Diciembre 15 2017 08:12 am

Autor Tema: BATES: SISTEMA DE PROPULSIÓN (TUTORIAL)  (Leído 7947 veces)

0 Usuarios y 1 Visitante están viendo este tema.

Desconectado Salva

  • Moderator
  • [[Dios del Fuego]]
  • *
  • Mensajes: 1350
  • Popularidad: 131
    • Ver Perfil
BATES: SISTEMA DE PROPULSIÓN (TUTORIAL)
« en: Agosto 14 2007 17:40 pm »
INTRODUCCIÓN:

El documento NASA/SP-8076 del año 1972 denominado "Solid propellant grain design and internal ballistics" fue desclasificado por la NASA (Curiosamente ha desaparecido) en las últimas décadas del siglo pasado y aporta una información muy valiosa sobre geometrías de combustión y diseños de granos propulsores para cohetes de propulsión sólida.

Una parte de dicho documento explica el funcionamiento del llamado sistema BATES. Se expondrá seguidamente el fundamento y la práctica de este sistema para aplicarlo a nuestros proyectos de forma concreta.

Este sistema sigue empleándose actualmente tanto en diseños militares como en proyectos para aficionados.


SISTEMA "BATES":

El acrónimo BATES está formado por BAllistic TESt y constituye uno de los más importantes diseños para controlar la combustión en el interior de un reactor cohete de propulsión sólida.

En la práctica, llamamos BATES a cada uno de los segmentos cilíndricos de los granos propulsores. Cada grano se forma mediante moldeo, está inhibido de la combustión en su parte cilíndrica externa y tiene un núcleo axial hueco también cilíndrico.

El inhibidor externo es el propio molde que lo forma y queda adherido definitivamente al grano rodeando su diámetro externo y protegiéndolo de la combustión como parte del diseño del BATE. Se recomienda el tubo de cartón forrado de aluminio como material inhibidor.

También habrá que recubrir con Teflón de fontanería los núcleos que formarán el alma o corazón de cada segmento o BATE. Esto es necesario para poder retirarlos posteriormente con facilidad.


Ahora habrá que decidir las medidas del segmento, los cuales no deben alojarse ajustados dentro del tubo que los contiene, sino que debe existir una cierta holgura. De igual manera existirá una holgura entre ellos intercalando un espaciador del mismo material que el inhibidor.

La longitud del segmento y su relación con su diámetro determina la geometría de la curva durante la combustión.




Durante el funcionamiento del reactor, la combustión alcanza al núcleo y a las caras laterales de cada grano (o BATE), quedando fuera de este alcance la superficie cilíndrica externa al estar recubierta por un material adherido a la misma que llamamos inhibidor. Este inhibidor forma por moldeo el grano propulsor o puede adherirse a él posteriormente.

El núcleo cilíndrico va aumentando su área de quemado durante la combustión. Por otro lado, las superficies laterales van disminuyendo su área resultando cada vez estos anillos más estrechos.

Bajo una determinada relación geométrica del grano entre su diámetro interno, el externo y su longitud, se produce una compensación y como resultado aparece una curva en forma de arco relativamente "estable" que produce un empuje propulsor "constante".

Si acortamos los BATES aparece un empuje decreciente o regresivo. Si por el contrario alargamos los BATES, obtenemos un empuje creciente o progresivo. Todo ello sin variar el resto de los parámetros.

Este interesante artificio nos permite decidir y dosificar geométricamente y de forma sencilla el empuje propulsor del cohete.

Posiblemente nos interese un mayor empuje en el despegue para estabilizar el vuelo o nos convenga una combustión regresiva para compensar un alto exponente de presión en un determinado propulsor o bajo determinadas condiciones.

Existe una relación entre los diámetros del grano y su longitud que produce una situación de equilibrio siempre que la velocidad de combustión sea uniforme.

Lo / Do=1.7 (aproximadamente); siendo Lo=longitud del grano y Do=diámetro externo del grano.

Para diseñar los granos con mayor facilidad y sin tener que recurrir a numerosas pruebas estáticas, se usa la simulación por ordenador.

Un programa gratuito y eficaz para diseñar granos tipo BATES es el SRM de Richard Nakka.

Descargar aquí http://www.cohetes.org/excel/SRM A50 Cormoran I.xls


TRADUCCIÓN DE LA NOMENCLATURA SRM:

Dc= Diámetro interior de la cámara de combustión.
Lc= Longitud de la cámara de combustión.
Type= Es el combustible empleado.
Do= Diámetro exterior del grano de propulsor.
do= Diámetro del núcleo del grano del propulsor.
Lo= Longitud de los granos de propulsor(si no fueran iguales se promedia).
N= Número de granos de propulsor.
Outer surface= Superficie exterior del grano de propulsor (Marcar 1 si queda expuesta y 0 si queda inhibida).
Core= Superficie interior que forma el núcleo del grano de propulsor. (Marcar 1 si queda expuesta y 0 si queda inhibida).
Ends= Superficies circulares laterales del grano de propulsor. (Marcar 1 si queda expuesta y 0 si queda inhibida).
Kno= Relación entre el área de quemado instantánea del propulsor y la superficie de la garganta de la tobera.
e= Posible erosión de la garganta de la tobera durante la combustión.


RECOMENDACIONES:

- Las caras laterales de los BATES deben impregnarse con una capa fina de pólvora diluida en alcohol isopropilico con goma laca.
- Los inhibidores externos pueden ser de cartón pero deben ser lo suficientemente robustos (rodajas de tubo de cartón).
- Las caras laterales de los bates no deben estar en contacto. Pueden intercalarse anillos espaciadores entre ellos.
- Se recomienda pintar con pintura anti térmica el exterior del BATE o forrarlo con cinta de aluminio.
- El diámetro del BATE tiene relación con la duración de la combustión y el número de BATES con el empuje instantáneo.
- El núcleo (cilindro interno) de los BATES no debe ser inferior en diámetro a la garganta de la tobera para prevenir la combustión erosiva del propulsor.
- El cilindro que forma el reactor debe estar protegido con una pantalla térmica formada por cartón adherido al tubo metálico.
- Se recomienda pesar con balanza de precisión todos los BATES para detectar fallos ocultos como grietas o burbujas.
- Si el propulsor empleado es higroscópico (Casi todos los "Candy" absorben humedad) deben almacenarse en cajas o bolsas herméticas con sílica gel o cloruro cálcico.


Saludos,

Salva



« última modificación: Octubre 04 2012 22:54 pm por Salva »

Cohetería experimental.

Desconectado Nononono

  • Global Moderator
  • [[Dios del Fuego]]
  • *
  • Mensajes: 1627
  • Popularidad: 76
    • Ver Perfil
Re: Sistema BATES para cohetes de propulsión sólida.
« Respuesta #1 en: Agosto 14 2007 23:50 pm »
Un gran documento, si señor  :brinco:  :brinco:  :brinco:

estupendo!!!

Desconectado todopirotecnia

  • Global Moderator
  • [[Dios del Fuego]]
  • *
  • Mensajes: 2142
  • Popularidad: 70
    • Ver Perfil
    • http://www.todopetardos.com
Re: Sistema BATES para cohetes de propulsión sólida.
« Respuesta #2 en: Agosto 15 2007 12:13 pm »
Muchas gracias de nuevo Salva.!
Es un placer poder fijar post como este.
Descubramos juntos el poder del 8º arte humano.

Desconectado jaimetron

  • Forense Total de TodoPetardos
  • ***
  • Mensajes: 321
  • Popularidad: 1
    • Ver Perfil
Re: SISTEMA DE PROPULSIÓN PARA COHETES (TUTORIAL)
« Respuesta #3 en: Septiembre 23 2007 12:47 pm »
hola salva me acabo de enterar que eres de gandia .hola yo jaimetron vivo en denia ,,,

Desconectado jaimetron

  • Forense Total de TodoPetardos
  • ***
  • Mensajes: 321
  • Popularidad: 1
    • Ver Perfil
Re: SISTEMA DE PROPULSIÓN PARA COHETES (TUTORIAL)
« Respuesta #4 en: Septiembre 23 2007 12:52 pm »
me podrias echar una mano sobre los cohetes de tubo de carton i polvora negra , :ok!: :ok!:

Desconectado PiRi

  • [[Dios del Fuego]]
  • ****
  • Mensajes: 3883
  • Popularidad: 43
  • La pirotecnia es mi pasión porque es todo un arte
    • Ver Perfil
Re: SISTEMA DE PROPULSIÓN PARA COHETES (TUTORIAL)
« Respuesta #5 en: Septiembre 23 2007 21:00 pm »
para que hacerlos con polvora negra si con sorbitol y azucar suben mas y son mas seguros. no te digo que empieces con uno tipo apollo porque con uno pequeño va de madre
LO DIFICIL LO HACEMOS ¡YA!,
LO IMPOSIBLES NOS CUESTA UN POCO MAS,
LOS MILAGROS, PARA ESO NOS ESTAMOS PREPARANDO.

Huye de las tentaciones despacio para que puedan alcanzarte


Desconectado Salva

  • Moderator
  • [[Dios del Fuego]]
  • *
  • Mensajes: 1350
  • Popularidad: 131
    • Ver Perfil
Re: SISTEMA DE PROPULSIÓN PARA COHETES (TUTORIAL)
« Respuesta #6 en: Octubre 29 2007 20:02 pm »
Hola.

Aunque alguna vez he mencionado que usar PVC como tubo para el reactor puede ser peligroso, estoy considerando usarlo y sugerirlo debido a la simplicidad de construcción que aporta.

Existen tapones a medida para todos los diámetros de tubo y también reducciones cónicas para hacer la tobera.

El peligro es que si explota, los fragmentos de PVC se clavarán en los árboles cercanos ( también en la carne, atravesando la ropa).

Muchos aficionados usan el PVC y lo recomiendan, a mí siempre me ha dado un poco de miedo y he antepuesto la seguridad.

Si alguien decide hacer un cohete con PVC, debe tener claro y listo su sistema de ignición por cable e inflamador.

Usar un inflamador es muy recomendable en cualquier caso porque produce una presurización que acelera la estabilidad de la combustión. También aporta seguridad al activarse a distancia.

Por último, cuando se usa PVC, la pantalla térmica debe ser algo más resistente. Se recomienda varias capas de cartulina con papel de aluminio entre ellas.


Salva

Cohetería experimental.

Desconectado Dimi

  • Pirotécnico habitual
  • **
  • Mensajes: 44
  • Popularidad: -3
  • ¡Anarquismo!
    • MSN Messenger - dimitri_corella@hotmail.com
    • Ver Perfil
    • Videofrikis
Re: SISTEMA DE PROPULSIÓN PARA COHETES (TUTORIAL)
« Respuesta #7 en: Noviembre 06 2007 18:54 pm »
GTRacias...tio necesitva este turila aver si me funciona.... :diablofuego: :diablofuego:

Desconectado Salva

  • Moderator
  • [[Dios del Fuego]]
  • *
  • Mensajes: 1350
  • Popularidad: 131
    • Ver Perfil
Re: SISTEMA DE PROPULSIÓN PARA COHETES (TUTORIAL)
« Respuesta #8 en: Noviembre 16 2008 23:06 pm »
Este tema empezaba con una referencia a un documento de la NASA que parece no estar disponible en el momento actual (el enlace falla).

A la vista de todos los sistemas de propulsión y formas de grano posibles para propergoles sólidos, el sistema BATES parece el mejor.

Todos mis anteriores cohetes; los que funcionaron bien, los que lo hicieron a medias y los que fallaron, incorporaron este sistema.

Los reactores para las pruebas estáticas también fueros diseñados con este principio de funcionamiento y solo dos de ellos fallaron por exceso de pólvora en la imprimación de los BATES.

Actualmente veo con claridad que este sistema es muy superior a los demás y lo recomiendo por su simplicidad y fiabilidad.


VENTAJAS DEL SISTEMA BATES:

1) - La curva de empuje es tan plana como queramos. Depende de la relación entre los diámetros interno y externo del BATE.

2) - La potencia instantánea es tan elevada como queramos. Depende del número de BATES y de su tamaño.

3) - La duración del empuje es directamente proporcional a la diferencia de diámetros, al Kn y a la naturaleza del propulsor.

4) - Los propulsores con elevado exponente de presión pueden compensarse acortando la longitud de los BATES.

5) - Es improbable que la tobera se obture con el propio grano por la propia geometría de la combustión.

6) - Los propulsores muy lentos pueden usarse con granos desinhibidos, abarcándose gran rango de tasas de quemado.


De todas estas ventajas quería destacar la número 4 ya que nos permite usar propulsores con combustible epoxi (NEPOX, EPOKSAL, etc) y adiciones menores de Fe2O3.

La elevada proporción normalmente usada (7% a 8%) obedece a una necesidad de estabilizar el exponente de presión. Esto fue descubierto por R. Nakka en sus experimentos pero tiene dos desventajas.

1- Limita la proporción de combustible y de oxidante.

2-  Aumenta la viscosidad.


CONCLUSIÓN.

Gracias al control de la curva de combustión que proporciona el sistema BATES, podemos reducir la proporción de Fe2O3; aumentar la potencia y disminuir la viscosidad obteniendo un grano de fácil elaboración que compensa el elevado exponente de presión.

Es muy importante comprender el funcionamiento del sistema BATES y para ello puede ayudar la simulación SRM.


P.D. Para profundizar en este tema se recomienda ir al principio del mismo.


Salva
« última modificación: Noviembre 16 2008 23:10 pm por Salva »

Cohetería experimental.

