Figure 1: view of ZAS5P-9.

De vaste brandstofpil wordt in de motor verankerd met dun vloeibaar polyurethaan (Protoflex190-15N). Eerst worden op het brandstofblok aan de zijkant en onderaan een aantal "druppels" siliconen aangebracht om tijdens het inschuiven in de motorwand voldoende afstand van de wand te verzekeren zodat het polymeer het ganse oppervlak zou bedekken, met uitzondering van het bovenoppervlak waar de verbranding moet gebeuren. Vooraleer het polymeer te gebruiken wordt eerst het volume gemeten tussen wand en brandstof door middel van water. Na droging wordt de gepaste hoeveelheid polymeer aangemaakt en in de lege rechtopstaande motor gegoten. Nadien wordt het brandstofblok langzaam in de motor neergelaten.

In beide experimenten werd de zelfde brandstofsamenstelling gebruikt: 64,5% Zn, 25,5% S en 10% Al. Wegens het feit dat de uitlaat van de ZAS5P-8 korter was bedroeg de initiele Ae/At verhouding in ZAS5P-8 26.4 en in ZAS5P-9 39.5.
De vrije ruimte tussen brandstofblok en de keel werd opgevuld met 65 g zink-zwavel poeder met een mengverhouding van 3/1 in gewicht. Dit poeder ontvlamt zeer gemakkelijk en zorgt voor een grote ontsteekdruk en temperatuur.
Voor het keel gedeelte werd gebruik gemaakt van staal. In afwijking van vorige testen werd ditmaal een keeldoormeter van 7 mm gebruikt, dit om de vereiste Ae/At verhoudingen te bekomen.

De motor heeft de volgende karakteristieken: 

Het volgende diagramma toont de stuwkrachtsmeting bij beide motoren. Bij de meting werd behoorlijk veel geruis waargenomen.

Inderdaad hebben vroegere experimenten de belangrijke invloed van At/Ae en van eroderende kelen (waardoor At/Ae verandert gedurende de werking van de motor) op de specifieke impuls aangetoond. Op dit moment is er geen model beschikbaar die ons toelaat om de optimale verhouding te berekenen. We zijn dus aangewezen tot een aantal experimenten om de optimale situatie te vinden.
De eerste figuur toont de opzet van de motor. De constructie is zo dat het vrij gemakkelijk is om onderdelen te vervangen. Zo is de straalpijp samengesteld uit 3 individuele delen: het convergerend of inlaat gedeelte, het middendeel of keel gedeelte en het divergerend of uitlaat deel. Door bijvoorbeeld de keel te veranderen kunnen we ook de verhouding tussen keeloppervlakte en uitlaatoppervlak veranderen.

• Vertraagde stuwkrachtsoploop (dip gedurende de eerste 0.1s): de langzame oploop kan te wijten zijn aan:
  • De positie van de ontsteker die zich ditmaal vóór de keel bevond in plaats van in het convergerent gedeelte waar zich het ontsteekpoeder bevindt. De reden hiervoor was dat de keel (7 mm) te klein was om de ontsteker door te laten;
  • Een dun laagje polymeer dat zich op het verbrandingsoppervlak kan hebben bevonden, aangezien het vrij moeilijk was om dit volledig te verwijderen wanneer de brandstofpil zich reeds in de motor bevond.
  • Het feit dat een relatief kleine hoeveelheid (65 gr) Zn-S poeder werd gebruikt is vermoedelijk niet de oorzaak aangezien reeds kleinere hoeveelheden ( tot 53 s) met succes werden toegepast.
• klok kurve van de stuwkracht: dit is naast de trage oploop an de stuwkracht vooral te wijten aan de eroderende keel tijdens de verbranding. Bij een min of meer constante druk leidt dit tot hogere stuwkrachten.
• Hogere totstuwkracht van de ZAS5P-9. Dit is het gevolg van het feit dat de keel bij deze motor sterker geerodeerd is dan bij de ZAS5P-8.
• Wat langere werkingsduur van de ZAS5P-8: dit is het gevolg van het feit dat de finale keeldoormeter kleiner was dan van de ZAS5P-9 en dus bij dezelfde drukl minder materiaal de motor kon verlaten. Het verschil is 0.1s of circa 8% van de totale tijd.

De Isp is voor beide motoren eerder laag: 52s op basis van de totale brandstofmassa en 55s op basis van de uitgestoten massa. We hadden 60 + verwacht.

Zoals reeds aangeven erodeerde de keel van de ZAS5P-9 van 7 mm in diameter tot 10 mm, daar waar in ZASP-8 de erosie van 7 mm tot 11 mm bedroeg. De reden van dit verschil is niet duidelijk aangezien het identieke motoren betrof. ZAS5P-7, een vrijwel identieke motor, met uitzondering van de keeldiameter die 8 mm bedroeg, erodeerde tot 10.7 mm. Met uitzondering van de start zijn de stuwkrachtscurven van beide motoren vrij gelijk.

Conclusies:

1. erosion van de straalpijpkeel levert een stuwkrachtsverloop op die nogal afwijken van de meer algemene driehoeksvorm, met hun hogere stuwkrachten bij ontsteking en continue daling;
2. ZAS5P motoren met eroderende kelen hebben doorgaans een wat kortere werkingstijd (1.2s to 1,3s in vergelijking met 1.7s);
3. Alle motoren (uitgezonderd ZAS5P-2) met geerodeerde keel hebben hun maximale stuwkracht ergens tussen 0.7 en 0.8s. Dit doet vermoeden dat de echte verbrandingsduur hiermee overeen stemt en dat de verbrandingssnelheden zich situeren tussen 37 cm/s and 42 cm/s ;
4. de erosie van deze beide motoren is vermoedelijk te groot. Minder erosion zal ook aanleiding geven tot meer vlakke stuwkrachtscurven. Dit kan misschien gerealiseerd worden door het keelgedeelte zelf langer te maken (nu 5 mm), of door minder sterk eroderende materialen te gebruiken. Een vlakkere curve moet het vinden van de optimale verhouding tussen Ae/At.

Met dank aan het ganse GEA team en de VRO leden Bert Kimpe en Joeri Wingelinckx voor hun assistentie en Pol Clauwaert voor het mechanische werk.