Любительское ракетостроение, как я делаю ракеты и мои ошибки на которых я учусь (part 1)
Написанное в этой статье не является инструкцией к применению. Вы всё делаете на свой страх и риск. Соблюдайте технику безопасности
Корпус — варианты материала и различные факторы выбора корпуса
Корпус каждый для своей ракеты выбирает свой и для каждого в приоритете свои факторы выбора материала. Я выбираю корпуса с учётом на наименьший вес и наибольшую прочность. Вес нужно уменьшать для более стабильного и высокого полёта, а прочность нужна что-бы корпус в полёте не расплавился и не разлетелся от давления.
Сначала я выбирал ПВХ трубки для корпусов ракет. Они достаточно прочны, но весят не то что-бы сильно много, но вес нужно сводить к минимуму. Именно из-за веса я потерпел фиаско в пробных запусках, но об этом позже.
После я искал другие материалы или новую технику изготовления корпуса и нашёл технику склеивания бумаги в тубус. После суток клей застывает и корпус становиться прочным как ПВХ труба и в теории легче. Пока-что я эту технику не проверял, но в теории всё звучит достаточно заманчиво.
Виды топлива и двигателей
Топливо
Чаще всего в любительском ракетостроении используются твердотопливные двигатели. Так как для жидкого топлива нужны системы трубопроводов, отдельная камера сгорания, для твёрдого топлива сам двигатель является камерой сгорания и больше ничего от двигателя не требуется.
Состав этого топлива следующий: 70% калиевой селитры, 25% сахарной пудры и 5% древесного угля. Это топливо сильно воспламеняется при малых температурах. Будьте максимально аккуратны.
Двигатели
Давайте сначала разъясним каких размеров сам двигатель и куда он ставится. Двигатель не должен быть размером во весь корпус. Лично я выбираю вариант размера двигателя разделяя высоту основного корпуса на 1.5. В корпусе должно оставаться ещё место для электроники, парашюта, и разных датчиков температур и высоты. Это свободное место называется «Отсек полезной нагрузки». Сам корпус для двигателя выбирается по тому-же принципу как и основной корпус, нужна наименьшая масса и наибольшая прочность.
Пробные запуски и возможная причина неудач
Вот видео первого пробного запуска двигателя от моей ракеты Starship-1
В видео видно что в начале двигателю не хватает тяги и он поднимается только когда заканчивается топливо. Скорее всего проблема недостатка тяги возникла из-за маленького отверстия под сопло. В результате была маленькая струя подачи тяги и двигатель поднялся в воздух только когда заканчивалось топливо. Но проблема скорее всего не только в подаче тяги, но и в массе двигателя. Эта тяга не могла поднять ПВХ трубу ещё и топливо в нагрузку.
Вывод: проблемы с двигателем возникли в результате:
- Малой тяги из-за мелкого отверстия под сопло.
- Массы топлива и ПВХ трубы.
Теория ракетных двигателей. Карамельное топливо / Блог компании Амперка / Хабр
Вступление
Всем привет! Мы — команда ютуб-канала Амперки, в студии и пилим видео по проектам и железкам. Однако, в какой-то момент все изменилось.
Под катом — история постройки нашей ракеты.
Шла весна 2020 года и карантин самоизоляция не щадила никого. В том числе и нас, отлученных от студии, дабы не подвергались опасности заражения заморской бациллой. Вот в этот-то период и начали активизироваться в голове старые идеи сделать то, что давно хотелось, но что было отложено в долгий ящик “когда время будет”. Наконец, то_самое_время пришло, и из того самого ящика была извлечена мысль о постройке собственной ракеты, еще и подстёгнутая недавним успешным пуском в эксплуатацию “батута” от SpaceX.
Так как сделать такой серьезный проект за один заход не получится, разделим его для удобства на составные части (список будет пополняться по мере работы):
- Часть 1. Теория ракетных двигателей. Карамельное топливо
- Часть 2: Корпус двигателя, расчет сопла
- Часть 3: Токарка, допилы стенда, электроника
- Часть 4: Сборка двигателя и огневые испытания
- Часть 5: Разбор полетов, ремонт
- Часть 6: Тестовые шашки, перхлоратное топливо, стенд для тестов скорости горения
Также просим учесть, что статьи, как и серии выпускаются не по выполненным этапам, а по привязке ко времени, то есть, что сделали за неделю, то и пишем/показываем.
