[AR] Re: Erosive burning rule of thumb?

  • From: William Claybaugh <wclaybaugh2@xxxxxxxxx>
  • To: arocket@xxxxxxxxxxxxx
  • Date: Sun, 16 Apr 2017 02:14:32 +0000

Troy:

Thx., that is very impressive work.

I've assumed that volumetric efficiency is measured from the tube wall and
thus that the cartridge for a Bates grain is wasted dry mass that could be
propellant mass instead. Thus I have focused on core burning case bonded
designs. I'm also hoping to get away w/ a single static test (6" motors are
north of $1k each w/ propellant) which has argued for a conservative design
w/ relatively low gas velocity. Trades....

Bill

On Sat, Apr 15, 2017 at 6:56 PM Troy Prideaux <troy@xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx>
wrote:

Normally you’d include a finocyl to increase the mass flow rate. If you
weren’t so worried about the mass flow rate but wanted high propellant
loadings, a neutral(ish) profile and to keep erosive burning under some
kind of control, you can do it with BATES grains – you just have to be a
bit creative J

  In the help file of my Grains SS (GrainsM)
www.propulsionlabs.com.au/Software.htm under the “Number of BATES Grains”
page, is an example of a configuration with >93% volumetric loadings that
I’ve actually built and tested and measured.



Troy







*From:* arocket-bounce@xxxxxxxxxxxxx [mailto:arocket-bounce@xxxxxxxxxxxxx]
*On Behalf Of *William Claybaugh
*Sent:* Sunday, 16 April 2017 10:13 AM
*To:* arocket@xxxxxxxxxxxxx


*Subject:* [AR] Re: Erosive burning rule of thumb?



Not necessarily: this grain is a cylinder, a cone, and a finocyl, top to
bottom.



The cylinder maximizes volume, the finocyl offsets the progressivity of
the cylinder to produce a neutral burn overall.



Changing hardness might work against erosion but risks cracking.



Bill



On Sat, Apr 15, 2017 at 5:51 PM Wedge Oldham <wedgeoldham@xxxxxxxxx>
wrote:

You mention sections?  I thought a finocyl design was a single grain.

Sent from my iPhone


On Apr 14, 2017, at 7:19 AM, William Claybaugh <wclaybaugh2@xxxxxxxxx>
wrote:

Chuck:

Is there any reason the fins can't be at the fore end of the grain, thus
reducing the risk of erosion?

So doing would require some redesign of the core diameters in a way that
might lead to a more progressive grain (the current grain is neutral: the
cylinder's progression is exactly off-set by a regressive finocyl) but it
might could deal with any erosion issue in the finocyl if there is no other
reason for keeping the fins at the nozzle end.

Bill



On Wed, Apr 12, 2017 at 5:43 PM, Redacted sender crogers168 for DMARC <
dmarc-noreply@xxxxxxxxxxxxx> wrote:

<<  I am using the port area / throat area greater than 1.36 criteria as
well as mass flow below 1.75 lbm/sec-sq. in. rule.  >>



It's a great place to start.  For Finocyl grains a great place to start is
the non-erosive Core Mach Number and non-erosive Core Mass Flux for a
cylindrical core, like you're doing, and then figure the Core Complexity
Factor for the Finocyl is going to make the erosive burning worse.



For the 2004 CSXT GoFast rocket we went a little aggressive on the Core
Mach Number and Core Mass Flux, again we were trading getting enough
propellant into the rocket to make it over 100 km without the motor failing
from erosive burning.



The tough part of course is that the Finocyl grain "fins" are at the end
of the grain, making the grain core complex at the end of the grain, right
where erosive burning will be worse.  The cylindrical core front portion is
easier to calculate the core mass flux, and there is less (or no) erosive
burning up front in the motor core.  The cylindrical core-based erosivity
design criteria are probably directly applicable to your conic core
section.  It's the Finocyl "fin" section which is the issue.



What would be a great subscale test is Finocyl grains and cylindrical core
grains fired at the same Core Mach Number and same Core Mass Flux.
Cylindrical core grains can be used to develop the erosivity design
criteria, as I did, but it would be good to know that a Finocyl grain with
a Core Complexity Factor "X" would have erosive burning "Y%" higher than
the baseline cylindrical core grain.



Brute force may be the best way to go.



And congratulations on your 82% volumetric loading, that's a very good
volumetric loading.







Charles E. (Chuck) Rogers

CRogers168@xxxxxxx









-----Original Message-----
From: William Claybaugh <wclaybaugh2@xxxxxxxxx>
To: arocket <arocket@xxxxxxxxxxxxx>

Sent: Wed, Apr 12, 2017 4:18 pm
Subject: [AR] Re: Erosive burning rule of thumb?

Chuck:



I am using the port area / throat area greater than 1.36 criteria as well
as mass flow below 1.75 lbm/sec-sq. in. rule.



The issue is that I am working with a relatively complex core burning
grain that consists of a cylinder, a cone, and a finacyl where I could
really use a top-level rule of thumb to assist initial diameter and length
assignment for each section.



I have a design that meets the two criteria in each section and overall
but have little short of brut force to test whether it is the highest
loading that can be achieved w/o erosion.  Will brut force the modeling if
necessary, but would love a rule of thumb that quickly eliminated designs
that are likely to erode.



Currently at 82% volumetric loading, btw.



Bill



On Wed, Apr 12, 2017 at 4:47 PM Redacted sender crogers168 for DMARC <
dmarc-noreply@xxxxxxxxxxxxx> wrote:

There's a technical article I authored on Erosive Burning Design Criteria
for Solid Rocket Motors which was published in High Power Rocketry Magazine
which can be downloaded from the RASAero web site from the Solid Rocket
Motor Technical Report Downloads page at:



http://www.rasaero.com/dl_solid_motor.htm



Scroll down to the bottom for the Erosive Burning Design Criteria for High
Power and Experimental/Amateur Solid Rocket Motors technical article.
There's a short technical summary available of the article, and the full
article for download.



The combined Core Mach Number/Core Mass Flux design criteria is what was
used to design the core of the 2004 CSXT GoFast rocket.  The technical
article includes data for burn rate as a function of chamber pressure and
core mass flux for the Derek Deville D8 propellant which was used for the
2004 CSXT GoFast S motor.  The core mass flux for the onset of erosive
burning can be seen in the D8 propellant burn rate experimental data.







Chuck Rogers

CRogers168@xxxxxxx









-----Original Message-----
From: William Claybaugh <wclaybaugh2@xxxxxxxxx>
To: arocket <arocket@xxxxxxxxxxxxx>
Sent: Wed, Apr 12, 2017 1:54 pm
Subject: [AR] Erosive burning rule of thumb?

Is there any experience-based rule for erosive burning in
cylinderical-type grains (Bates, Finocyl, etc.)?  I am particularly looking
for experience as to how small the core diameter can be as a percentage of
grain diameter: 50% appears to assure no erosion at L/D of 10:1 or less,
what about 33%?



When does overall length begin to play? I know that around 15:1 will lead
to erosion with a 50% core diameter, for example. What is the "critical"
length at 33%? What about other core diameters?



Bill




Other related posts: