Введение

Этот вопрос волнует многих пиротехников, а решение его требует довольно большой подготовки в области аэродинамики, химии и материаловедении. В этой статейке будут рассмотрены все проблемы с которыми я столкнулся за время (около года) экспериментирования с ракетами, за которое я добился впечатляющих результатов.

Какое топливо использовать ?

Это был самый первый вопрос, и от него зависело практически все - и начальный импульс ракеты и скорость, и высота ее полета. После нескольких попыток построить ракету на черном порохе, впрочем не увенчавшихся успехом перешел на так называемую "Карамельку".
Это топливо обладает характеристиками, намного превосходящими черный порох. Во-первых удельный импульс немного (совсем чуть-чуть) меньше, чем у черного пороха (в дальнейшем ЧП), количество выделяющихся газов в 2-3 раза превосходит ЧП, продукты горения - красивый белый дым без запаха, не ядовит, скорость горения несколько меньше чем у ЧП, однако это тоже можно считать преимуществом тк двигатель не дает всю мощь на старте, разрываясь, а сравнительно медленно высвобождает свою энергию в течении всего полета.

Как изготавливать "Карамельку"

Карамелька - смесь нитрата калия (калийной селитры, KNO₃) с сахаром (C₁₂H₂₂O₁₁) или другим углеводом в соотношении 65% KNO₃ и 35% сахара (это самое лучшее соотношение, которое я когда-либо видел)
Существует три способа смешивания компонентов:

1. Смешивание с помощью выпаривания водного раствора: Компоненты взвешиваются, кладутся в консервную банку (так делаю я), туда наливается 1/4 часть объемная воды и все это греется на газовой плите до выпадения густой суспензии, затем даем смеси остыть и сушим неделю (я просто выворачиваю все из банки на полиэтиленовый кулек, затем сушу день, размельчаю на мелкие кусочки и сушу оставшиеся) - этот способ я нашел на сайте Pyroboom, правда с другим соотношением компонентов. Достоинства метода - безопасность приготовления, недостатки - содержание воды в топливе, необходимость прессовать, меньшая скорость горения (некоторые ракеты просто не могли подняться в воздух)

2. Смешивание с помощью набивания смеси компонентов в трубку: Этот метод разработал американец Ричард Накка - В кофемолке около получаса отдельно мелются нитрат калия и сахар (сразу после помола необходимо их засыпать в банку с пробкой тк они становятся чрезвычайно гигроскопичными.), затем это все смешивается около часа на специальной мельнице - к мотору присоединяется консервная банка, затем смесь прессуется в форму. Достоинства - самый безопасный метод, недостатки - топливо гигроскопично, скорость горения самая мелкая, необходимость иметь специальное оборудование, гранулы полученные таким образом с разным соотношением компонентов показанны на рисунке:

3. Смешивание расплавов нитрата калия и сахара: Смесь компонентов помещается в консервную банку и нагревается до начала плавления сахара при постоянном перемешивании, как только сахар плавится банка снимается с огня и некоторое время перемешивается (до прилипания смеси к палке, которой ее перемешивают), затем опять разогревается до отлипания смеси от стенок и в таком виде быстро прессуется в ракету. Недостатки - самый опасный метод приготовления, работать необходимо с минимальными кол-вами веществ, смесь имеет цвет, извиняюсь, говна, при остывании может растрескается и тогда при старте произойдет взрыв, достоинства - самые лучшие рабочие параметры, возможность формировать гранулы большой плотности.

Как вы поняли все три способа не идеальны, выбирайте на свой страх, риск и вкус, лично я использую постоянно 1 и 3.

Какой вид стабилизаторов использовать ?

Я приверженец только листовых стабилизаторов: они не тяжелые по сравнению с палочковыми, могут поддерживать полет ракеты в любом направлении, легкоизготовимы и не падают на вас с верху, могут поддерживать ракеты любой массы и размеров. Единственная сложность - приклеить стабилизатор к ракете.

Как должна выглядеть из себя ракета ?

На следующих рисунках объяснены все параметры ракеты:               

Теперь пояснения:

На первом рисунке - изображение всех параметров ракеты:
1. Длинна (L) в идеале должна быть равна от 16 до 20 диаметров (L)
2. Основание стабилизатора (So) = двойному диаметру
3. Часть стабилизатора, прилегающая к ракете(Sk) = двойному диаметру

На втором рисунке - расположение всех частей ракеты:
1. Наконечник - может быть из бумаги, пенопласта, дерева.
2. Парашют - если вы хотите сделать ракету с парашютом, то это место для вас. Эта статейка не охватывает вопросы конструирования и оборудования системы выброса парашюта.
3. Топливо заправляется в зависимости от наличия парашюта и от вашего желания на 1/4 - 2/3 части высоты ракеты.
4. Воронка - часть ракеты, которая увеличивает площадь сгорания топлива. По сути является кумулятивной (те в первые секунды полета фокусирует поток газов) Она уже делается по вашему выбору, я обычно обхожусь без нее.
5. Сопло - самая важная часть двигателя ракеты, оно создает давления для расширения газов. Я делаю сопло диаметром равным половине внутреннего (не считая стенок) диаметра ракеты.
6. Система зажигания будет рассмотрена подробнее далее.
7. Стабилизаторы см первый рисунок.

Как и из чего делать корпус ракеты ?
Как делать Сопло ?

Корпус я делаю наматывая чертежную бумагу (она плотнее обычной) на алюминиевую трубку обильно проклеивая силикатным (обязательно !!!) клеем, затем изготавливаю сопло - беру трубку алюминиевую (ту, на которую это наматывалось) и разрезаю на 2 части (одна из них 2-3см, другая длиннее), надеваю на них бедующий корпус и наматываю медную проволоку так, чтобы она продавила сопло нужного диаметра, если этого не получается, сматываю проволоку и наматываю снова, затем отрезаю ту часть проволоки что осталась на корпусе и заклеиваю ее бумагой с силикатным клеем. и дня 3 сушу (с учетом того что дома у меня температура выше +20 не подымается).
На рисунке показано как нужно делать сопло и готовый образец :

Система зажигания

Я всю свою сознательную жизнь использовал электрозажигание. Оно не самое дешевое (в 10-20грн вам обойдется точно). Самое дорогое (и нужное) - аккумуляторы: я использую два шт. Ni-Cd системы с емкостью 600мА/ч каждый. Если у вас есть автомобильный или мопедный аккумулятор, то пользоваться лучше им. Зажигатель у меня выглядит так: 

Теперь пояснения:
1. К проводам припаивается нихромовая нить длинной около 3мм.
2. Эта конструкция вешается на головку спички и приматывается ниткой.
3. Конец нитки который норовит отмотается я приклеиваю силикатным клеем.

Аккумуляторы нужны чтобы создать большую силу тока (тут напряжением не отделаешься) и разогреть нить, кроме того их можно перезаряжать. Загорится спичка, а что дальше - думайте сами.

Стартовая площадка

Это устройство представляет из себя всего-лиш три доски сбитых между собой (см рис.) в верхнюю доску воткнута и закреплена снизу металлическая проволока диаметром около 3мм и длинной около 60см (можно и меньше это зависит от вас). На ракете же крепится дополнительно бумажное кольцо диаметром на 2-3мм больше чем у проволоки. ракета должна спускаться и подниматься без заметного трения.

Заключение

Этот текст был подготовлен BSVi. В нем достаточно полно была освещена проблема создания ракет с листовыми стабилизаторами. Любые замечания, предложения принимаются по адресу bsvi@mail.ru

Мотор из гильзы

Итак. Мотор на 20 грамм топлива KN/сорбит достаточно простой и относительно безопасный, обладающий двукратным запас прочности.

Основой мотора является папковая охотничья гильза 12 калибра. В корпусе гильзы расположена камера сгорания, а отверстие под капсюль используется как сопло. Заряд вкладного типа. С центральным каналом и бронировкой внешней поверхности. Сопло – вкладная шайба. Замедлитель – топливная вставка. Вышибной заряд – метательный порох.

Конструкция мотора представлена на рисунке:

1 и 2 – охотничья гильза

3 -- внешний корпус мотора

4 – бронировка топливной шашки

5 – топливная шашка

6 – корпус замедлителя

7 – вышибной заряд

8 – пыж

9 – замедлитель

Топливная шашка

Топливная шашка представляет собой цилиндр с центральным каналом и бронировкой внешней поверхности. Шашка отливается прямо в бронировку. Бронировка представляет собой бумажный цилиндр из писчей бумаги плотностью 80 г/м2. Производства Финляндии. Такая бумага сама по себе горит достаточно плохо по причине наличия в ней больного количества каолина. А в сочетании с силикатным клеем получается практически негорючее изделие. Трубка изготавливается на самодельной оправке диаметром 16 мм. Толщина стенки должна в точности ровняться двум слоям бумаги. Меньшая толщина не обеспечивает надежной теплоизоляции, большая просто не влезет в гильзу. Длинна цилиндра, либо 50 мм в случае ручного сверления канала, либо 70 мм в случае формовки канала в процессе отливки. Накатанная трубка смазывается снаружи тонким слоем канцелярского клея и сушится двое суток. первые сутки при комнатной температуре, вторые при температуре 50-60 градусов.

Отливка шашки с одновременной формовкой центрального канала.

Потребуется изготовить некоторую оснастку ( см фото)

Диаметры стержней равны диаметру центрального канала

Диаметр стержней равен диаметру центрального канала, а диаметр отрезков цилиндров – диаметру гильзы. Топливо – сорбитовая карамель технология изготовления которой подробно описана здесь. Топливо заливается в оболочки, трамбуется палочкой, через трое суток шашки извлекаются из оснастки. Перед извлечением шашек рекомендуется произвести насколько ударов но направляющим стержням в осевом направлении. После извлечения шашки обрезаются до необходимого размера. Один торец обрабатывается на обратный конус глубиной 2-3 мм. Это будет камера сгорания. Достоинство данного способа изготовления топливных шашек – отсутствие трудоемкой операции по высверливанию центрального канала. Главный недостаток – необходимость обрезки торцов шашек. Горячя топливная смесь по консистенции отнюдь не вода, и даже не сметана. Она похожа на манную кашу. И в том узком пространстве, которое остается между центральным стержнем и бронировкой не всегда удается качественно и равномерно уложить смесь. Нижний торец шашки часто остается неровным, для чего и требуется последующая обработка.

Отливка шашки с последующим высверливанием центрального канала.

В этом случае все гораздо проще.

Шашки отливаются на картонной подставке, пропитанной эпоксидной смолой.

Через сутки, шашка затвердевает настолько, что уже не теряет форму в руках, однако еще не становится хрупкой. В этом состоянии ее проще всего обрабатывать. С внешней поверхности удаляется весь облой. Ручной дрелью высверливается сквозной канал. Затем ножом выбирается конусное углубление с верхней стороны шашки.

Главное не спешить. Все движения должны быть медленными и плавными. Ни в коем случае нельзя допускать нагрева рабочего инструмента выше 60 градусов по цельсию. Иначе начнет плавиться топливо в зоне контакта.

После обработки шашкам требуется еще несколько дней выдержки до полного отверждения.

Замедлитель.

Замедлитель представляет собой деревянный конус с осевым отверстием, в которое собственно и вкладывается замедлительный заряд. Конус вытачивается из любой древесины лиственных пород. Хвойные породы не годятся, так как при нагреве из такой древесины выделяется смола, которая создает воздушные пузыри, благодаря которым заряд замедлителя отстает от стенок корпуса, и наблюдается частный прорыв рабочих газов к вышибному заряду.

Для изготовления идеально подходит станок “умелые руки”

Длинна L расчитывается исходя из необходимого времени задержки по формуле

L=2.6*(t-t1)+d

Где t - необходимое время задержки. t1 – время работы мотора d – толщина стенки топлива.

В корпусе замедлителя сверлится сковзное отверстие диаметром 2 мм, которое со стороны камеры сгорания рассверливается до 6 мм на глубину 3-4 мм. Полученная полость заполняется топливной смесью.

Внешний корпус

Внешний корпус представляет собой бумажную трубку внетренним диаметром 18 мм, изготовленную из половины листа формата А4.

Трубка клеится на оправке. Для склейки используется клей ПВА разведенный водой в пропорции 1:1. После склейки трубки снимаются с оправки и сушатся 24 часа.

Детали мотора

Для окончательной сборки одного мотора необходимы.

Топливная шашка 1 штука.

Гильза охотничья папковая 12 калибра 1 штука

Шайба стальная 17x3,5 одна штука

Замедлитель 1 штука

Пыж войлочный осаленый 10 калибра 1 штука

Эпоксидная смола, отвердитель, просеянная глина, клей N88, метательный порох, арахисовая шелуха.

Сборка

Разведите эпоксидную смолу с отвердителем согласно инструкции. Добавьте в нее 20% ( по весу) глиняной пыли и тщательно перемешайте. На дно гильзы уложите металлическую шайбу и утрамбуйте ее при помощи молотка и штыря подходящего диаметра. Вставьте в гильзу топливную шашку до упора, конусным углублением к соплу. Вставьте до упора замедлитель. Завальцуйте выступающие края гильзы при помощи твердого бруска. В образовавшуюся щель между гильзой и замедлителем тщательно вмажьте разведенную смолу с глиной. Должно получиться вот так:

Через сутки можно продолжить сборку.

Смажьте внешнюю поверхность гильзы клеем N88, и наденьте внешний корпус.

Пока клей схватывается приготовьте навеску из 1.5 грамма метательного пороха и такого же количества арахисовой шелухи. Это будет вышибной заряд. Смесь засыпьте на замедлитель и вставьте сверху до упора войлочный пыж. Выступающую часть корпуса обрежьте.

Через сутки мотор готов к эксплуатации

Контроль качества

Возьмите за правило подвергать одну отливку из каждой партии разрушающему тесту. Распилите ее вдоль. Проверьте на отсутствие воздушных пузырьков и полостей. В случае наличия оных без всякого сожаления бракуйте всю партию. Так же бракуйте шашки, сечение которых отличается от окружности более чем на 0.2-0.3 мм.

Тщательно проверяйте корпусы замедлителей на отсутствие сколов на внешней поверхности. И не надейтесь залить их эпоксидной смолой. Трещина все равно проявится во время работы.

В готовом моторе при встряхивании не должно быть слышно никаких звуков

Особенности изготовления хранения и эксплуатации.

Ни в коем случае нельзя использовать в качестве наполнителей эпоксидной смолы алюминиевую или другую металлическую пудру, а так же оксиды металлов. Все они повышают температуру горения топливной смеси, что приводит к стабильному прогару корпуса в месте контакта корпуса и смолы с наполнителем.

Сорбитовая карамель – гигроскопичное топливо. Поэтому шашки и готовые моторы должны минимальное время находиться на открытом воздухе. Все операции по отверждению шашке и сборке мотора должны проводиться в сухом помещении, а на время отверждения и хранения мотор и его компоненты должны помещаться в герметичные пакеты.

Мотор такой конструкции нечувствителен к ударам и низкой температуре, однако его все равно требуется оберегать от ударов, падений и сотрясений. Кроме того помните, что мотор очень чувствителен к повышенной температуре. Длительная выдержка мотора при температуре выше 30 градусов по Цельсию недопустима так как начинается деформация топливной шашки.

Доска с формами и навойниками

Отработавший двигатель из гильзы

Естественно, что вам кое-что понадобится. Сейчас я расскажу, где и что вы сможете взять. Если вы живете не в глухой деревне, то без труда сможете достать всё нижеописанное. Итак, ваши "пастбища": хозмаг, отделы бытовой химии, ларьки бытовой химии на рынках, радиорынки, аптеки, аптечные склады, автомагазины. В крупных городах есть магазины "Химреактив", только не во всех из них продают реактивы частным лицам за наличный расчет. Почитайте газеты бизнес-объявлений – там можно найти много интересного. Можете даже завести знакомства в химлабораториях на предприятиях. Магазины удобрений типа "Садовод" – настоящий кладезь полезных веществ.

§         Серная кислота. СК 28% вы можете легко купить в любом автомагазине или на рынке как "Электролит". С концентрированной СК (98%) сложнее. Её продают в автомагазинах, но не во всех; иногда в хозмагах или ларьках бытовой химии на рынке. Если спросят, можете сказать, что она вам нужна для изготовления электролита или для оксидирования железа. Чистая концентрированная кислота – прозрачная тяжелая жидкость. Если кислота имеет грязно-желтый цвет, то она грязная и для вас не подойдет. Можно попробовать изготовить самому

§         Соляная кислота (конц. 37%) продается практически во всех хозмагах и ларьках, вместе с красками, растворителями и пр. химией. Очень часто процент на ней не указывается, а только ГОСТ. Конц. кислота должна дымиться из горлышка бутылки при открытой пробке. Имеет очень резкий запах и желтоватый цвет. Если спросят: "Зачем?" – скажите что для очистки железа от ржавчины или для пайки.

§         Азотная кислота (конц.). Хрен-где-достанешь. В продаже можно иногда встретить 42% азотную кислоту, но для реакции нитрации она не подойдет. Придётся делать самому

§         Перекись водорода. Гидроперит продается в любой аптеке. Пергидроль продается только в "Химреактиве". Его можно достать у старшей медсестры в больнице (заводите знакомства!) или по бизнес-объявлению. Скажите, что занимаетесь крашением меха в своей маленькой мастерской или делаете "окислительный топливный элемент" – сам не знаю, что это такое, но, обычно, больше вопросов не возникает

§         Ацетон. В отделе лаков и красок. Лучше покупать "Ацетон технический", чем "лакокрасочный". Некоторые недобросовестные поставщики могут ещё и разбавить его какой-нибудь дрянью. Должен быть абсолютно прозрачен и испаряться с листа бумаги полностью, без жирных пятен и грязи.

§         Скипидар. В отделе лаков и красок. Продается "Скипидар живичный".

§         Аммиачная селитра. Ищите среди удобрений. Нужна чистая АС, а не смеси, типа "Аммофос". Покупка даже больших количеств не вызывает подозрений. Представляет собой белые гранулы, легко растворимые в воде с понижением температуры. В продаже встречаются две разновидности. Первая – гранулы молочно-белые и очень твердые. Она содержит в качестве добавок разные минеральные примеси и детонирует хуже. Вторая - полупрозрачные гранулы и относительно легко растираются. Эта лучше всего, хотя можно использовать и первую. Вообще, удобрения лучше всего покупать весной – тогда и ассортимент шире и цены ниже.

§         Селитры натриевая и калиевая. Ищите среди удобрений, лучше всего весной – в другое время можете не найти. Белый порошок, хорошо растворяющийся в воде.

§         Алюминиевая пудра. Продается как краска "Серебрянка" в хозмаге в пакетиках по 50, 100, 150 г. На рынке в рядах лаков и красок можно найти в больших количествах и дешевле. Это порошок серо-серебристого цвета, очень сильно мажется и пылит. Разведенная с олифой серебрянка не подойдет, равно как и алюминиевый порошок – он крупнее и не пылит.

§         Уротропин. Это то самое "Сухое горючее", которое продается во всех магазинах "Охотник-рыболов". Большие белые таблетки, неохотно поджигаются и спокойно горят.

§         Лимонная кислота. На рынке или в магазине в отделе специй и приправ. Белый порошок со жгуче-кислым вкусом.

§         Сахар. Можете вытряхнуть из собственного стакана. Если вы уже налили туда чай, тогда сложнее – придётся выпаривать (шутка)…

§         Сера. В магазине "Садовод" или на рынке среди удобрений. Не берите "Серу коллоидную" – в ней слишком много примесей. Мелкий желтый порошок, не растворяется в воде, плохо горит с резким удушливым запахом. Иногда встречается сера в комках – она подойдет.

§         Уголь. Самый лучший "Уголь для мангалов и шашлычниц" сейчас поступил в продажу. Можно сделать самому . Для аммонала подойдет также уголь из коробки противогаза или фильтра "Родничок". Для черного пороха они не подойдут (примеси окислов металлов). Можно ещё взять "Уголь активированный" из аптеки, но это довольно дорого и он тоже бывает плохого качества (не древесный, а костяной).

§         Перманганат калия. Он же "марганцовка". Продается в любой аптеке. У вас гнойничковое воспаление кожи. Доктор прописал вам ежедневные ванны с раствором марганца. Именно для этого вам надо 10 пачек перманганата…

§         Порох. Бездымный или чёрный порох продается в охотничьем магазине. Естественно, что вы не охотник. Однако, любой знакомый охотник за магарыч не откажет вам в маленькой услуге – купить баночку пороха на свое имя для вас. Вы делаете модели ракет и фейерверки. А раствор тринитроцеллюлозы в ацетоне применяется как пластификатор для некоторых пластмасс (даже такая лапша иногда срабатывает). А бездымный артиллерийский порох наковыряйте из снарядов (содержится в гильзе в виде длинных трубок – "макарон"), но ковыряться в реликвиях ВОВ – это очень нездоровая тема (об этом ниже).

Категория: техника | Добавил: roma (06.04.2009)