370 x222 Toronto



From: arocket-bounce@xxxxxxxxxxxxx [mailto:arocket-bounce@xxxxxxxxxxxxx] On
Behalf Of BrianK ABQ
Sent: Friday, November 4, 2016 6:30 PM
To: arocket@xxxxxxxxxxxxx
Subject: [AR] Re: Alternate nozzle materials for APCP propellant



Gents,

A favorite topic of mine. Some ideas:

1. I saw one nozzle that was made from a hunk of phenolic (?) cloth tube
with a graphite throat insert. It certainly seemed like the best of both
worlds.

2. Graphite does dump so much heat to the casing. The idea mentioned of an
insulating band between it and the wall is worth looking at.

3. I just bought some carbon fiber washers that might make nice throat
inserts. They come in all sorts of sizes. The ones I got were 28mm OD, 15mm
hole, 2.5mm thick. Here's a link:

http://www.ebay.com/itm/201625351883?_trksid=p2060353.m2749.l2649 ;<
http://www.ebay.com/itm/201625351883?_trksid=p2060353.
m2749.l2649&ssPageName=STRK%3AMEBIDX%3AIT> &ssPageName=STRK%3AMEBIDX%3AIT

4. Firefox provides some nice insulation material. My favorite is their
graphite impregnated cloth. I use it a lot; line bulkheads, make custom
casting/liner tubes for propellant grains, etc. I'd thought of trying to
make nozzles with the carbon cloth as the main element. Haven't moved past
the thought stage yet.

On another topic. I could really use a strand burner and am not having much
luck making one. Does anyone know of one that might be for sale?Thanks.

Cheers,

Brian



On Fri, Nov 4, 2016 at 12:45 PM, Terry McCreary <tmccreary@xxxxxxxxxxxxxxx
<mailto:tmccreary@xxxxxxxxxxxxxxx> > wrote:

Hi John,

Years ago I molded small nozzles using Firefox's carbospheres and Weldwood
phenolic adhesive.  They worked well enough to warrant further attempts.
They did erode somewhat, and the adhesive cured rather quickly and shrank
significantly; they should be cured under pressure to minimize that problem.

Weldwood apparently isn't available anymore but Cascophen seems to be the
same sort of product:
http://www.aircraftspruce.com/catalog/wppages/cascophen.php

Best -- Terry



On 11/4/2016 11:34 AM, John Lyngdal wrote:

Looking at alternate materials for a long burn motor design that have lower
thermal conductivity and heat capacity as compared to graphite. Right now
I'm considering machinable ceramics, BN, and perhaps molded alumina. Any
personal experience or publication links would be most welcome.

John

--
Dr. Terry McCreary
Professor of Chemistry
Murray State University
Murray KY  42071







------------------------------

From: Ben Brockert <wikkit@xxxxxxxxx>
Date: Fri, 4 Nov 2016 21:55:41 -0400
Subject: [AR] Re: Alternate nozzle materials for APCP propellant

Thanks Anthony, sounds like exactly the right thing.
Ben

On Friday, November 4, 2016, Anthony Cesaroni <acesaroni@xxxxxxxxxxx> wrote:

Cotronics makes a relatively inexpensive graphite adhesive/sealant that’s
good to well over 5000 F. Taper the OD of the graphite throat and the ID
of
the nozzle convergent section to for a positive taper lock. Coat both
surfaces, drop it in and heat cure it. Standard industrial practice.



Best.



Anthony J. Cesaroni

President/CEO

Cesaroni Technology/Cesaroni Aerospace

http://www.cesaronitech.com/

(941) 360-3100 x101 Sarasota

(905) 887-2370 x222 Toronto



*From:* arocket-bounce@xxxxxxxxxxxxx
<javascript:_e(%7B%7D,'cvml','arocket-bounce@xxxxxxxxxxxxx');> [mailto:
arocket-bounce@xxxxxxxxxxxxx
<javascript:_e(%7B%7D,'cvml','arocket-bounce@xxxxxxxxxxxxx');>] *On
Behalf Of *BrianK ABQ
*Sent:* Friday, November 4, 2016 6:30 PM
*To:* arocket@xxxxxxxxxxxxx
<javascript:_e(%7B%7D,'cvml','arocket@xxxxxxxxxxxxx');>
*Subject:* [AR] Re: Alternate nozzle materials for APCP propellant



Gents,

A favorite topic of mine. Some ideas:

1. I saw one nozzle that was made from a hunk of phenolic (?) cloth tube
with a graphite throat insert. It certainly seemed like the best of both
worlds.