Desconectado Salva

  • Moderator
  • [[Dios del Fuego]]
  • *
  • Mensajes: 1350
  • Popularidad: 131
    • Ver Perfil
Re: SISTEMA DE PROPULSIÓN PARA COHETES (TUTORIAL)
« Respuesta #9 en: Diciembre 13 2008 16:49 pm »
El sistema que nos ocupa requiere un orificio axial que recorre el interior del grano o granos.

Este orificio puede moldearse mediante la inserción de núcleos tal como se ha descrito, pero también puede taladrarse posteriormente.

Este mecanizado fue descrito por R. Nakka con el RNX (Un propergol similar al NEPOX) y resulta seguro, pues no parece haber riesgo de ignición accidental.

Debido a que a veces los propergoles son más "sensibles" a la ignición, debe hacerse una prueba previa con una muestra en un lugar seguro y tomando las precauciones necesarias.

Se ha realizado una prueba de taladro a baja velocidad sobre EPOKSAL con una broca de 12 mm.

El EPOKSAL contiene perclorato potásico y es más sensible a la ignición que el NEPOX.

El resultado ha sido satisfactorio y queda resuelta la duda sobre la posibilidad de mecanizar este propergol con garantías de seguridad.



Prueba de mecanización mediante taladro a baja velocidad con broca de 12mm.


No está de más realizar este procedimiento con guantes de cuero y gafas protectoras. También se recomienda hacerlo a muy baja velocidad y con varios descansos a lo largo del recorrido axial para dar tiempo a que la broca se refrigere.


Salva

Cohetería experimental.

Desconectado wooster

  • [[Dios del Fuego]]
  • ****
  • Mensajes: 2244
  • Popularidad: 54
  • Todo el mundo miente.
    • Ver Perfil
Re: SISTEMA DE PROPULSIÓN PARA COHETES (TUTORIAL)
« Respuesta #10 en: Febrero 15 2009 18:24 pm »
pero es mas sencillo moldearlo. Ademas con el taladro se te puede romper como en la foto y a partir de ciertos tamaños como por ejemplo 20mm son necesarios taladros especiales.
TODO EL MUNDO MIENTE; LO ÚNICO QUE CAMBIA ES EL POR QUE.

                                                                                                           
Montones de formulas de polvora de todo tipo en el link:
http://www.todopetardos.com/foro/polvora/formulas-de-polvoras-nitratos-cloratos/msg40839/#msg40839

Desconectado Salva

  • Moderator
  • [[Dios del Fuego]]
  • *
  • Mensajes: 1350
  • Popularidad: 131
    • Ver Perfil
Re: BATES: SISTEMA DE PROPULSIÓN (TUTORIAL)
« Respuesta #11 en: Enero 28 2012 17:56 pm »
Desde que la NASA desclasificara su famoso documento citado al principio de este tema, el sistema BATES se ha convertido en el preferido de los aficionados.

Este tipo de grano se moldea individualmente o en tandas y se ha usado recientemente en los reactores laterales del transbordador espacial, así como en misiles y otros tipos de cohetes.



Sistema de propulsión con geometría "BATES" de cinco granos.


La duda que todos los aficionados nos ha asaltado alguna vez con respecto a este diseño de grano es; ¿Cuántos "BATES" se pueden usar en un reactor? La respuesta depende del propergol usado, del tubo y otros factores que vamos a ver.

Propergoles que funcionan con elevados valores de Kn pueden llevar hasta 15 granos (BATES) o más, según he comprobado en algunos diseños.

También depende de la resistencia estructural del reactor. A mayor resistencia del reactor, se pueden poner más "BATES", siempre que vaya acompañado de un aumento del Kn.

El límite para aumentar el número de "BATES" es la combustión erosiva. La regla de oro es usar tantos como sea posible sin alcanzar estados de combustión erosiva.

Para no duplicar la información, ya existe un tema llamado: "Combustión erosiva: Qué es y cómo prevenirla".


Salva
« última modificación: Enero 28 2012 21:35 pm por Salva »

Cohetería experimental.

Desconectado SrPerales

  • Novato
  • *
  • Mensajes: 4
  • Popularidad: 0
    • Ver Perfil
Re:BATES: SISTEMA DE PROPULSIÓN (TUTORIAL)
« Respuesta #12 en: Octubre 10 2014 10:18 am »
http://www.zerognews.com/special/sp8000/archive/00000120/01/sp8076.pdf

Citar
El documento NASA/SP-8076 del año 1972 denominado "Solid propellant grain design and internal ballistics" fue desclasificado por la NASA (Curiosamente ha desaparecido) en las últimas décadas del siglo pasado y aporta una información muy valiosa sobre geometrías de combustión y diseños de granos propulsores para cohetes de propulsión sólida.