[AR] Re: Hybrid High Powered Rocket

  • From: "Rick Maschek" <dmarc-noreply@xxxxxxxxxxxxx> (Redacted sender "rickmaschek" for DMARC)
  • To: "arocket@xxxxxxxxxxxxx" <arocket@xxxxxxxxxxxxx>
  • Date: Mon, 15 Mar 2021 17:22:53 +0000 (UTC)

I started working with N2O/HTPB hybrids about 15 years ago working with another 
person. Built 2, 4, and 8" hybrids.Then a few years ago I was tasked with 
building a LOX hybrid. I knew nothing about LOX hybrids and simply applied some 
knowledge from the nitrous hybrids and what I knew about LOX from teaching 
chemistry. I had just 4 months to do the building of 3, 4, and 6-inch motors 
for testing with seven 4" and six 6" rockets ready to fly for the project. It 
was very stressful as I had little time for testing and supplier issues. The 
types of fuel were dictated by the customer.
The design was simple to keep costs down, I would have preferred using helium 
to pressurize the LOX but we went with LOX self-pressurizing. Aluminum tanks 
were made, simple stainless steel ball valves from McMaster Carr were used, and 
the nozzles were an assortment of phenolic/graphite that I made or molded 
commercial nozzles from RCS/Aerotech.
The tank had four openings, 3 on top and one on the bottom going to the motor 
injector. The top three were 1) fill valve, 2) vent valve, and 3) safety 
pressure release. The bottom valve was a larger stainless ball valve. All were 
'non'cryogenic' rated to -40 if I recall. The tank vent had a dip tube that 
went into the motor about 25% of the length of the tank.
The procedure was simple. Open the vent valve, connect the LOX Dewar to the 
fill valve. Begin filling. Vapor came out of the vent valve until the LOX level 
reached the dip tube and started squirting out LOX. The Dewar was turned off. 
The hose was disconnected from the fill valve and allowed to drain out. The 
fill valve was closed. When everything was ready to go the vent valve was 
closed to start pressurization as we vacated the pad. The bottom valve to the 
motor was remotely opened after we ignited one of my LollyPops...a Kabob skewer 
dipped in sugar propellant that was stuck up the nozzle. The sugar burned for 
approximately 10 seconds. We could easily see it burning as the smoke poured 
out the nozzle. Never once failed to ignite about 20 LOX hybrids (3, 4, and 6").
The biggest problem we had was determining 'when to open' the motor valve as we 
did not monitor tank pressure. It was guesswork and the ambient temperatures 
from 75 to over 100F didn't help much. Measuring tank pressure would have been 
a plus as we sometimes opening up too early with minimal tank pressure built 
up. We once thought about allowing it to build up pressure to see if the safety 
valves worked and what it would be like. Took about 20 minutes when it vented. 
That gave us some reassurance.
When the right time presents itself, I will again return to LOX 
hybrids...simple and inexpensive but as with any rocket propellant, you need to 
exercise the caution necessary with the type of propellant you are working with.
This is a video of one of the tests we made. Remember, this was done on the 
cheap. Instead of phenolic liners, we used Home Depot ABS sewer pipe and did 
not prepare the inside surface for paraffin binding. The 'fuel grain' was 
paraffin that could have used additional opacifying to limit radiant heating. 
And the day was hot, well over 90 F and the grain probably was starting to 
soften up. Shortly after motor start-up, the paraffin fuel grain completely 
detached from the ABS liner and was extruded out the nozzle, flying off like 
some angry snake awaken from his slumber. Then the LOX continued it combustion 
of what was left, the ABS liner that actually burned quite nicely, After the 
liner burned away, the still flowing LOX melted through the aluminum case 
showering hot liquid aluminum droplets over the test stand concrete. When the 
hole was sufficiently enlarged, the top couple of inches of ABS liner rolled 
out of the motor through the hole.
The downside of LOX is finding a place that will sell small quantities. I can 
get a 160-liter dewar from AirGas for around $200 and can fill my 20 pound N2O 
tank for about $120 at a speed shop (my local one closed down) so I don't know 
where or cost.
We did later fly one of these LOX hybrids two months later.
100mm (4") LOX / WAX hybrid rocket motor test 06-24-2015




|  |  |

 |

 |

|  | 
100mm (4") LOX / WAX hybrid rocket motor test 06-24-2015


 |

 |

 |


Rick
------------------------------

From: roxanna Mason <rocketmaster.ken@xxxxxxxxx>
Date: Sun, 14 Mar 2021 15:46:37 -0700
Subject: [AR] Re: Hybrid High Powered Rocket

Troy, have you designed built and hot tested LOx systems yourself?
Just curious because all the minor negatives are easily dealt with. BTW,
LOx can be self pressurizing,
The first liquid rocket flight by Goddard in 1926 was done this way, he
used it to pressurize the fuel tank as well.
I wouldn't recommend it but it worked.
Being an engineer I don't believe in fixing something that works and if
someone is already using Nitrous safely then great. But if a newcomer to
liquid rockets asks what oxidizer to try out, I'd  recommend LOx. It will
help him/her in their future career in aerospace more than nitrous
experience too.
Ken


On Sun, Mar 14, 2021 at 3:12 PM Troy Prideaux <troy@xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx>
wrote:

How to make hard-line clerics look like consummate pragmatists…



Now there’s a Best Seller just waiting for pen to paper…



Ken,

  There’s a reason (no, multiple reasons) why N2O has been the only liquid
oxidizer approved for use with Tripoli and that’s not through the
hand-waving-chest-beating-table-thumping preaching of biased dogma.  It’s
by pure **practicalities** and even the extra fuss needed for N2O proved
over time to rendered them unpopular against the vastly more practical
solids.

  HPR hybrid flyers could go out and fly their birds without the need for
a dewar or the need to have it filled just prior to the launch or to deal
with cryo sealing or potential embrittlement of a neighbouring parts or
needing a separate pressurant and accompanying plumbing with that or the
requirement for more specialised injectors. The hardware was cheap and
simple. The assembly could be fairly simple.

  Again, it’s horses for courses. Yes, beyond a certain size system, LOX
becomes more practical, but the intended audience was quite clearly spelled
out as HPR.



Troy







*From:* arocket-bounce@xxxxxxxxxxxxx [mailto:arocket-bounce@xxxxxxxxxxxxx]
*On Behalf Of *roxanna Mason
*Sent:* Monday, 15 March 2021 8:06 AM
*To:* arocket@xxxxxxxxxxxxx
*Subject:* [AR] Re: Hybrid High Powered Rocket



I wish certain folks would lose their cryo phobia, LOx is such a
superior oxidizer and the self pressurizing 'advantage' of nitrous is all
but lost with the very few cons.

If you have a misfire in a LOx system just let it evaporate away. Of
course all pressurized systems will have relief valves or burst discs or
both, which is my favorite passive doubly redundant design philosophy. A
40-50 gallon dewar of LOx can run anywhere between $75 and $300
depending on many factors.

A well maintained dewar will have only 1-2% loss per day so if you have a
week or two delay no problem.

My mom used to take me down to the welding supply store when I was in my
single digits age and get a liter of LOx or LN2 to 'play' with, price was
always $2. Get used to its properties and work your way up to closed
systems. When I was about 15 I asked an Aerojet engineer that was visiting
our group, "what is LOx like?" He said to me: "It's like water"  He meant a
Newtonian fluid, the cold is largely inconsequential once understood. Some
seals/o-rings need changing and all non ferrous metals are com[patabler
with LOx. Insulation is usually non necessary with test stand components
only extended storage is insulation necessary nother like LH2 which
requires insulation under all circumstances.

My friend Glenn May died in a nitrous explosion along with two of his
co-workers.  I guess you could argue I have nitrous phobia, maybe so but
it's based on fact not a misperceived fear of an industrial gas that is
produced, transported.and used by the thousands of tons per day world wide
w/o mishap.

Read and learn as much as it takes to understand the nature of any beast.

LOx Rocks,



Ken

Other related posts: