O CINK-SUMPOR GORIVU

Najstarije gorivo u amaterskoj raketnoj tehnici.

Najcesci odnos 67.1% Zn  i 32.9% S

Ovaj odnos moze ici i cesto se koristi i kao 75% Zn i 25% S jer sa povecanjem sadrzaja cinka u odnosu na sumpor povecava se brzina sagorevanja.

Isp= 340 - 500 NS/Kg mada se dodatkom aluminijuma ova vrednost moze povecati na preko 1000 NS/Kg.

Pritisci na kojima radi ovo gorivo su izmedju 100 i 120 bara.

Brzine sagorevanja su izuzetno velike i krecu se od 10 - 700 cm/s.

Vremena sagorevanja zavise od kriticnog preseka mlaznika a vrednost maksimalne sile potiska u mnogome zavisi od duzine kucista.

Iako imaju oblik klasicnog cigaret punjenja, model sagorevanja ovde ne izgleda kao kod klasicnog ceonog sagorevanja vec zbog cinjenice da metalno kuciste ima kataliticko dejstvo na Cink gorivo povrsina sagorevanja poprima konicni oblik.

Ipak, performanse ovakvih motora drasticno su ogranicene cinjenicom da se produkti sagorevanja koje traje oko 0.1-0.3s kondenzuju na visokim temperaturama tako da ne stizu da ekspandiraju u mlazniku pre nego sto predju u cvrstu fazu koja ne podleze zakonima energetske transformacije mlaznika. maseni udeo ove faze je proporcionalan gubicima korisne energije.

U praksi jedno isto Zn/S gorivo pokazuje razlicite Isp zavisno od mnogih faktora.

Primeceno je da blagi uglovi konvergentnog i divergentnog dela mlaznika poboljsavaju performanse motora jer upravo na taj nacin obezbedjuju postepenu ekspanziju koja moze ubrzati i gore pomenutu cvrstu fazu u mlazniku.

Ovi uglovi u praksi su 9 stepeni za divergentni deo i 20 stepeni za konvergentni deo.

Optimalan odnos Aiz/Akr je 16.

I druge geometrijske karakteristike imaju interesantan uticaj na performanse motora.

Odnos Zapremine komore sagorevanja i kriticnog preseka mlaznika ( Karakteristicna duzina komore) kao i odnos inicijalne mase goriva i kriticnog preseka mlaznika direktno uticu na ukupno vreme sagorevanja dok stvarna apsolutna duzina komore utice na vreme potrebno da se postigne maksimalna sila potiska.

Vreme sagorevanja mozemo odrediti po sledecoj formuli:

t = (mg/Akr) x 3.7 x EXP-5  

gde je  t-vreme u sekundima, mg- inicijalna masa goriva u kilogramima i Akr-kriticni presek mlaznika u m2.

Kucista komore sagorevanja su celicna sa unutrasnje strane presvucena termo izolacijom od epoksija poliestera ili slicno.

Postupak pravljenja goriva je vrlo jednostavan sto predstavlja i osnovnu prednost ovog goriva. Ukoliko je pravilno napravljeno i ukoliko nema vlage ovakav motor jednostavno ne moze nikad eksplodirati.

Mesavina cinka i sumpora u prahu se sipa u motor, nezno se nabije ( utapka ) postavi se upaljac i mlaznik sa cepom koji treba tesko da ulazi i izlazi.

Postoji mogucnost proizvodnje i livenog punjenja Cink-Sumpor tako sto se praskasta mesavina rastopi na temperaturi od 121 C ali nikako ne vise od 157 C.

Dobijena plasticna masa se izlije u kalup i kada se osusi ima dobra mehanicka svojstva i cvrstocu.

Postupak proizvodnje je gotovo identican kao i KN/SU goriva uz razliku i prednost sto nikakvo mesanje nije neophodno.

Primer motora:

D = 56mm ( precnikmotora spoljnji)

Dp = 53mm ( precnik punjenja )

Lp = 251mm ( duzina punjenja )

L = 300 mm ( Duzina motora)

Dkr = 8mm

Kn = 44

m = 2239 g  ( masa goriva)

U slucaju praskastog Zn-S goriva sabijenog do gustine ne vece od 3 g/cm3 produkti sagorevanja su u najvecem delu tecni cink i cvrsti ZnS koji su u termickoj ravnotezi.

Kako gasovita faza napusta motor tako preostala tecna faza u motoru isparava.

Totalno vreme rada motora odredjeno je odnosom ukupne mase goriva i kriticnog preseka. Sa smanjenjem kriticnog preseka povecava se vreme rada motora sve do maksimalnih 2 sekunde pri cemu temperature idu do 3000 K.

Sagorevanje je gotovo momentalno duz cele mase goriva tako da je mehanizam sagorevanja drugacijih nego kod ostalih cvrstih kompozitnih ili dvobaznih goriva. Dakle klasicne jednacine ovde ne vaze. Pretpostavlja se da je razlog ovakvom sagorevanju visoka termicka provodnost goriva.

U slucaju livenog goriva Zn-S, brzina sagorevanja varira od 3-40 cm/s zavisno od kolicine sumpora. Vise sumpora usporava sagorevanje. Kod livenog goriva odnos S/Akr ili popularni Kn nema toliko veliki uticaj na pritisak kao kod klasicnih goriva.

Ako je S/Akr vrlo malo gorivo tada gori prilicno sporo a za vrednosti oko 30 gorivo sagoreva veoma brzo postizuci pritiske od oko 120 bara.

PRORAČUN MOTORA SA CINK-SUMPOR GORIVOM