Deel 1, 7 april 2007
Door Mark Uitendaal en Leon Krancher

• Quick and Dirty, deel 2, 16 april 2007
• Quick and Dirty, deel 3, 20 augustus 2007
• NLD23 lanceerdag, 28 april 2006
• Spectre II, deel 8, 15 april 2006

Waarschuwing: alle verantwoordelijk wordt afgewezen! De inhoud van deze pagina heeft enkel doel te informeren. Probeer geen experimenten na te doen die op deze pagina staan. De NAVRO en de auteur van dit artikel kunnen geen verantwoordelijkheid nemen voor lezers die gebruik maken van dit artikel. Het is in Nederland verboden bij wet om de hier beschreven stuwstof te bezitten als u niet in het bezit bent van een ontheffing op de "Wet Explosieven Civiel Gebruik" (WECG).

Het begin van een nieuw project

Na de vlucht van de Spectre IIb wierp een paar problemen op. Het was duidelijk dat er onderzocht moest worden waarom deze vogel niet recht vloog. Natuurlijk had de Spectre een wat lage snelheid bij het verlaten van de lanceertoren, dus een kleine "zwieper" kan worden verklaard. Maar op de beelden is het duidelijk te zien dat het dempende effect van de vlucht een klein beetje negatief is! Dit kan niet gebeuren met een statisch stabiele raket, dus hoe kan dit? Hebben we een fout in de statische marge gemaakt, of was er iets anders aan de hand?

De statische marge van de Spectre IIb was duidelijk positief. In eerste instantie was de statische marge 2,8 kaliber. Omdat er zoveel gewicht aan stuwstof in de staart zit (bijna 2,1 kg!) zou de statische marge margin oplopen tot maximaal 4,3 als de motor uitgebrand is. Dit is zelfs een hogere waarde, met een hoger daaraan gerelateerde dempingratio. Een andere kijk op de raket bracht ons in een nieuwe richting.

De Spectre IIb is een lang in verhouding tot zijn diameter. De romp was niet stijf genoeg, waardoor de grote invalshoeken een foutieve stuwkrachtrichting veroorzaakten! Wat een verdomd ingewikkelde situatie!

Deze situatie zou zich ook niet voorgedaan hebben als de invalshoek lager was. Dit kan opgelost worden door de snelheid bij het verlaten van de lanceertoren te verhogen. Dit leidt tot een langzamere rotatie om de radiale als gevolg van de zwaartekracht, wat gunstig is voor het delen van de trappen en de veiligheid.

De fabrikant van de PVC-buis had besloten zijn product te veranderen, waardoor de stress die het kan verdragen verminderde en onze PVC-motorontwerpen in de prullenbak konden.

Dus de Spectre II raket en de motoren konden we niet meer gebruiken...
hmmm, wat zullen we verder doen?

Laten we constructief bezig zijn door op te sommen wat we geleerd hebben van het Spectre II project:

• Een lange, dunne raket kan problemen veroorzaken.
• Het project slokte erg veel tijd op, tijd die we niet hadden.
• Ingewikkelde dingen werken alleen thuis.
• Motorprestatie is niet altijd consistent.
• Toeleveranciers veranderen de eigenschappen van hun materiaal op zo'n manier dat sommige oude ontwerpen niet meer werken.

Met deze lessen in het achterhoofd was het tijd om een nieuw project te starten: Quick and Dirty.

De raket moet:

• Tweetraps zijn.
• Minder vatbaar zijn voor instabiele situaties.
• Makkelijk te bouwen.
• Goedkoop zijn.
• Niet veel tijd kosten.
• Een voorloper zijn voor een hele nieuwe generatie van raketprojecten, dus de groeipotentie en optimalisatie mogelijkheden voor verschillende technieken zullen heel belangrijk zijn.

Ook moet er een nieuw motorontwerp gemaakt worden, wat niet erg afhankelijk is van een toeleverancier. Om tijd te besparen wordt het hele project ontworpen in hetzelfde 3D CAD-programma: CATIA.

Het raketontwerp

De volledige raket zal ongeveer 2,3 meter lang worden en een diameter van ongeveer 101,6 mm krijgen.

In de neuskegel komen verschillende systemen:

• De hoofd vluchtcomputer: PaDS of R-DAS
• Back-up timer: TRAX-ART
• Locatiezender: standaard NAVRO 433 MHz. locatiezender
• Geluidsbaken: 129 dB piëzo-elektrische zoemer

Alle systemen krijgen een eigen stroomvoorziening, dus vier 9V batterieen worden ingebouwd. Het volledige elektronicacompartiment komt in de neuskegel, inclusief de pyro-systemen, die de parachute zullen gaan uitwerpen.

Het parachuteersysteem

Om de kosten laag de houden, minder tijd te laten kosten en om het makkelijker te kunnen bouwen moet het project minder zo simpel mogelijk worden gehouden. Er wordt niet met een ingewikkeld camerasysteem gevlogen in deze raket, het wordt een zo eenvoudig mogelijke een raket. De raket krijgt geen tweetraps parachuteersysteem. Dit bespaart lengte (en daarmee de specifieke stijfheid van de raket) en gewicht. Beide factoren zullen de kans op instabiliteit verminderen. Ook wordt de raket minder complex, wat tijd scheelt.

Het nadeel hiervan is dat de raket een ballistische baan zal volgen en met hoge snelheid (80 m/s) zal parachuteren. We willen parachuteren op 700 meter met een loodsparachute voor erg hoge snelheden. Om de stress op het parachuteersysteem te verminderen zal de daalsnelheid hoog zijn, ergens in de buurt van de 15 tot 17 m/s. Dit betekend dat de impactstress op de raket erg hoog zal zijn.

