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Accenditori - semplici esperimenti per conoscerli un po' meglio 

ACCENDITORI!

Nell'ottica di capire a fondo e utilizzare al meglio la tecnologia RM, ho molti anni fa focalizzato la mia attenzione sugli accenditori Estes Solar Igniter, che vengono forniti insieme alle confezioni di motori Estes. Allo scopo di trovare sistemi per un utilizzo ottimale e per non sprecarli, ho realizzato una lunga serie di esperimenti, i cui risultati vengono qui esposti.

Innanzitutto e' d'obbligo precisare che NON era e NON è tuttora mia intenzione tentare la fabbricazione di un accenditore e mettere a punto la relativa tecnologia, dato che gli accenditori commerciali sono affidabilissimi e per di più anche economici: la fabbricazione di un elemento autocostruito, dotato di caratteristiche similari, presuppone studi, prove, test, esperimenti, disponibilità od allestimento di un piccolo laboratorio, reperimento di materiali diversissimi. Tutto sommato una faccenda che non può essere portata a termine da chiunque. Meglio utilizzare componenti commerciali e attenersi alle istruzioni date dai fabbricanti. Ovviamente se qualcuno vuole capire il funzionamento della tecnologia che usa, DEVE per forza fare alcuni esperimenti, più o meno come ho fatto io.

Tuttavia i miei esperimenti, iniziati nel febbraio 2000 e a tutt'oggi (2004) non ancora conclusi, mi hanno permesso di rendermi conto di alcuni particolari che per i razzomodellisti hanno o possono avere una qualche rilevanza. Inutile dire che in questa pagina NON si leggerà di come costruire un accenditore perché ritengo sia una cosa delicata e anche potenzialmente pericolosa. Mi limito ad esporre una serie di esperienze svolte con quelli commerciali con lo scopo esclusivo di fornire utili informazioni su come impiegarli in difficili situazioni (o anche in quelle normalissime, che forse è meglio).

BASE DI PARTENZA


Anni fa in un magazzino di componentistica elettronica osservai una serie di filamenti di tungsteno che, realizzati per lampadine, venivano venduti (all'estero) per provocare l'accensione dei motori per razzi (così mi spiegò il negoziante, ma all'epoca ero ancora all'inizio della mia seconda fase, primi del 1993, e non ci feci caso).

Avendo come riferimento gli accenditori Estes Solar Igniter, di cui feci piccola scorta anni fa per i miei esperimenti con la mia complicatissima rampa di lancio e con l'altrettanto complesso sistema di accensione multiplo, ed avendone bruciati a decine in casa con lo scopo di metterli a punto, posso dire oggi di trovarmi titolare di una discreta esperienza in proposito.

Innanzitutto bisogna pensare a come caspita succeda di accendere un motore. Come è spiegato sul libro di Stine, i motori a razzo, costituiti da polvere nera o da propellente composito, richiedono, per l'accensione, la contemporanea presenza di ALMENO DUE condizioni:

1. Temperatura elevata
2. Picco di pressione

Un terzo elemento che è sempre presente, anche se non ricercato, è parimenti importante e Stine ne parla in occasione degli esperimenti che ha svolto quando si trattava di sperimentare l'accensione in volo di un motore superiore (staging): la 

3. Quantità di calore. Ovvero quantità di materia calda.

Vale a dire una certa quantità di materia (il pirogeno) che, raggiunta la temperatura di accensione, la trasmetta al propellente del motore. E alla maggior quantità di propellente possibile. Ciò significa che NON basta SOLO la alta temperatura: potrei benissimo avere un filamento incandescente e tuttavia non riuscire ad accendere il motore. Questo perché il filamento ha una piccolissima superficie e probabilmente, anche toccando fisicamente il grano del propellente, una piccolissima quantità di esso riceverebbe calore. Non avremmo la necessaria energia di attivazione. Il pirogeno ha la funzione di produrre una miniesplosione tutta all'interno dell'ugello del motore, fornendo contemporaneamente tutti e tre gli elementi richiesti per una corretta e veloce accensione. La sola aria calda non e' sufficiente. 
E' un sistema straordinario, perfettamente realizzato e sicuramente 
insuperabile per prestazioni. 

E adesso parliamo brevemente di come è fatto un Estes Solar Igniter. Più avanti approfondiremo il discorso per altri tipi di accenditori.

Il cuore del sistema e' un filo di nichel cromo, del diametro di 0,15 mm., piegato a U e saldato elettricamente ai due fili di supporto (non rame, credo che sia anche lui lega di nichel-cromo, data la durezza e la evidente compatibilità nella saldatura elettrica con l'elemento resistivo) che vanno ai contatti (con le pinzette). La lunghezza dell'elemento e' di circa 8 mm. 

Schizzo dell'accenditore Estes

Il sistema viene immerso nel pirogeno che lo deve ricoprire che talvolta assume forma allungata a goccia, con una punta rivolta verso l'alto.

Non e' facile "smontare" un accenditore. O, perlomeno, per farlo, bisogna che ci capiti un "misfire" o mancata accensione che dir si voglia (in italiano!). In pratica, se tentiamo di lanciare un missile quando abbiamo le batterie quasi scariche, è facile ottenere la parziale bruciatura dell'accenditore senza provocare l'inizio della combustione del propellente.

A me è successo parecchie volte specie negli anni in cui (1992-1993) le confezioni dei motori non erano corredate dei tappini di fissaggio.

Con la rara maestria di cui sono notoriamente dotato (ma ahimè negata nel ramo rm italiano, peccato...) ho simulato alcune accensioni a bassa tensione e volutamente lo ho fatto come faceva qualche mio collaboratore a Cape Cadaveral quando realizzavo missiletti sperimentali fatti con materiali poveri.

Una cosa che mi faceva impazzire era il vedere che il Direttore di Lancio a cui avevo spiegato COME schiacciare il pulsante di START (e cioè raccomandandomi di MANTENERLO premuto a lungo), dimentico dei miei consigli perché rapito dall'emozione dell'operazione, schiacciava il pulsante per uno o due decimi di secondo e poi toglieva il ditino dal pulsante e si aspettava che il missile partisse. In sostanza, schiacciava il pulsante di START della centralina come si schiaccia un tasto della tastiera di un computer. Sarà capitato anche a voi, presumo.

Questa manovra è all'origine di molti misfire. Succede che il filamento in nichel cromo dell'accenditore, percorso per brevissimo tempo dalla corrente, NON diventa caldo abbastanza da accendere tutta la quantità di pirogeno di cui è ricoperto. Ne brucia una piccola parte, scoprendo il filo che, a contatto con l'ossigeno, brucia ed apre il contatto. Vale a dire, NON è PIU' una resistenza. Questo succede spesso ma non sempre. Può infatti accadere che, percorso per pochi istanti dalla corrente, il filamento  non abbia fatto in tempo a bruciarsi e a dividersi in due. Con un secondo colpo di pulsante, l'accenditore potrebbe ancora completare l'opera e consentire l'accensione del propellente. Anche questo mi è capitato.

Ma non e' la regola. La regola-chiave nell'utilizzo degli accenditori è
quella di schiacciare il pulsante e di mantenerlo premuto per ALMENO DUE SECONDI.

Perché dico ciò?

Perché ho misurato il tempo di completa bruciatura di un elemento. Che corrisponde al tempo della bruciatura della resistenza di nichel-cromo. Sistemi di misura del tempo di accensione basati sul lampo di luce che l'accenditore produce al momento dell'accensione NON vanno bene perché fermano il cronometro al momento in cui il pirogeno comincia a bruciare e ad emettere luce. In realtà se andiamo a vedere molto in profondità, scopriamo che il filamento, continuamente percorso dalla corrente, ha un lasso di tempo di "vita", variabile in funzione delle sue caratteristiche elettriche e della corrente in esso circolante. Per impiegare bene un accenditore è buona cosa sapere come funziona. Ordunque andiamo più giù. 

ESPERIMENTO

Un accenditore normale Estes ha una resistenza di circa 1 ohm (poco più, poco meno). Esso può funzionare bene tra i 6 ed i 12 Volt. Molto meglio a 12. Assorbendo correnti di circa 2,5 Ampere. In realtà il comportamento e l'assorbimento di corrente di un accenditore variano a seconda della tensione di alimentazione, e questo può essere all'origine di molti misteriosi misfire. 

Ho preso un accenditore e l'ho messo in circuito con in serie una resistenza da 1 Ohm da 2 Watt. Ho in pratica realizzato un partitore. Alimentando il circuito con 12 Volt, teoricamente ho ai capi della resistenza circa 6 Volt, ovvero la metà della tensione totale, presumendo che i due elementi abbiano suppergiù lo stesso valore di R. Questo è l'esperimento-base della sperimentazione, che vedrà più avanti prove di accensione comparate per tensione con un circuito un po' più sofisticato.

Ed allora, ai capi della resistenza aggiuntiva ho, durante il funzionamento del circuito (cioè dal momento in cui collego la batteria fino al momento in cui l'accenditore brucia e si interrompe), uno scorrimento di corrente che posso misurate mediante un semplice voltmetro: in pratica sfrutto la resistenza come shunt. Siccome non dispongo di un oscilloscopio con memoria, ho pensato che potessi utilizzare uno dei miei registratori, immettendo 
nell'ingresso linea la tensione che si genera ai capi di R (riducendola con un ulteriore partitore realizzato con un trimmer). Ottengo così la registrazione audio del transitorio del circuito. Emozionante.

La registrazione così ottenuta è poi digitalizzata su PC con un sw
di elaborazione audio, ad esempio il "Goldwave" , un ottimo programma ormai arrivato a livelli di eccellenza.  Impiegando il Goldwave è possibile elaborare il segnale audio e visualizzare sul monitor la forma d'onda della tensione che si forma ai capi della resistenza di shunt durante il funzionamento del circuito di prova. Oggetto dell'esperimento è ottenere il cronometraggio della vita del filamento sotto tensione. Ciò è possibile perchè ai capi della resistenza di shunt si producono violenti transitori esattamente al momento del collegamento della tensione della batteria al circuito (inizio dell'alimentazione dell'accenditore) e quello dell'interruzione del circuito (momento della bruciatura completa del filamento dell'accenditore). I due eventi vengono registrati dal registratore perché sono componenti di tensione caotica ed alternata: la tensione continua che si genera ai capi della resistenza di shunt NON può essere registrata. In ogni caso il sw mostrerà chiarissimi i due fenomeni e potremo facilmente risalire al tempo esatto di bruciatura del filamento dell'accenditore. Sarà come impiegare un oscilloscopio con memoria.

(Bisogna avere una certa cura dei particolari, onde non danneggiare i circuiti di ingresso del registratore o della scheda audio, ma la cosa è fattibilissima e mi pare di averla spiegata per benino, in caso di dubbi che vi dovessero sorgere sono qui, basta chiedere.)

E allora si nota che il tempo della completa bruciatura di un elemento Estes Solar Igniter, alimentato a 6Volt, valore tipico delle piccole centraline di lancio, è di circa UN SECONDO. Naturalmente bisogna anche considerare che le batterie stilo di una piccola centralina NON sono il generatore ideale per svolgere questo lavoro, ma ne parleremo più avanti. Basti pensare, e dico questo per i giovani RM, che avendo quattro batterie alcaline nuove l'accensione di un modello di razzo sarà garantita. Mano a mano che le batterie si scaricheranno, per uso o per invecchiamento, minore tensione esse forniranno e sotto il carico dell'accenditore collasseranno, di fatto ritardando moltissimo l'accensione e arrivando magari a NON farcela nemmeno. Morale: tra poco parleremo di usare nuovi tipi di batterie.

Questo e' a mio avviso importante e ovviamente spiega perché bisogna schiacciare il pulsante di start e mantenerlo premuto a lungo (almeno DUE secondi). Seguendo questa regola ci si mette il cuore in pace e si ha la coscienza tranquilla. Se il motore non si accende, non sarà per l'errata manovra del Direttore di Lancio. Allora si controllerà se per caso il pirogeno NON sia stato bene a contatto con il grano del propellente. Se anche questo aspetto, una volta controllato, viene riscontrato a norma, la conclusione non potrà che essere di natura elettrica: vale a dire batteria non in grado di sviluppare la potenza richiesta oppure connessioni che non permettono il regolare flusso di corrente. Non c'e' altro da dire.

Cristiano

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