Стандартное смесевое твердое топливо недоступно для большинства« ракетолюбителей». Приходится искать что-нибудь попроще… Для начала нужно решить, где начинается космос — куда же, собственно, нужно попасть. В последние годы более или менее договорились считать, что космос начинается с высоты в 100 км. Хотя это и не вполне так — для орбитального полета такая высота недостаточна, — но круглые числа психологически притягательны, поэтому 100-километровая граница устраивает большинство спорящих.
Редакция ПМ
Первый любительский космический запуск
Стив Беннет и его детище — ракета Starchaser Nova
Тем не менее учредители приза за дешевый доступ в космос (Cheap Access To Space, или сокращенно CATS Prize) были более решительны — чтобы получить приз, нужно доставить полезную нагрузку в 2 кг на высоту 200 км. Конкурс стартовал в ноябре 1997 года, и, чтобы получить приз в $250 000, нужно было успеть достичь этой высоты до 8 ноября 2000 года. Было сделано более 30 попыток, но выше 25 км подняться не удалось никому, и приз так и остался неврученным. Никто не смог претендовать и на «утешительный» приз в $25 000 за достижение высоты в 125 км. Часть команд продолжили работу и после истечения назначенного срока — толчок, который CATS Prize дал любительскому ракетостроению, невозможно переоценить. Некоторые команды стали настоящими коммерческими фирмами, вот только ракеты они больше не делают…
Лишь одна команда — CSXT во главе с бывшим голливудским каскадером и мастером по спецэффектам Каем Майкельсоном — продолжила работу, пытаясь достичь первоначальной цели. Майкельсон, известный в узких кругах под именем The Rocketman за свою приверженность реактивной тяге, даже уйдя на отдых, продолжил занятия своей любимой пиротехникой. Проанализировав неудачи предшественников, CSXT отказалась от экзотических схем запуска со стратостата или самолета.
Запуски с воздушных шаров восходят к 50-м годам прошлого века. Попытки сэкономить на атмосферных потерях предпринимались еще до полета первого спутника, но, как в 1950-е годы, так и в 1990-е, результат был неудовлетворительным — простая на вид схема таила в себе множество «граблей», на которые неудачливые ракетостроители и через 40 лет наступали с тем же энтузиазмом.
Каю Майкельсону пришлось отказаться и от двухступенчатой конструкции — надежность ее в любительском исполнении оставляла желать лучшего, в чем он и убедился в ходе неудачной попытки достичь границы космоса в 1997 году. Вторая ступень просто не запустилась. Вдобавок после неудачных стартов конкурсантов CATS Prize получение разрешений на запуск двухступенчатых высотных ракет обставили почти непреодолимыми для любителей рогатками.
Вообще-то американские законы, регулирующие любительское ракетостроение, самые либеральные в мире. Кроме обычных, запускаемых по всему миру ракетомоделей, в США определены классы High Power Rockets и, для тех, кому и этого не хватает, Experimental Rockets. Классификация идет как по полному импульсу двигателя (произведение тяги на время работы), так и по стартовой массе и разрешает — с определенными оговорками — любительские ракеты до 16 000 Н с в классе High Power Rocketry и до 128 000 Н с в классе Experimental Rocketry. Сравните это с максимальными 80 Н с на ракетомодельных соревнованиях! В Европе ничего подобного для любителей больших ракет нет, поэтому европейский рекорд высоты полета до сих пор менее 10 км. Мало того, европейские любители вынуждены возить свои ракеты в США, снаряжать и запускать их в Неваде!
Но и в пустыне законы следят за безопасностью весьма тщательно. Любителям запрещено перевозить большие заряды из штата в штат — снаряжать ракету нужно прямо на месте запуска. Есть и масса других ограничений, кажущихся на первый взгляд надуманными, но большинство из них созданы при разборе какого-нибудь несчастного случая и призваны устранить такие случайности в дальнейшем.
Все, что мог усовершенствовать Майкельсон, — это аэродинамика ракеты и характеристики топлива. CSXT провела большую исследовательскую работу, дабы достичь максимальных характеристик. Объем испытаний двигателей различных калибров был непредставим для большинства любителей — больше дюжины самодельных РДТТ калибром 6 и 8 дюймов (15−20 см) сгорели на испытаниях при попытках добиться надежной работы на пике возможностей. Говорят, затраты команды превысили $130 000! Но наконец, в январе 2002 года ракета, способная достичь космоса, была готова. Она получила имя Primera, в честь компании-спонсора, производителя компакт-дисков. Лишь 1 июня удалось получить разрешение на запуск — однако он не состоялся из-за погодных условий. На новую попытку в конце сентября нужно было новое разрешение, которое было получено 27 августа. Но 21 сентября 2002 года эта ракета, успев подняться на 720 м и набрать скорость 1700 км/ч всего за три секунды, разрушилась в воздухе из-за прогара корпуса двигателя возле сопла и разворота ракеты поперек потока.
Доработки и изготовление новой ракеты, названной GoFast, заняли полтора года. Ракета потяжелела в полтора раза и весила на старте 328 кг (из них 197,5 кг весило топливо). Длина ракеты была равна 6,4 м, а диаметр корпуса — всего 25,4 см, то есть ракета выглядела тонкой, как гвоздь! В профессиональном ракетостроении такие пропорции почти не встречаются, но необходимо было любой ценой уменьшить аэродинамическое сопротивление, что при гиперзвуковой скорости достижимо только путем уменьшения диаметра. Да-да, ракета должна была набрать гиперзвуковую скорость еще в плотной атмосфере — на высоте около 8−10 км, где летают обычные дозвуковые лайнеры. Поэтому нос ее представлял собой сплошной стальной конус с очень маленьким углом раскрыва и тоненький у вершины — токарь сумел выточить эту деталь лишь с третьей попытки.
На этот раз судьба была более благосклонна к команде. 15 мая 2004 года с чудовищным ускорением в 21,5 g (больше, чем у катапульты для спасения летчиков-истребителей) тоненькая ракета устремилась к границе космоса. Привлеченные наблюдатели радиолокатором отслеживали скорость и высоту ракеты. Через 13 секунд топливо в двигателе полностью выгорело и ракета полетела по инерции со скоростью, в 5,2 раза превышавшей скорость звука. Стало ясно, что рекорд состоится. Через 2,5 минуты ракета достигла космоса. Через пять минут после старта были приняты сигналы радиомаяка — модуль полезной нагрузки спускался на парашюте. К сожалению — далековато от расчетного места приземления. Найти его удалось, когда батареи маяка уже иссякли. А корпус ускорителя пришлось искать более двух недель — он упал в 40 км от места старта. Эти трудности несколько омрачили успех, но высота в 115 км была взята, о чем, кроме радиолокатора, теперь свидетельствовали и записи бортового «черного ящика»!
Но вернемся к сахару. Топливо, использованное в ракете GoFast, было максимальным любительским приближением к топливу стартовых бустеров (SRB) «Шаттла». Типовое смесевое твердое топливо состоит из перхлората аммония, алюминия и синтетического каучука, изначально жидкого, твердеющего прямо в двигателе. Но перхлорат аммония и каучук — вещества, практически недоступные для большинства «ракетолюбителей». Их продажа находится под весьма серьезным контролем. Да и алюминиевый порошок нужен не абы какой — «серебрянка», например, не годится, частицы металла должны иметь сферическую форму и определенный размер.
В результате двигатели на таком топливе даже в США доступны лишь единицам. Остальным приходится применять что-нибудь попроще. Например, пресловутый сахар. «Карамельное» ракетное топливо действительно представляет собой сплав сахара с калийной селитрой. Его характеристики скромны, но все же оно раза в полтора лучше известного всем дымного пороха, на котором ракеты летали почти тысячу лет, прежде чем был придуман пироксилин. К тому же «карамель» как минимум в 10−20 раз дешевле, чем топливо на перхлорате аммония. Кто придумал «карамельное» топливо, сейчас установить сложно, появилось оно в середине XX века. Американские источники утверждают, что впервые его применил Билл Колберн в 1943 году в Калифорнии. Редкие книги о любительском ракетостроении не воспроизводили его рецепт, но на научную основу применение его было поставлено лишь в середине 1990-х — любители стали изучать свойства топлива, зависимость его характеристик от вариации состава, от начальной температуры, давления в камере и т. д. Конечно, в распоряжении профессионалов есть энергетически более выгодные вещества, но любителям для серьезного и безопасного применения все эти сведения были необходимы, и получить их можно было лишь экспериментальным путем.
Оказалось, что топливо это устойчиво горит в широком диапазоне давлений в камере, что позволило делать на нем как простейшие бумажные двигатели, так и перезаряжаемые металлические. Малые отклонения в составе также не мешают его хорошей работе, поэтому оно более безопасно. Однако есть у этого топлива и недостатки, прежде всего — это хрупкость. К примеру, топлива на основе каучука весьма мягкие, профессионалы-ракетчики
утверждают, что от куска такого топлива можно руками отщипнуть крошку, это позволяет наглухо скреплять заряд с корпусом. Заряд служит и теплозащитой — пока он весь не сгорит, корпус двигателя не нагреется. С карамелью так делать нельзя — она может растрескаться под рабочим давлением, доходящим до полусотни атмосфер! Поэтому карамельный заряд — вкладной, между ним и корпусом должна быть узенькая щель для выравнивания давления. Но при этом металлический корпус должен быть защищен от горячих газов, ведь их температура достигает почти 1400˚C, так что металл неизбежно потеряет прочность.
