[sugpro] Re: Nozzleless motors

  • From: Richard Nakka <richard.rocketry@xxxxxxxxx>
  • To: sugpro@xxxxxxxxxxxxx
  • Date: Fri, 21 Jun 2019 09:16:22 -0500

<<I don't think one can include the burning area of the conical section in
the initial Kn calculation for a nozzleless motor considering it is past
the functional "throat" formed by the grain and as such it is not
contributing to the chamber pressure in any significant way at that
point. >>

You make a good point, Alex. I would have to agree with you. So the initial
Kn is slightly less for the motor with the cone, I stand corrected :-)

I wish I had done a static test of both motors to have had a better
comparison basis. Looking forward to Serge's results.

Richard


On Fri, Jun 21, 2019 at 9:00 AM Alex Kuehn <awkpilot@xxxxxxxxx> wrote:

Richard,

I don't think one can include the burning area of the conical section in
the initial Kn calculation for a nozzleless motor considering it is past
the functional "throat" formed by the grain and as such it is not
contributing to the chamber pressure in any significant way at that point.

I think Serge's upcoming test is taking the correct approach in keeping
the chamber pressure the same so that the only variable is the addition of
a conic section and that should yield some interesting results.

-Alex

On Fri, Jun 21, 2019 at 8:31 AM Richard Nakka <richard.rocketry@xxxxxxxxx>
wrote:

Some clarification is perhaps needed. See attached pic that illustrates
difference in the two motors that were tested. The initial Kn is actually
slightly *higher *for the motor with the cone.

Kn is defined as burning area divided by nozzle throat area. The initial
burning area is the propellant area along the length of the core including
the conical area. The throat area is the based on the core diameter, which
is the same for both motors.

Now the *final *Kn (which occurs at burnout)  will be slightly *less *for
the motor with the cone, as the region with the cone has a thinner web
which will burn out sooner than the region with the constant diameter core.

Richard

On Thu, Jun 20, 2019 at 6:45 PM Alex Kuehn <awkpilot@xxxxxxxxx> wrote:

Richard,

Looking at your drawing, unless I'm misunderstanding what you did, I
think the decrease in performance you saw is because the exit cone
decreased the initial Kn of the motor. I believe the same thing happened in
the paper that Serge shared when they did their experiments. I'd be curious
if there would be a significant improvement in performance if you were to
simply lengthen the motor the length of the exit cone when adding the exit
cone (thus having the same Kn and chamber pressure between the motor with
the exit cone and the one without) since I think that would be more telling.

-Alex


On Thu, Jun 20, 2019, 3:25 PM Richard Nakka <richard.rocketry@xxxxxxxxx>
wrote:

Yes, both motors were identical except the flight motor had an
expansion cone.

On Thu, Jun 20, 2019 at 1:47 PM <spas@xxxxxxxxx> wrote:


Regarding the addition of an expansion cone, I have tried that on
one of
the nozzleless motors that I flew a while ago

Did these motors have equal length of strait core?


(see attached pics). After
test firing a nozzleless motor with a straight core, I decided to
add an
expansion cone, and fly the motor in a rocket. Well, the result was
disappointing. The rocket flew a fair amount lower altitude than
predicted.
So it seems that the expansion cone resulted in a loss in thrust. It
will
be interesting to see if Serge's upcoming test firing of such a
motor is
in
agreement with this finding, or not.

Richard

On Thu, Jun 20, 2019 at 6:07 AM <spas@xxxxxxxxx> wrote:

attached picture


Ray, thank you for your kind words)

 It is always a pleasure to read of your experiments, Serge.

Do you measure chamber pressure during these tests?

No, but I believe in nozzleless motors pressure may be calculated
by
multiplying thrust on exit port area.

From the thrust curves, it does not seem that erosive burning at
the
exit
is significantly affecting the grain geometry.

There is interesting paper on this matter: "Internal Ballistics
Considerations of Nozzleless Rocket Motors", Journal of
Propulsion and
Power, 1999.
http://serge77-rocketry.net/nozzleless0/nozzleless.pdf

The main idea, confirmed by experiment and calculations: the
burning
speed
of propellant is approximately the same along the entire length
of the
core, because the acceleration of combustion due to erosion near
the
nozzle is compensated by the acceleration of combustion in the
head
part
due to a much higher pressure than near the nozzle.

Also, it is interesting
that the M16 test had a shorter duration than the M19 test.

I have used new coffee grinder for M19, so the most plausible
reason
is
somewhat coarser KNO3. It is unfortunate, because it is
impossible now
to
correctly compare these two motors.

Have you considered forming an expansion cone in the propellant?

Yes, but not now. Conical insert has long been waiting for its
time
(attached).
At first, I want to determine what maximum pressure such an
engine can
withstand. So I will try more and more long core. Yesterday I have
poured
motor with core length 700 mm, L/D = 14.



    On Wednesday, June 19, 2019, 2:32:24 PM GMT, <spas@xxxxxxxxx

wrote:

 now L/D = 12
and I prepare next motors with L/D = 14
I want to know what maximum L/D may be used for maximum Isp
core to diameter ratio (d/D)is about 1/3 in all tests



Very interesting, Serge. Previously you recommended a guideline
of
length
to grain diameter ration (L/D) = 10 and a core to diameter ratio
(d/D)
=1/3
based on your earlier testing. What ratios are you using now?

Richard

On Wed, Jun 19, 2019 at 6:46 AM <spas@xxxxxxxxx> wrote:

More tests of nozzleless motors,  previous tests are here



https://www.facebook.com/groups/1396488870646273/permalink/1993969987564822/

Today's two tests differ by a longer channel, 600 mm instead of
500,
and
a
greater mass of propellant KNSB, 1750 g instead of 1500.
Lengthening
the
core leads to an increase in pressure in the motor and an
increase
in
the
Isp, so I will increase core length further)
M18 - granulated nitrate
M19 - pure milled nitrate

Thrust curves of the motors with previous results for
comparison
are
attached.
Video is here



https://www.facebook.com/groups/1396488870646273/permalink/2020337984928022/

Serge Pipko
Kyiv, Ukraine
serge77-rocketry.net



I began a series of tests of nozzleless motors of different
configurations
and with different propellants. The purpose of the tests is
to
find
the
optimal configuration that will give the maximum Isp.
I recently tested 4 nozzleless motors with KNSB propellant.
All
motors
have the same size and weight, grain outer diameter 50 mm,
core
diameter
19.3 mm, core length 500 mm, propellant mass 1500 g. Motors
differ
in
used
potassium nitrate.
M14 - granulated KNO3 (contains 0.8% SiO2 anticaking agent)
M15 - granulated KNO3  + 0,5% red iron oxide
M16 - pure milled KNO3
M17 - granulated milled KNO3

The following tests will be with a greater core length, with
sodium
nitrate as an oxidizing agent and with the addition of
aluminum.

Thrust curves of the motors are attached.

Videos of the tests can be seen here



https://www.facebook.com/groups/1396488870646273/permalink/1993969987564822/
https://www.facebook.com/serge.pipko.5/posts/450824292327788














Other related posts:

  1. Home
  2. sugpro
  3. Archive
  4. 06-2019