De booster (onderste trap) van deze raket krijgt geen parachuteersysteem. Deze bespaart ook weer gewicht en lengte.

De romp

De romp zal van PVC dat met glasvezel verstrekt wordt gemaakt worden. Dit is natuurlijk een erg kort door de bocht oplossing, omdat het zwaar is (1,25 kg/m). Maar we missen de ervaring en de mallen om een romp van alleen maar glasvezel (~ 0,5 kg/m) te maken. Dit is de snelste en goedkoopste oplossing. Maar ook gebruiken we zo voor de romp dezelfde constructietechnieken als voor de motorbuizen.

De koppeling wordt ook versterkt met glasvezel. De vinnen van de tweede trap zullen de koppeling niet in de weg zitten, omdat zij iets hoger op de twee trap zitten. Dit maakt het bouwen makkelijker en dat scheelt tijd en gewicht. Het nadeel is dat de vinnen minder efficiënt zijn en daardoor meer oppervlakte nodig hebben en dus meer wrijvingsweerstand.

De motoren

Om het ontwerpproces te versneller zullen we voor de motorbuizen dezelfde constructietechnieken gebruiken als voor de romp. Omdat de motorbuizen uit ëën stuk gemaakt worden, kunnen de straalpijpen niet in de motorbuis worden gegoten, zoals met de betonnen straalpijpen van de PVC-motoren. Daarom worden de straalpijpen van staal gemaakt.

De ontwerpen voor de motoren zullen vrijwel hetzelfde worden als die van de PVC-motor en daarmee verminderd het risico van dit deel van het project dramatisch. Omdat alle onderdelen in hetzelfde ontwerpprogramma zijn ingevoerd kunnen de motoren in de virtuele raket worden gepast lang voordat het gebouwd wordt.

De motoren krijgen een bevestigingsbout aan de bovenkant. Hierdoor is de noodzaak voor een retainer (hulpstuk waardoor de motor niet uit de raket valt) vervallen, waardoor de complexiteit en het gewicht van de tweede trap verminderen.

De motors zijn gebouwd en getest!

De motors zijn inmiddels gebouwd en voor de eerste keer getest! Dit is in volledige duisternis gebeurd, omdat we te weinig tijd hadden. Dat is jammer, want nu hebben we alleen videobeelden van een lage kwaliteit. Aan de andere kant weten we nu dat het concept van de composiet motorbuis werkt! Maar nu zijn er eerst een paar foto's van de twee typen motoren die we gebouwd en getest hebben:

Dit is de boostermotor, die de raket van terra firma de lucht in zal stuwen. Het bevat 2,4 kg sorbitol stuwstof, die is geconfigureerd in een zes grains BATES configuratie. Het leeggewicht van deze motor is ongeveer 1450 grams. De motor zal ongeveer een totale impuls van 2300 Ns gaan produceren vanwege haar lage werkdruk. Deze motor is getest in precies dezelfde configuratie die we willen gebruiken in de Quick and Dirty.

De andere motor is de sustainer motor (lang brandende motor) van de bovenste trap. Ook deze motor heeft een met glasvezel versterkte motorbuis. De motor die we hebben gemaakt bevat 700 gram stuwstof, geconfigureerd in een vier grains BATES configuratie. Het leeggewicht van deze motor is 600 gram. Deze motor gaan we veranderen door een rookgenerator van 15 seconde toe te voegen. Daardoor krijgt de motor een vijfde kernloze grain. De extra grain zal opbranden als een sigaret en rook genereren waardoor de zitbaarheid vergroot wordt en de luchtweerstand verminderd.

Door de testen wisten we dat de motoren werkte. De stuwkrachtopbouw van de 70 mm motor (als eerste in het filmpje) gaat heel snel, wat een hoge snelheid bij het verlaten van de lanceertoren oplevert. De tweede motor bleek ook goed te presteren, maar spuugt wel een stuk liner (kartonnen casingvoering) uit tijdens de laatste brandfase.

De filmpjes zelf zijn erg wazig, want de camera kon nergens op scherpstellen in het donker.

Nabeschouwing van de test

Toen we thuis kwamen hebben we de motor en de straalpijpen bestudeerd. De 70 mm composiet motorbuis was slechts geschroeid op de plek waar de straalpijp vast zit. De thermische belasting hier is enorm, omdat de stalen straalpijp erg snel opwarmt door de hitte die er doorstroomd.

De straalpijpen zelf zijn herbruikbaar en leden geen schade, er was slecht een grondige schoonmaakbeurt nodig om corrosie te voorkomen.

Nu de motoren zijn gevalideerd, is het tijd om ze op de statische testbank te zetten en te kijken naar hun prestaties. Dit gaat gebeuren wanneer de mogelijkheid zich voordoet.

De raket

De bovenste trap, inclusief de neuskegel, was af in recordtijd. Na slechts vijf bouwavonden waren de hele complete neuskegel en romp, inclusief vinnen, klaar voor de verfbeurt.

De booster op zich is niet zo veel werk in vergelijking met de raket. Dit is alleen maar een stuk buis en een koppelstuk met daarin een schot. De vinnen worden op de romp vastgemaakt met een erg goed hechtende epoxy op dezelfde manier als bij de boostervinnen van de Spectre IIb.

Volgende stop: De test waar gemeten wordt.

Volgende deel: Quick and Dirty, deel 2, 16 april 2007