Ракетостроение, в целом, наука комплексная, сложная и многогранная. Релевантного опыта у нас не было, не кончали мы институтов по этому направлению, но есть руки, голова, желание — а это уже многое, так что, как говаривал Юрий Алексеевич, поехали.
Теория ТТРД
Что такое реактивное движение, (для тех, кто, вдруг, не в курсе) много говорить не будем: если в двух словах, то это движение за счет отброса массы в противоположную сторону от направления движения. Про всякие экзотические конструкции двигателей типа ядерных, ионных и иже с ними говорить не будем — одна не предназначены для работы в атмосфере, другие слишком сложны и не воспроизводимы в любительских условиях и т.д., поэтому остановимся на простых, но доступных простому обывателю конструкциях, которые при желании можно повторить практически в домашних условиях, а именно — химических. В таких двигателях реактивная струя получается за счет химической реакции топлива и окислителя (в некоторых случаях роль окислителя может играть атмосферный кислород).
Виды смесевого топлива
Самым первым, и, соответственно, примитивным топливом для ракет был порох: сначала дымный, а затем и бездымный. Китайцы, придумав эту горючую смесь, быстро догадались, что она не только может делать бух и много света, а еще и толкать снаряд, постепенно сгорая внутри него. Толку от него, конечно, мало, годится только для фейерверков, да и удельный импульс оставляет желать лучшего. Эволюцией бездымного пороха стали гомогенные (однокомпонентные) составы на основе нитроцеллюлозы. Они достаточно неприхотливы в хранении и эксплуатации, а также достаточно экологичны, однако имеют все тот же недостаток в виде слабого удельного импульса.
Расчет двигателя
Важнейшая характеристика твердого топлива — это скорость его горения, зачастую это значение — константа для определенного состава топлива. Горение распространяется по поверхности. Если просто поджечь конец цилиндрической топливной шашки, то мы получим торцевое горение, которое даст длительное равномерное прогорание, однако, получить при этом достаточную тягу для подъема ракеты в воздух не выйдет. Для повышения эффективности нужно сделать в топливе канал, по которому будет распространяться горение, повысив тем самым его площадь. Также нужно учитывать, что по мере выгорания профиль канала будет меняться, следовательно, будет меняться эффективная площадь. Можно, конечно, долго экспериментировать с различными профилями, однако, это все уже сделано до нас и упаковано в удобный программный инструментарий.
В программу можно внести все необходимые параметры и получить графики тяги, которую будет развивать ракета. В графе Grain configuration под знаком вопроса есть описательный мануал по различным профилям канала.
Опытным путем, применяя различные конфигурации канала мы нашли оптимальные параметры для нашей ракеты. Для получения таких же показателей нужно ввести такие значения:
Форму канала мы выбрали Moon burner. Умный Meteor c учетом введенных данных построил нам вот такой график:
Из этой диаграммы понимаем, что двигатель со старта получит хороший пинок и будет развивать весьма неплохую тягу на протяжении всего времени работы. По расчетам программы пиковое значение тяги получилось без малого 312 Н при пиковом давлении в 24.5 бар. Средние значения оказались около 265 Н и 19.5 бар соответственно.
Еще одним неоспоримым плюсом программы является возможность прямого экспорта рассчитанных значений в другую не менее полезную для нас программу — OpenRocket, при помощи которой мы будем рассчитывать стабильность ракеты, оперение, балансировку и другие важные показатели, но это будет уже в следующей серии.
Однако, не топливом единым жив начинающий ракетостроитель. Не менее важное значение имеет сопло. По этому принципу РД делятся на сопловые и бессопловые. Последние, технически, имеют дозвуковое сопло, являющееся, по сути, просто отверстием или конусом в нижней части двигателя. Дозвуковым оно называется по той причине, что истекающие через него газы не могут достигать, а уж тем более, превосходить скорость звука, сколько бы не наращивалось давление в камере сгорания, об этом нам говорит гидродинамика. А против физики, как известно, не попрёшь. Тем не менее, такие сопла за счет своей простоты применяются в малых любительских ракетах, а также в фейерверках. Но мы же делаем ракету, значит, дозвуковые сопла — не наш путь.
Альтернативным решением является сверхзвуковое сопло или, как его еще называют по имени изобретателя, — сопло Лаваля. В упрощенном варианте представляет собой два усеченных конуса, сопряженных узкими концами. Место сопряжения называется критической точкой.
Принцип его действия напоминает принцип, на котором работает холодильник: газы, проходя “узкое горлышко” и попадая в бОльший объем резко охлаждаются, за счет чего уменьшается их объем, что приводит увеличению скорости их истечения. В результате, за счет перепада диаметра выпускного отверстия мы получаем на выходе струю газа, движущегося со сверхзвуковой скоростью. Таким образом, применив сопло Лаваля мы значительно повышаем КПД ракеты.
К слову, Meteor проводит расчеты, подразумевая, что на двигателе установлено как раз сверхзвуковое сопло, расчет и изготовление которого также оставим на следующий выпуск.
Итак, характеристики, параметры и габариты двигателя у нас есть, можно приступать к варке топлива.
Изготовление топливных шашек
Первым топливом у нас будет карамельное, готовить будем из сорбита и калиевой селитры. Сорбит можно купить в аптеке, он используется как сахарозаменитель. Калиевую селитру можно найти в садово-огородном отделе, но там она довольно грязная, поэтому купили ч/чда в Русхиме.
Простейший способ — измельчить компоненты до состояния мелкодисперсного порошка и смешать, но тогда топливо остается сыпучим и не будет держать форму. Решено сплавить компоненты вместе. Некоторые бесстрашные любители делают это в сковородках, на открытом огне, даже, бывает на костре, но нам дороги наши пальцы и глаза. Придется делать нагреватель с контролем температуры и песчаная баня, для которого нам понадобятся:
Из плиты выбрасываем ее родной регулятор и ставим в разрез твердотельное реле, управлять которым будем через Ардуино, к которой подключим дисплей и потенциометр, чтобы видеть текущую температуру и иметь возможность ее настройки. В форме для выпекания проделываем отверстие и вставляем термопару. Заполняем форму примерно наполовину
Meteor заботливо подсчитал массу топлива, которая составила 838г, возьмем с запасом, еще пригодится. Решено было сделать топливный заряд из нескольких шашек для простоты их изготовления. Потом можно будет их просто склеить между собой и вставить в корпус двигателя.
Не забываем про технику безопасности: вблизи топлива не должно быть никаких источников открытого огня, раскаленных предметов и чего-либо, что может вызвать возгорание.
Возьмем по массе 65% калиевой селитры и 35% сорбита, аккуратно засыпаем в чашу и добавляем немного воды. Это и нервы успокоит, и избавит от необходимости измельчать компоненты в пыль, так как в воде они и без того хорошо растворятся и смешаются. Ставим на огонь, выставляем температуру и ждем, постоянно помешивая. Постепенно полученная каша расплавится и станет похожа на овсянку. Надо дождаться выпаривания всей лишней воды (это можно будет понять по прекратившемуся выходу кипящих пузырьков).
Дальше надо действовать решительно: в заранее подготовленную водопроводную ПВХ-трубу, зафиксированную в держателе с внутренним креплением под круглую ось будем запрессовывать топливо.
После извлечения оси у нас как раз останется канал запала по всей длине шашки. Запрессовывать удобно при помощи держателя для дрели, такой очень удачно нашелся в студии. Важно запрессовать топливо таким образом, чтобы внутри шашки не оказалось пузырей и полостей, иначе это потом негативно скажется на горении.
Трубу с топливом откладываем и оставляем до остывания. Затем ее можно будет распилить и достать шашку. Мы сделали несколько штук, одну из них сожжем в целях эксперимента.
В следующем выпуске займемся корпусом двигателя, соплом и испытательным стендом.
А пока мы его готовим, рекомендую почитать следующую книжку про проектирование ЗУРов. Из нее была почерпнута бОльшая часть информации.
Вся серия целиком:
Самодельные ракеты — ракета своими руками
Наверное, нет таких мальчишек, которые не пробовали что-нибудь запустить. Но в мои времена возможности для «диких» любителей были весьма ограничены. Как ни крути — прошлый век. Прорыв случился, когда достал книжку по ракетомоделизму и когда в доме появилась кофемолка :). Тогда первый раз сделал карамельное топливо и получил первые приличные результаты. Но начались институты, работа, семья и процесс ракетостроения протекал очень вяло. Главным достижением тогда стала двухступенчатая ракета на базе «Москита»(см.проект РК-1)
Со временем появился свободный доступ к интернету.
Из сети на меня обрушилась лавина информации и, в частности, по ракетной тематике,
что и возродило былой интерес. К тому же, с высоты прожитых лет все кажется намного
проще, но не менее увлекательно.
Несколько напрягало только то, что информация в сети достаточно разрознена и не всегда
качественно представлена.
Недавно заинтересовался созданием сайтов, и почти сразу возникла мысль сделать цикл
статей, объединяющий весь собственный опыт в области ракетостроения.
Писать какие-то отдельные статейки
не имело смысла. Хотелось действительно помочь особенно начинающим ракетчикам, чтобы они могли,
не рыская по просторам всемирной паутины, найти на моем сайте всю необходимую информацию. Причем проверенную
информацию, позволяющую получить реальный результат. Не секрет ведь, что в сети все пишут обо всем, даже о том
чего не знают. А в области любительского ракетостроения неверная информация может обернуться большими
неприятностями.
Я не претендую на роль гуру, и свои возможности оцениваю достаточно трезво,
но до некоторого среднего уровня моих материалов может оказаться вполне достаточно. Кроме того, даю ссылки на
первоисточники, тоже проверенные. Ну, а кто пойдет дальше (и выше, и быстрее!), то пойдет уже не с нуля,
и сможет сам заценить качество любой информации, предлагаемой сетью.
Насколько все задуманное получится, сказать трудно. Но уже
на данный момент, вырисовывается что-то реальное. Буду
надеяться, что труды не пропадут даром.
Если что-то непонятно, можете
написать в гостевую книгу. Указывать мыло и URL там не обязательно. По-возможности отвечу.
А сейчас отсылаю заинтересованного читателя к
моим ракетным проектам:
РК-1 для новичков,
Проект Арлекин и
РК-2 для ракетчиков посерьезней и,
наконец, относительно несложный, но претендующий на звание «классического любительского проекта»
РК-3. Кое-что уже сделано и
в рамках нового, довольно амбициозного, проекта РК-4.
Часть разработок носит не этапный характер, а целевой.
Например, ЦИКЛОН
— простая надежая ракета, эдакая рабочая лошадка,
ЦИКЛОН-2 — конструкция для отработки модульной схемы, а ракета
ЭКСТРИМ — это попытка выжать максимум летных характеристик и технологичности
из уже имеющихся наработок, а
БЛИК — для отработки системы спасения на светодиодном датчике апогея,
ракета Эврика-1 — для отработки радиопоиска.
Ракета Экстрим-2 — коммерческий проект.
Поэтому они выделены в отдельные проекты.
Есть уже и рекордная ракета Циклон-5М.
/03.09.2007 kia-soft/
Самоделкины смерти: ракеты своими руками
Развитие науки и техники ставит перед учеными и инженерами все больше вопросов, связанных с проблемой двойного использования их открытий. Так, любимым персонажем романистов еще совсем недавно был некий злобный ученый-социопат, чей гений служит не на пользу человечеству, а ему во вред. Однако сегодня совсем не обязательно быть профессором, чтобы из самых доступных материалов соорудить нечто убийственное. А дальше технических новинок «двойного предназначения» станет еще больше, так что задуматься о том, что с этим давно пора что-то делать, нужно уже сейчас…
Источник фото: svoboda.org
«Как в воду глядели…»
Когда в 1964 году братья Стругацкие написали в 1964 году свою научно-фантастическую повесть «Хищные вещи века», очень многими она воспринималась как… фантастика чистой воды, социальный прогноз, которому не суждено будет сбыться. Между тем авторы предугадали в нем не только то, что девушки в будущем станут носить шорты и майки, открывающие голый пупок (что, кстати, придумать довольно-таки трудно), но и сам вектор развития человечества (что, заметим, еще труднее). Вот только мобильные телефоны оказались им не по силам, а вот содержание, например, той же современной прессы они угадали один в один.
А еще у них было написано следующее: «Когда Мхагана и Бурис обратились в ООН с жалобой на то, что сепаратисты применяют новый вид оружия — замораживающие бомбы, мы кинулись искать подпольные военные фабрики и даже арестовали двух самых настоящих подпольных изобретателей (16 и 96 лет).