Другой недостаток «карамели» — большое количество «конденсированной фазы». Так ракетчики называют продукты сгорания, которые не являются газами. При горении карамели образуется поташ, или углекислый калий. В камере он жидкий, а в сопле становится твердым. Мельчайшие частички углекислого калия создают плотный белый дым. Этот дым довольно едкий, так как поташ имеет щелочную реакцию. Поэтому ни в коем случае нельзя жечь «карамельное топливо» в закрытом помещении. Но для ракетного двигателя конденсированная фаза вредна по другой причине: твердые или жидкие частички не могут расширяться в сопле, как газы, а значит, не создают работы; тепло от них к газу передается только излучением, поэтому КПД ракетного двигателя уменьшается. Это значит, что фактический удельный импульс «карамели» заметно ниже теоретического, рассчитанного из теплоты химических реакций.
И еще один серьезный недостаток — для классической сахарной карамели слишком мала разница температур между плавлением сахара и загоранием готовой смеси. Но эта проблема была успешно решена заменой сахара на сорбит. Сорбитовое топливо горит медленнее, чем сахарное, но работать с ним гораздо безопаснее, ведь сорбит плавится уже при 125˚C, а сахароза — лишь при 185˚. Все остальные полезные свойства сахарного топлива у сорбитового сохранились.
После триумфа GoFast многие ракетчики предъявляли претензии команде CSXT. Дескать, их ракета «нечестная», поскольку не может быть воспроизведена практически никем из любителей, и к тому же из-за большого отклонения их ракеты высотные пуски теперь находятся под гораздо более плотным контролем: чиновники в США решили, что их законодательство чересчур либерально. Но с другой стороны, однажды решенную задачу второй раз решить гораздо проще. И канадец Ричард Накка, один из главных энтузиастов «карамели», решил добиться «честного» с точки зрения любительского ракетостроения результата, достичь границы космоса на сахарном — или сорбитовом — топливе. Проект был назван Sugar Shot to Space, в вольном переводе «На сахаре в космос».
Но сначала надо было выяснить, решаема ли эта задача в принципе. Если бы не мешала атмосфера, достаточно было бы скорости 1400 м/с, чтобы с поверхности Земли «допрыгнуть» до высоты 100 км. Но у GoFast атмосфера «съела» около 300 м/с (больше 1000 км/ч!). Чтобы уменьшить величину потерь, надо разгоняться в более разреженном воздухе, на большей высоте, а для этого необходимо уменьшить стартовую перегрузку и увеличить время работы двигателя. Но для неуправляемой ракеты это нежелательно, так как увеличивается участок, на котором стабилизаторы плохо работают. Нужно увеличивать либо высоту направляющей, либо размер стабилизаторов, что увеличивает аэродинамические потери.
Анализ аэродинамики был выполнен очень тщательно, в результате пропорции ракеты получились еще более странными, чем у GoFast, — длина в 30 раз больше диаметра, три стабилизатора вместо четырех, да и форму носовой части пытались оптимизировать. Вот только все это не приближало к желаемому результату. Делать же ракету двухступенчатой не хотелось, так как это уменьшало надежность и увеличивало сложности с получением разрешения на запуск. Ричард Накка был не понаслышке знаком с этими проблемами.
Надо было придумать такой профиль тяги (зависимость тяги от времени), который можно было бы реализовать в движке на карамели и который бы снизил аэродинамические потери и не слишком увеличил потери гравитационные. В зенитных ракетах используется быстрая стартовая ступень с тягой под сотню тонн и ускорением до 50 g (в противоракетных системах) и относительно «долгоиграющая» маршевая — с гораздо меньшей тягой. Но маршевая ступень раньше делалась на ЖРД, а сейчас — на специальных твердых топливах, обеспечивающих большое время работы. Для любителей это не годится — слишком велик объем отработочных испытаний. У простых карамельных движков время работы тесно связано с диаметром.
Но решение было найдено — им стал двухстадийный двигатель. Такой двигатель состоит из двух камер с двумя зарядами топлива, по очереди работающих на общее сопло. Между камерами — заглушка из пережигаемого материала, которая не должна пустить горячие газы ко второму заряду во время работы первого. После выгорания первой стадии ракета будет некоторое время лететь вверх по инерции, постепенно теряя скорость, но и выбираясь из плотных слоев атмосферы, и лишь по окончании баллистической паузы воспламенится вторая половина запаса топлива. Максимальная скорость при этом будет заметно меньше, чем у GoFast, и достичь ее удастся на большей высоте — при этом аэродинамические потери снизятся.
Однако при всех ухищрениях стартовая масса и размеры у ракеты на сахарном топливе должны быть больше, чем на перхлорат-каучуковом. Поэтому члены группы SS2S построили вначале модель двухстадийного двигателя в масштабе 1:4 (по линейным размерам; по массе топлива это 1/64). Только с четвертой попытки к ним пришел успех — сложнее всего было добиться, чтобы камера первой стадии не прогорала во время работы второй, ведь ей доставалась двойная доза тепловой нагрузки.
Однако, преодолев все трудности, ракетчики поняли, что перед постройкой полноразмерной ракеты для штурма космоса им придется сначала отработать технические решения на чем-то подешевле, и сейчас строят ракету в масштабе 1:3. Долог путь любителей в космос! Но мы надеемся, что со временем у них все получится, и желаем им настойчивости и успехов.
Калиевую селитру можно использовать как ракетное топливо, для самодельных ракет. Речь идет о простых ракетках, которые собираются за пару минут, на коленке.
Сначала о ракетах.
Количество выделяемых газов при горении селитры с сахаром, достаточно чтобы поднять в воздух самодельную ракету или пиротехнический снаряд. Но если корпус ракеты будет слишком тяжелый, то она может и не взлететь. Для изготовления корпуса можно применять трубки из прессованного картона. Их можно взять от использованных пиротехнических изделий, от пленки в которую колбасу в магазинах заворачивают, можно самому проклеить пару слоев картона, только используйте силикатный (канцелярский)- он не горюч, и жаростоек. Хороша как материал в пиротехнике алюминиевая фольга для запекания. Можно полностью ракету сделать из фольги, но она мягкая и чтоб ее не развернуло большим давлением, ее перетягивают мягкой проволкой. Проволокой формируют и сопло, откуда будет струя пламени. Чтобы ракета летела ровно ей нужен стабилизатор (хвост) в виде длинной палочки. Его проще всего оторвать от использованной китайской ракеты, или отрезать и высушить ровный прутик в лесу. В качестве запала, я использую пропитанную в растворе калийной селитры газету. Приготавливаю ее заранее, сворачиваю в трубочку, перегибаю и затыкаю ей сопло, чтоб топливо не высыпалось.
Теперь о топливе
Калиевая селитра хорошо горит с сахаром. Смешиваем пропорции 5 частей селитра и четыре сахара, на каждые 100 гр. селитры можно добавить 5 гр. соды. Все топливо готово.
Если заморачиваться об улучшении горения смеси посоветую все ингридиенты измельчить в кофемолке. Можно измельчать их вместе, еще лучше перемешаются. Это не опасно. Засыпав смесь в картонную трубку можно утрамбовать, постучав чем-то плоским, близким по диаметру предметом. Слышал, что горение будет лучше, если в утрамбованной смеси, оставить отверстие, диаметром 8-10мм, на всю длину смеси. Это можно сделать, засунув перед трамбованием, длинный цилиндрический предмет. Желательно гладкий, чтоб легче потом достать, например фломастер.
Можно смесь сварить. В небольшую кастрюльку наливаем воды, чтоб только дно закрыло. Включаем маленький огонь, и начинаем высыпать частями, постоянно помешивая, чтоб все успевало таять. Смесь плавится, потом темнеет, напоминает карамель – можно снимать и разливать по формочкам. Смесь не перегрейте, а то сгорит в кастрюле, поэтому бес присмотра ее не оставляйте на огне. Дайте смеси остыть, она затвердеет. Можно наделать, длинных палочек и использовать их как фитиль.
Испытания проводите на улице, а то балкон или подьезд можно спалить.
Кстати селитра очень хорошо горит с молотым шашлычным углем. Возможно даже лучше чем с сахаром. Ведь состав пороха селитра, уголь, и немного серы. Еще можно по эксперементировать как горит селитра с: сорбитом, крахмалом, сухим спиртом.
Видео демонстрируещее горение селитры и сахара
Меньше чем за минуту состряпал ракету или типа того, и она поползла по земле. Если корпус облегчить, то можно и в небо запускать. Надо пустой болончик с под дезика или освежителя попробывать.
Вот видео:
Получение карамельного топлива методом выпаривания давно известно. Одной из самых удачных технологий выпаривания считается методика, придуманная американским ракетчиком Rcandy . В наших условиях точно повторить его метод затруднительно по разным причинам, на которых я останавливаться не буду. Просто предлагаю свою адаптацию, названную МИКС-1. Она проще и по компонентам и по технологии. Сравнений с оригиналом я, понятно, не делал, но успешное использование топлива в двигателе ТРДК-1 говорит о его пригодности.
Преимущество методики выпаривания очевидны.
Во-первых, компоненты не надо молоть, все
равно они будут растворены в воде. Т.е. берем, к примеру, обычный сахарный песок или пудру, сорбит и селитру прямо из упаковки.
Во-вторых, не надо заранее перемешивать. Перемешивание делается уже в процессе растворения.
И, в-третьих,
не нужен строгий контроль влажности исходных компонентов. Компоненты, конечно, надо
брать достаточно сухие, чтобы влажность
не влияла заметно на весовые пропорции компонентов. Обычно влажность составляющих в заводских
упаковках вполне приемлема.