2. Graphite does dump so much heat to the casing. The idea mentioned of an
insulating band between it and the wall is worth looking at.

3. I just bought some carbon fiber washers that might make nice throat
inserts. They come in all sorts of sizes. The ones I got were 28mm OD,
15mm
hole, 2.5mm thick. Here's a link:

http://www.ebay.com/itm/201625351883?_trksid=p2060353.
m2749.l2649&ssPageName=STRK%3AMEBIDX%3AIT

4. Firefox provides some nice insulation material. My favorite is their
graphite impregnated cloth. I use it a lot; line bulkheads, make custom
casting/liner tubes for propellant grains, etc. I'd thought of trying to
make nozzles with the carbon cloth as the main element. Haven't moved past
the thought stage yet.

On another topic. I could really use a strand burner and am not having
much luck making one. Does anyone know of one that might be for
sale?Thanks.

Cheers,

Brian



On Fri, Nov 4, 2016 at 12:45 PM, Terry McCreary <tmccreary@xxxxxxxxxxxxxxx
<javascript:_e(%7B%7D,'cvml','tmccreary@xxxxxxxxxxxxxxx');>> wrote:

Hi John,

Years ago I molded small nozzles using Firefox's carbospheres and Weldwood
phenolic adhesive.  They worked well enough to warrant further attempts.
They did erode somewhat, and the adhesive cured rather quickly and shrank
significantly; they should be cured under pressure to minimize that
problem.

Weldwood apparently isn't available anymore but Cascophen seems to be the
same sort of product:
http://www.aircraftspruce.com/catalog/wppages/cascophen.php

Best -- Terry



On 11/4/2016 11:34 AM, John Lyngdal wrote:

Looking at alternate materials for a long burn motor design that have
lower thermal conductivity and heat capacity as compared to graphite.
Right
now I'm considering machinable ceramics, BN, and perhaps molded alumina.
Any personal experience or publication links would be most welcome.

John

--
Dr. Terry McCreary
Professor of Chemistry
Murray State University
Murray KY  42071





------------------------------

Date: Sat, 5 Nov 2016 01:04:14 -0400
From: Norman Yarvin <yarvin@xxxxxxxxxxxx>
Subject: [AR] Re: {Spam?} Re: Pressure Thrust and Momentum Thrust

On Thu, Nov 03, 2016 at 08:34:50AM +1100, Troy Prideaux wrote:

All that's fine enough, as far as it goes.  (Your model is certainly
less confusing
than the one in the textbook.)  But I think this "pressure thrust"
accounts for
100% of the thrust in this scenario -- because where would any other
force on
the cylinder come from?  Yet in this scenario there's still plenty of
momentum
being created: the gas is shooting out fast.  So if you take this
"pressure thrust"
and add the thrust from momentum to it, you'd be double counting.
Likewise,
if you calculate the momentum of the exhaust gases and compute the thrust
that way, you shouldn't add the "pressure thrust" to it.

Yup, good points.

The thing is, that's what the textbook equation does in this scenario.
It takes hole area times pressure, and adds to that the mass flow
times the exhaust velocity.  So it gets exactly twice the correct
result.

For rocket engines with a nozzle, there is not complete double
counting, just a bit of it.


In any case, if purporting to explain something to me, you might deign to
actually address the main point I was making, namely that if one takes
the
textbook equation and compares it under vacuum conditions to the
conservation of momentum, there's an extra term ("pressure
thrust") on one side of the textbook equation, so the two equations
disagree.
And when you take out the scales to judge credibility and put all the
rocket
textbooks with that equation on one pan of the scale and the
conservation of
momentum on the other, that resounding "thunk" you hear is the
conservation
of momentum establishing its authority and launching the textbooks past
escape velocity.

This is where I disagree because of the above point I just
made. Thrust is *fundamentally* derived from *pressure* not momentum.

Fair enough; pressure is force per area, and thrust is force, so the
two are more closely related than momentum is to force.  But that
doesn't mean that a rocket can get away with violating the
conservation of momentum.  The conservation of momentum may be written
as

        dp/dt = 0,

p being the momentum.  In rockets in vacuum, that becomes

        dp_rocket/dt = - dp_exhaust/dt,

which reduces to

        m*a = F = q*Ve,

where m and a are the mass and the acceleration of the rocket, F is
the thrust, and as before q is the mass flow and Ve is the exhaust
velocity.

If instead you write

        m*a = F = q*Ve + Pe*Ae,

or just

        F = q*Ve + Pe*Ae,

you're purporting to violate the conservation of momentum; you're
saying the rocket is picking up more momentum than it's throwing
backwards.

Now, in the atmosphere things are more complicated, since the
atmosphere can pick up momentum too.  But it takes a real lack of
taste for theory to (as Huzel and Huang do) start with the
conservation of momentum in vacuum, subtract the correction term
(Pa-Pe)*Ae to adapt the equation to atmosphere, and then then turn
around and say that in vacuum Pa=0 so the thrust in vacuum is given by
that last equation above, without realizing that they've just violated
the law they're basing their whole analysis on.


There is a remaining question, which I sort of think you're driving
at; at any rate, it seems appropriate to raise it as a matter of
completeness.  The calculation of thrust can either be done by looking
at pressures or by looking at momentum.  When things are viewed from
the point of view of pressures, adapting the calculation to atmosphere
is simple enough: forces inside the engine are as they are in vacuum
(assuming no flow separation), and then outside the engine there's
atmospheric pressure which is pressing inwards and which delivers a
total thrust of -Pa*Ae.  (That's not the atmospheric force pressing on
the exit area of the nozzle; it's the total force from everywhere on
the outside of the engine _except_ on the exit area of the nozzle; the
formula can be derived by realizing that a uniform pressure on the
outside of a solid body must result in no net thrust, and thus if you
have one surface missing, a uniform pressure on the rest must yield a
net force opposite to what the force on that surface would be.)  Pe
doesn't enter into this adaptation, and I don't think it really
should: it operates on the inside of the nozzle, and everything on the
inside of the nozzle we've already covered in the vacuum calculation.
But whether it does or doesn't enter in, there also has to be a
corresponding calculation when viewing things from the point of view
of momentum.  That is, some piece of the atmosphere has to pick up
momentum to slow the exhaust down.  What is that piece?

It's not the same air that's exerting the pressure on the top and
sides of the engine.  That air isn't moving much; it isn't picking up
much momentum.  Well, in human terms it may be quite a stiff breeze,
or if the rocket is flying fast it may even be at hurricane levels,
but that still isn't much in a rocket context where speeds are
measured in Mach numbers.

So the air that picks up momentum to slow the exhaust down has got to
be air somewhere underneath the nozzle.  And it's not the mere
collision of that air with the escaping exhaust that does it.  Such
collisions do slow down the exhaust, but they conserve momentum: every
bit of momentum that is removed from the exhaust is added to the air.
So they don't diminish the momentum of the exhaust; they just spread
that momentum over a wider carrying mass.

What does diminish the momentum is when the exhaust collides with air
that's already moving up towards the nozzle.  And when you have low
pressure in the nozzle, air will try to move towards it.  This is seen
most clearly when air is actually sucked up into the nozzle, in cases
of flow separation.  When you have overexpansion but not flow
separation, the air is trying to get sucked up into the nozzle, but
the exhaust collides with it and pushes it away before it can get in.
Still, it was trying to get in, and the exhaust flow has to lose some
of its momentum just to stop that.  This shows below the engine: the
the exhaust stream narrows as the outside air pinches it in; and while
that pinch is mostly directed inwards, it's partly directed upwards.

This is of course quite a handwaving answer, which doesn't even come
close to delivering any numbers, but the question puzzled me, at any
rate, enough to seem worth mentioning.

------------------------------

End of arocket Digest V4 #270
*****************************

Other related posts: