Odpověď na téma: 42. CP SOČ online – obor 09 strojírenství, hutnictví a doprava

[Jakub Svoboda]

Dobrý den, děkuji za otázky a zde přikládám odpovědi
K první otázce: Mezi reálné výsledky, kterých jsem v tomto případě dosáhl bych zařadil pouze samotný návrh simulace. Do samotné stavby raketového motoru a jeho testování jsem se nepustil, jelikož se mi zaprvé nepodařilo dohledat přesnou legislativu, která by stavbu raketového motoru zastřešovala, a nechtěl jsem se chovat protiprávně. Dále sehnat odpovídající množství chemických látek s odpovídající koncentrací by bylo pro mě, jako pro člověka, který nemá žádné odborné chemické vzdělání těžké, a musel bych sehnat někoho, kdo by mi pomohl jenom s tímto. Navíc s tahem přes 60 kN u mořské hladiny by bylo složité testovat funkci tohoto raketového motoru bez odborné způsobilosti a nedostatečného zázemí.
Pokud bych chtěl přistoupit ke stavbě a testování, tak bych prvně vyrobil motoru o tahu maximálně 500-1000 N, na kterém bych se pokusil vyladit veškeré problémy, a teprve potom se pokusit sestavit takto velký motor.
K druhé otázce: Postup jsem sice neuváděl neuváděl, přesto se ho pokusím zde osvětlit. Bylo důležité, aby palivo, které vstupuje vstřikovačem do spalovací komory mělo tlak vyšší, než je tlak ve spalovací komoře. Tento tlak nebývá většinou nijak zvláště velký, v podobných případech jako jsem řešil já, asi 2 atm. Pokusil jsem se vypočítat pomocí úpravy Bernoulliho rovnice, jaké rozměry by musely mít vstřikovače, pokud by z turbočerpadla vacházela pohonná látka pod tlakem o 1 MPa, vyšší, než kolik by byl tlak ve spalovací komoře. Z toho mi vyšly výsledky přibližně 1,17 mm a 2,06 mm. Rozhodl jsem se tedy použít vhodnější hodnoty, aby byla jednodušší případná výroba, jelikož i tak bude tlak kapaliny vycházející ze vstřikovače vyšší, než jaký bude tlak ve spalovací komoře.
Ke třetí otázce: Směs byla aproximována na tyto dva plyny kvůli tomu, že jejich hmotnostní podíl je nejvyšší v celém zastoupení. Nutnost aproximace byla důležitá především kvůli možnostem výpočetního programu. Přesto, oxid uhličitý má podobné vlastnosti jako oxid uhelnatý, který se postupně mění dále na oxid uhličitý. Pod vodní páru můžeme zařadit i jednoatomový vodík a kyslík (kterých je ovšem velmi malé množství), hydroxylovou skupinu aj. Jediný prvek,který je vcelku dost zastoupen a nebyl přítomný simulace byl molekulární vodík. Reálný výsledek by byl přibližně stejný a to především proto, že zatímco molekulární vodík bude díky své nízké molekulární hmotnosti zajišťovat rychlejší proudění směsi, tak mangan a hliník v oxidu hlinitém, budou díky své vysoké hmotnosti zpomalovat proudění směsi. Přesto by v realitě nastaly dvě drobné odlišnosti, které se ovšem nedají pořádně nasimulovat. Pokud by nebyla vnitřní část spalovací komory pokovena kovem odolným oxidaci, tak by k ní vlivem vysoké teploty a objemu atomárního a molekulárního kyslíku došlo. Zadruhé, jelikož oxid hlinitý by se nacházel v kapalné podobě, pak by se mohlo stát, že by se spojilo větší množství „kapiček“ oxidu hlinitého a způsobily by turbulence v proudění. Jediným velkým rozdílem by bylo, že v rámci simulace byla stěna komory brána za adiabatickou, ale reálně by šlo o regenerativně chlazenou, což by mohlo snížit výkon motoru o maximálně 2%. Ovšem dle možností se jedná o relativně věrnou podobu simulace.
Ke čtvrté otázce: Záleží na raketovém motoru. Motory Merlin používané v raketě Grasshopper Falcon 1, Falcon 9 a Falcon Heavy používají RP-1 a kapalný kyslík. Motory Super Drago používané na kapsli Crew Dragon používají hypergolické pohonné látky. Nové motory Raptor pro Starhopper, Starship, Super heavy a další nové rakety (Elon Musk mění označení a návrh několikrát do roka) používají kapalný methan a kapalný kyslík, přičemž se jedná o první raketový motor používající tuto kombinaci, ovšem k dnešku je ve vývoji několik dalších motorů od jiných společností. Nevím ovšem název RCS, neboli orientačních motorů, které SpaceX používá, ale palivem pro ně bude nejspíše opět hypergolická pohonná směs.