Компоненты топлива:
Калиевая селитра KNO 3 - 65%
Сахар (сахароза) C 12 H 22 O 11 - 25%
Сорбит (сорбитол) C 6 H 14 O 6 - 10%
Горячей воды надо взять по весу селитры. Для получения быстрогорящего топлива можно добавить сверху 1-1,5% окиси железа Fe 2 O 3 . Добавлять окись можно сразу, со всеми компонентами, либо уже после готовности топлива, когда оно еще не загустело. Данный вариант назвал МИКС-1К.
Сахар покупаем в гастрономе, сорбит в аптеке, а селитру в садоводческом магазине или в специализированной фирме.
Компоненты отвешиваем в нужных пропорциях и ссыпаем в посудину, в которой будем готовить топливо. Хорошо подходит небольшая толстостенная алюминиевая сковорода. Для небольших количеств можно взять стальную жульенницу. Заливаем горячей водой и ставим на горячую плитку.
Обязательно контролируем температуру поверхности нагревателя
Как контролировать нагрев я писал в статье о
сорбитовой карамели .
Сначала температура плитки может быть большой 200-250°C.
Доводим нашу смесь до кипения и выпариваем, помешивая ложкой.
Процесс выпаривания требует постоянного контроля.
Когда смесь загустеет и начнет сильно пузыриться, уменьшаем температуру до 175°C, и продолжаем выпаривание с
помешиванием.
После прекращения активного пузырения, можно продолжать процесс без помешивания.
В какой-то момент пузырение практически прекращается, только редкие одиночные пузырьки и легкое потрескивание
говорит о том, что процесс продолжается. Тут лучше работать в тишине. Убираем температуру до 150°C и
внимательно слушаем. Когда потрескивание прекратится, топливо готово.
Чтобы убедиться в этом окончательно, надо
взять немного топлива, скатать маленькую колбаску, положить на металлическую поверхность и раздавить в лепешку.
Если при сгибании лепешка "сломалась", значит точно, готово. Уменьшаем температуру до 100-120°C и
начинаем укладку топлива в формы.
Топливо достаточно пластично, и укладка не представляет никакой сложности. Берется порция топлива, скатывается в плотный комок и
кладется в форму. Затем торцом толстого металлического стержня комок вручную плотно утрамбовывается по форме. При необходимости
берется следующий комок, укладывается сверху и опять трамбуется. При трамбовке карамель ведет себя, как пластилин, образуя
плотную пластичную укладку, без пузырей воздуха, что очень важно.
Очень легко формировать в таком пластичном заряде разного рода каналы, продавливая состав подходящим стержнем. Заряд застывает довольно быстро, но времени для формирования каналов в шашке или скрепленном заряде вполне достаточно. В течение ближайшего получаса это делается без проблем.
Rcandy пишет, что можно топливо хранить в целлофановом пакете и, при необходимости, использовать, разогревая до 100-120°C. Я не проверял. Обычно делаю столько топлива, сколько надо для конкретной зарядки.
Характеристики топлива стандартные для сахарной карамели.
Скорость горения МИКС-1 на воздухе 3.5-3.6 мм/с.
Скорость горения топлива МИКС-1К с
фероксидным катализатором
4.8-5.0 мм/с
Температура горения ~1700°C.
Технология не сложная, хотя и требует времени. Единственное требование - это постоянное наблюдение за процессом и контроль температуры. При соблюдении этих условий можно довольно безопасно готовить большие количества карамели. /kia-soft 07.10.2010/ ***
В процессе работы над торцевым мотором пришел к модернизации технологии изготовления топлива МИКС-1К.
1. Делаю предварительный помол окиси железа 20 сек в кофемолке.
2. Катализатор замешиваю заранее, до добавления воды.
3. После выпаривания не опускаю температуру ниже 180°C переводя топливо в фазу плавления.
Вариация получила название МИКС-1КП. Субъективно и объективно топливо получается немного более активным. Максимальная тяга торцевика ТРДК-1 на нем увеличилась на 17%. Скорость горения на воздухе 4,9-5,2 мм/с. Есть видео испытания образца.
Вместо заключения.
В результате разработки "быстрого" топлива получил несколько больше, чем планировал.
Во-первых, предложенный состав можно использовать, как в стандартном (МИКС-1), так и "ускоренном" (МИКС-1К)
варианте.
Во-вторых, состав может приготовляться, как методом упаривания, так и методом плавления, что выгодно
отличает его от состава на чистом сахаре. Присутствие сорбита не дает сахару разлагаться при плавлении топлива.
В-третьих, ненеароком выработалась новая технология приготовления топлива ВЫПАРИВАНИЕ-ПЛАВЛЕНИЕ. Она
сочетает в себе все преимущества обеих технологий. Топливо МИКС-1КП, приготовленное по данной техноллогии
по предварительным прикидкам активнее примерно на 10%.
Слово сахарная ракета звучит вполне безобидно, однако такой аппарат производит тягу, которая способна поднять его на сотни метров в воздух. Для старта следует выбрать открытую, безлюдную местность. Прочтите внимательно наши инструкции, чтобы быть в состоянии соблюсти все необходимые меры предосторожности.
Часть 1
Создание корпуса ракетыНарежьте короткие отрезки ПВХ трубы. Купите ПВХ трубу диаметром около 13 мм в магазине для обустройства дома. Разрежьте трубу на секции такой длины, которой вы бы хотели видеть ваши ракеты, но для начала отлично подойдут ракеты длиной 7,5-10 см.
Добавьте стопорное кольцо с каждой стороны. Найдите ПВХ трубу меньшего размера, которая впритык входит в ваше основание для ракеты. Нарежьте на короткие отрезки около 6-12 мм в длину. Разрежьте каждый кусочек, что позволит расширить кольцо для более плотной усадки. Используйте клей для ПВХ на внутренней кромке большей трубы с одного конца. Поместите меньшую трубу внутрь большей, раскрыв ее для плотного прилегания. Повторите на противоположной стороне, сделав второе стопорное кольцо. Прижмите и дайте клею схватиться, согласно инструкциям на этикетке.
Измельчите наполнитель для кошачьего туалета. Купите наполнитель для кошачьего туалета без запаха. Сохраняя его сухим, разотрите в ступке или кофемолке до состояния пыли.
Заполните полученной пылью каждую ракету. Установите каждую трубу вертикально на устойчивой поверхности. Заполните каждую примерно на 1/3 от объема измельченным кошачьим наполнителем. Утрамбуйте плотно с помощью деревянного дюбеля, который соответствует размеру трубы. Это должно превратить наполнитель в плотную заглушку.
Часть 2
Создание топливаКупите сахарную пудру. Сахар обеспечит энергию, которая даст толчок ракете во время старта. Проверьте состав на упаковке перед покупкой: большая часть сахарной пудры содержит немного кукурузного крахмала, но это не повлияет на поведение ракеты. Ищите пудру другой марки, если вы увидите какие-либо другие добавки.
Найдите нитрат калия. Этот химикат с формулой KNO 3 , который обеспечит достаточное для быстрого и продолжительного возгорания количество кислорода. Вы можете купить его как «уничтожитель пня» в магазинах для сада или любом строительном магазине. Некоторые производители «уничтожителя пня» включают в состав другие ингредиенты, поэтому прочтите этикетку и удостоверьтесь, что это именно 100% KNO 3 .
Перемелите нитрат калия в порошок. Купите новую кофемолку и пометьте ее этикеткой «нитрат калия». Поставьте ее на чистую поверхность, вдали от сахарных и горючих материалов. Заполните наполовину нитратом калия и перемалывайте около 40 секунд, убедившись, что все гранулы измельчены. Чем более однороден порошок, тем лучше он смешается с сахаром.
Найдите подходящую рабочую поверхность. После изготовления, ракеты находятся в опасности возгорания при контакте с теплом, искрой от металлического предмета или открытым огнем. В идеале, лучше всего изготавливать ракеты недалеко места планируемого запуска. Выберите открытое пространство без зевак. Даже четко нацеленные ракеты могут нанести разрушения окружающей обстановке и людям при обратном возвращении на землю.
Установите электрическую плитку. Вскоре вы займетесь смешиванием двух компонентов вместе при нагревании. Существует риск пожара или взрыва в ходе этого процесса. Постарайтесь уменьшить количество повреждений, следуя рекомендациям:
Наденьте снаряжение, обеспечивающее вашу безопасность. Существует значительная вероятность того, что смесь ракетного топлива воспламенится и резко взорвется. Надевайте перчатки, защитную маску и плотную одежду, которая закроет все участки кожи. Не носите одежду из синтетических материалов, которая может расплавиться на коже.
Добавьте все ингредиенты в огнеупорный контейнер. Используя кухонные весы, отмерьте 65 грамм порошкообразного нитрата калия и поднесите к нагревательной установке. Отмерьте на кухонных весах сахарную пудру. Отмерьте 35 граммов в другую емкость и поднесите к нагревательной установке. Насыпьте оба эти ингредиента в кастрюлю, которую вы не планируете использовать для других целей.
Смешайте с содой (по желанию). Это замедлит взрыв, уменьшив тягу, но снизит риск преждевременного пуска ракеты. Смешайте 15 грамм пищевой соды с 100 граммами вашей топливной смеси. Используйте деревянное или силиконовое приспособления для помешивания.
Подогревайте смесь, при этом помешивая ее. Поставьте емкость с сахаром и нитратом калия на нагреватель. Разогревайте до 193ºС, стараясь придерживаться как можно ближе этой температуры. Используя силиконовую палочку (ни в коем случае не металлическую), осторожно перемешивайте, чтобы соединить оба ингредиента и распределить тепло. Существует риск взрыва, если вы не будете постоянно помешивать. Перемешивайте, подогревая, пока вся смесь не превратится в густую, светло-коричневую пасту, похожую на арахисовое масло. Это может занять около часа, но партия таких размеров, как правило, готова уже через 20-30 минут.
Часть 3
Завершение изготовления ракетЗаполните топливом корпуса ракет Как только горячее ракетное топливо будет готово, влейте немного в одну из ваших заготовленных ракет. Сразу утрамбуйте его, убедившись в отсутствии пузырьков воздуха. Заливайте топливо и утрамбовывайте, пока не останется примерно 2,5 см свободного пространства в трубке.
Утрамбуйте дополнительное количество кошачьего наполнителя. Сделайте вторую заглушку сверху топлива, так же как вы делали изначально. Утрамбуйте хорошо, чтобы получить крепкую заглушку. Она должна быть ниже стопорного кольца или даже выходить за пределы ракеты.
Аккуратно просверлите верхнюю часть заглушки. Пришло время превратить утрамбованную заглушку в сопло, через которое и будет создаваться подъемная тяга, выталкивая струю высокого давления. Существует вероятность старта ракеты во время сверления, так что будьте предельно осторожны. Находясь в рабочей зоне, удаленной от огня, просверлите конец ракеты следующим образом:
Создайте ядро (по желанию). Просверлив заглушку, вы можете сделать полое ядро в топливной части ракеты. Это позволит увеличить тягу, обеспечивая большую площадь поверхности для воспламенения. Вставьте штырь или алюминиевый стержень в топливную часть, продвигая его как минимум до половины ракеты.
Схема движка представлена на Рис.1. И сразу первое правило:
1) ничего не делать «на глаз» .
Необходим простейший набор измерительных и чертежных инструментов: линейка, штангенциркуль, карандаш.
Корпус двигателя делается из 10-ти слоев высококачественной офисной бумаги. Для этого из стандартного листа А4
отрезаются по длине две полоски шириной 69 мм. Далее берется оправка – ровный гладкий и прочный,
лучше металлический, стержень (или трубка) длиной более 80 мм и диаметром 15 мм.
Чтобы корпус не прилипал к оправке, можно отрезать кусок широкого скотча по длине оправки и накатать
его на оправку в поперечном направлении.
Затем на оправку наматываются последовательно
полоски бумаги, которые в процессе намотки обильно, без пропусков, промазываются силикатным клеем.
Прилегающую к оправке сторону первого витка промазывать клеем, конечно, не надо.
Наматывать, точнее, накатывать бумагу надо на твердой ровной поверхности, так, чтобы витки ложились
друг на друга практически без сдвига и очень плотно, без пузырей.
Подложите газетный лист, чтобы не только сохранить в чистоте
поверхность, но и убрать излишки клея, выделяющиеся в процессе накатки.
Чтобы не было сдвига витков, я рекомендую сначала накатать полоску «всухую»,
так чтобы она правильно пошла, затем сделать аккуратный «откат» до первого витка,
не отрывая оправку от стола, затем опять начать накатку уже с промазкой клеем. Обязательно надо
промазать начальный край полоски так, чтобы он четко приклеился на первом витке. Нужен, конечно, некоторый
опыт, чтобы эта операция удалась. Однако некондиционные корпуса не выбрасывайте. Они пригодятся для
подгонки диаметра сопла, заглушки, для изготовления разных кондукторов и стопорных колец.
После того как полосы проклеены, можно прокатать корпус на оправке с помощью ровной досочки, чтобы
уплотнить витки. Делать это надо только в направлении намотки.
После этого неплохо прогнать еще сырой корпус через внешнюю оправку – металлический цилиндр с
внутренним диаметром 18 мм. Корпус движка должен достаточно плотно проходить через эту оправку, этого
надо добиться обязательно, поскольку в дальнейшем придется проводить набивку корпуса топливом, что без
плотно сидящей внешней оправки делать нельзя. Если такую трубку найти не удастся, надо будет изготовить
внешнюю оправку намоткой не менее 15-ти слоев офисной бумаги на уже готовый корпус двигателя, так – же
на силикатном клею.
Слегка подсушив корпус, надо снять его с оправки предварительно провернув против намотки.
Дальше, пока корпус полностью не высох надо вставить с одной стороны готовое сопло. Для этого конечно необходимо,
чтобы сопло уже было подготовлено.
Итак, изготавливаем сопло. Рекомендую сделать сразу два сопла, далее будет понятно почему. Обычно
несложно найти деревянный стержень диаметром 16-18 мм, лучше из твердого дерева вроде бука или граба.
Аккуратно торцуем его, т.е. делаем ровный перпендикулярный оси спил на одном конце. Для этого
надо отрезать ровную полосу ватмана, шириной ~100мм и плотно намотать на стержень точно виток над витком.
По краю этой намотки постепенно поворачвая стержень и удерживая ватман на месте делаем круговой пропил.
Слегка зачистив шкуркой место спила получаем четкий торец.
Здесь мы подошли вплотную ко второму правилу, непосредственно вытекающему из первого:
2) при любых операциях требующих геометрической точности использовать всевозможные оправки, шаблоны, кондукторы .
Торцанув деревяшку, по той же схеме отпиливаем от нее цилиндр высотой 12 мм.
В этой заготовке по центру вдоль оси сверлим отверстие диаметром 4,0мм.
Делать это лучше на сверлильном станке, хотя бы сделанном из дрели со специальной сверлильной подставкой.
Она не слишком дорогая, но позволяет делать вертикальное сверление. Если такого устройства нет, можно
использовать любой простейший кондуктор, в конце концов сделать сверление вручную. Особая точность в данном
случае не нужна, поскольку фишка в следующей технологии. Просверлить заготовку по центру не удастся даже
на сверлильном станке. Поэтому я просто надеваю заготовку на шпильку М4 и зажимаю с двух сторон гайками.
Затем зажав в патрон дрели, обтачиваю до нужного диаметра (15 мм) напильником и шкуркой.
Если есть отклонения от перпендикулярного направления относительно оси торцевых поверхностей,
это тоже можно поправить при обточке.
Дрель для этого надо, конечно, как-то закрепить на столе, такие приспособления тоже есть в продаже.
После такой операции отверстие сопла находится точно по центру.
На боковой поверхности сопла, так же на дрели, по центру
делаем проточку квадратным или круглым надфилем глубиной 1,0-1,5мм. Подгонку диаметра лучше всего делать,
имея заготовку корпуса двигателя, можно некондиционную, которые у вас появятся в процессе
производства. Наконец сопло готово. Оно не отличается жаропрочностью и в процессе работы движка прогорает до
диаметра 6 - 6,5 мм. Некоторые называют такие движки даже бессопловыми. Я бы не совсем с этим согласился,
поскольку это простейшее сопло все-таки обеспечивает четко направленный стартовый вектор тяги. Кроме того,
такое сопло «автоматом» регулирует давление в движке, позволяя простить некоторые ошибки начинающих
ракетомоделистов.
Теперь надо изготовить заглушку. Это то же сопло, но без центрального отверстия.
Тут можно придумать разные технологии изготовления.
Проще всего использовать в качестве заглушки еще одно сопло, только под него при сборке придется подложить,
например, советскую копейку, ее диаметр как раз 15 мм, или залить отверстие эпоксидкой после установки в корпус.
К тому же оно пригодится для центровки основного сопла.
Первый этап сборки двигателя - установка сопла. Делать это надо пока корпус еще не просох, т.е.
практически сразу после намотки.
Сопло устанавливается в корпус с одного торца на силикатном клею заподлицо
с краем корпуса.
Вот мы и подошли к третьему правилу:
3) строго соблюдать соосность всех центральных каналов и осевую симметричность всех деталей ракеты .
Конечно, это правило интуитивно понятно, но частенько про
него забывают.
Гарантий, что канал сопла направлен строго по оси нет, поэтому делаем простейший кондуктор.
Для этого с противоположной стороны корпуса двигателя вставляем еще одно сопло(которое мы приготовили для заглушки),
без клея естественно, и соединяем
оба сопла металлическим стержнем диаметром 4,0мм. Соосность обеспечена.
Давление при работе в таком несложном движке
может достигать 10 атмосфер, поэтому надеяться, что клей удержит сопло, мы не будем, а сделаем так
называемую «перетяжку». Для этого делаем круговую линию на корпусе, отступив 6мм от края движка со стороны сопла,
отметив, таким образом, положение боковой проточки сопла.
Далее берем прочную капроновую веревку толщиной 3-4 мм,
привязываем ее к чему-то прочно-неподвижному, я, например, к гире 20 кг которую еще удерживаю ногой.
Делаем один оборот веревки по отмеченной линии и, удерживая движок перпендикулярно веревке, сильно натягиваем.
Чтобы не порезать руку можно привязать к концу веревки какую-нибудь палку.
Операцию повторяем несколько раз, провернув движок относительно оси,
пока не образуется четкая канавка-перетяжка. Промазываем ее клеем и наматываем 10 витков х/б
нитки №10. Нитку сверху промазываем еще раз клеем. Для завязки нитки очень удобно использовать рыбацкий
узел. Теперь можно считать сопло полностью установленным, надо только хорошенько просушить корпус двигателя
не менее суток.