А потом выяснилось, что эти изобретатели совершенно ни при чем, а ужасные замораживающие бомбы были приобретены сепаратистами в Мюнхене на оптовом складе холодильных установок и оказались бракованными суперфризерами. Правда, действие этих суперфризеров действительно было ужасным. В сочетании с молекулярными детонаторами (широко применяются подводными археологами на Амазонке для отпугивания пираний и кайманов) суперфризеры были способны дать мгновенное понижение температуры до 150 градусов холода в радиусе 20 метров.
Потом мы долго убеждали друг друга не забывать и всегда иметь в виду, что в наше время буквально ежемесячно появляется масса технических новинок самого мирного назначения и с самыми неожиданными побочными свойствами, и свойства эти часто бывают таковы, что нарушения закона о запрещении производства оружия и боеприпасов становятся просто бессмысленными».
«Если у вас нету тети…»
Но все это же самое мы имеем практически уже сегодня. Правда, без этих самых… суперфризеров. Впрочем, и без них забот сегодня у человечества хватает. Допустим, что вы маньяк-одиночка или мечтаете отправить на тот свет свою тетю, застрахованную на миллион долларов. Вы знаете, что тетя не умеет плавать, но любит круизы на небольших уютных лайнерах.
Какие-либо моральные устои у вас тоже отсутствуют, так что вам остается только приобрести металлическую трубу большого диаметра, приварить к ней два металлических конуса, разместить в ней баллоны с углекислым газом, а сзади пневматическую сверлильную машинку, на вал которой будет надет гребной винт от катера «Ямаха». Взрывчаткой вам послужит смесь неких удобрений с дизельным топливом, а вот для того, чтобы во время работы ваш пневмодвигатель не замерз, газопровод к нему нужно будет поместить в бак с кипятком, который будет нагреваться обычным кипятильником! Хлопотно, но зато очень надежно. Теперь остается воду нагреть, пустить газ и… направить этот плавучий снаряд на корабль с вашей тетей.
Ну а если у вас нету тети (как об этом поется в известной песне из «Иронии судьбы…») и если вы принадлежите к йеменским повстанцам, то целью может стать и фрегат саудитов, стоящий на якоре в Баб-Эль-Мандебском проливе недалеко от Джибути. И вот как помешать созданию такого «устройства»? Ведь все детали для него продаются в обычных магазинах!
Наборы для детского технического творчества
Террористы из ИГИЛ (организация, запрещенная в России) уже начали активнейшим образом использовать дешевые БПЛА в качестве оружия: они прикручивают к ним изоляционной лентой… обычные ручные гранаты или же гранаты от РПГ и запускают так, чтобы те просто-напросто ударились о цель! При этом гибнут люди, выводится из строя техника, и хотя удовольствие это дорогое, они от него не отказываются, так как деньги, полученные за нефть, у них есть. Кроме того, сегодня уже есть относительно недорогие БПЛА из пластмассы, а завтра их станет еще больше!
То есть необходимо уже сегодня задуматься о том, каким образом воспрепятствовать поставкам в мятежные районы планеты такой вот продукции двойного назначения.
В свое время в СССР выпускались так называемые набор-посылки ДОСААФ для изготовления летающих моделей самолетов. Современные аналоги тех моделей собирать уже практически не нужно. Зарядил аккумуляторную батарею, потренировался в приобретении навыков пилотирования, подвесил под модель нечто взрывающееся и иди запускай. По крайней мере панику всегда можно устроить, а значит, покупку таких вот потенциально опасных летательных аппаратов тоже стоило бы отслеживать.
«Кассамы», на взлет!
Впрочем, те же, например, палестинские боевики давно уже создали несколько типов самодельных ракет «Кассам». Названы они так в честь аль-Кассама, влиятельного исламского священника и руководителя террористической организации «Чёрная рука» на территории подмандатной Палестины.
Открываем «Википедию» и читаем: это обычная металлическая труба, начиненная смесью белого сахарного песка с калийной селитрой KNO3. Взрывчатка к ней часто также самодельная, из-за чего радиус поражения, к счастью, невелик.
Всего с 2001-го по 2012 год таких ракет по территории государства Израиль было выпущено… около 6280 штук, из которых системе ПВО удалось уничтожить только 439! Погибло 27 человек, и 700 человек было ранено. Плюс к этому следует добавить расходы на перехват этих ракет и еще причиненный ими огромный моральный ущерб.
О чем не задумывались Циолковский и Цандер…
Как известно К. С. Циолковский одним из первых предложил запускать составные ракеты из нескольких ступеней, которые после того, как топливо в них будет израсходовано, будут от основного ее корпуса отделяться. Потом по этой схеме как раз и была создана знаменитая ракета Р-7, обеспечившая первый полет советского человека в космическое пространство. Ф. А. Цандер предлагал в космическом корабле использованные топливные баки и вовсе… сжигать в двигателях новых ступеней. То есть, по сути, иметь на борту космического аппарата целый завод.
Но без всего этого сегодня вполне можно обойтись. Ведь на вооружении многих стран сегодня находятся ракеты «Град» (дальность стрельбы около 40 километров), «Ураган» (35 километров), «Смерч» (120 километров), «Торнадо» (120-150 километров), та же американская система «HIMARS» (80 километров), которые применяются в РСЗО — реактивных системах залпового огня.
А есть ведь еще и 300-миллиметровые ракеты LORA, и что будет, если связать вместе, ну, скажем, четыре или шесть таких ракет и запустить в виде пакета, а между ними расположить… трубу большого диаметра с конусом в головной части, до отказа заполненную той же самодельной взрывчаткой? То есть у нас будет… та же ракета «семерка», но только самодельная! Дальность, допустим, при этом сократится вдвое, но зато какова будет разрушительная сила такой «самоделки»?
Разместить эти самодельные «стратегические ракеты» можно будет опять-таки, как и настоящие ракеты такого же класса, в шахтах из бетонных труб большого диаметра, направленных жерлом в сторону противника. Угол наклона задает расстояние, направление… И шахта для ракеты готова! Ну а не слишком высокая точность такой вот «самоделки» будет компенсирована огромным зарядом.
Причем, что самое важное, соорудить такую пусковую установку можно буквально на глазах у потенциального объекта атаки, и никто ни о чем не догадается до тех пор, пока не будет произведен пуск! «Коллектор роем!» — вот и весь ответ любопытным. А затем ночью будет привезена и погружена ракета, а в «час быка» произведен запуск.
С расстояния в 40 километров так можно поразить даже Белый дом. И откуда «это прилетело», сначала даже никто и не скажет. Не говоря уж о том, что пусковой установкой для такого «суперкассама» может стать кузов трейлера и даже автобус с раздвигающейся крышей.
Так что современные технологии открывают поистине безграничные перспективы для их использования в «негативных целях», и с каждым годом опасность такого «нецелевого» их использования только растет!
Незаметные сложности ракетной техники. Часть 2: Твердотопливные двигатели / Хабр
В комментариях к первой статье мне справедливо указали, что я совсем не рассказал о твердотопливных двигателях, которые применяются в космонавтике. Действительно, в одну статью даже простой ликбез не влез. Поэтому приглашаю желающих почитать продолжение.
Предания старины глубокой
Черный (дымный) порох изобрели китайцы в девятом веке. И уже в одиннадцатом веке появляются документальные свидетельства о создании боевых ракет на черном порохе («Уцзин цзунъяо» 1044 год ):
Обратите внимание на дизайн ракеты по центру. Эта компоновка боевых ракет оставалась неизменной восемьсот с лишним лет, до начала двадцатого века, а фейерверки с ней производятся до сих пор!
Человеческая мысль не стояла на месте. Уже в 1409 году в Корее додумались до системы залпового огня (Хвачха):
Также есть легенда о китайском чиновнике Ван Ху, который приблизительно в шестнадцатом веке собрал аппарат из кресла, двух змеев (не во всех вариантах легенды) и сорока семи ракет (очевидно, от снарядов типа Хвачхи):
Увы, тогдашние изобретатели были бесстрашны от незнания, про методику лётно-конструкторских испытаний не думали, и страдали излишним оптимизмом. Поэтому первое испытание оказалось последним. Когда стих рёв двигателей, и рассеялся дым, ни Ван Ху, ни его аппарата не нашли.
Ракеты вместе с завоевателями с Востока (монголы, османы) пришли в Европу. Само слово «ракета» — от итальянского «маленькое веретено». С различной интенсивностью ракеты применялись по всей Европе и Азии.
Следующим заметным этапом была четвертая англо-майсурская война (1798—1799). Ракеты Майсура впервые в мире имели стальную оболочку, различное назначение (зажигательные, противопехотные с режущими кромками) и массированно использовались. Корпус ракетчиков Типу Султана насчитывал пять тысяч человек.
Впечатленные англичане, к тому же захватившие в Серингапатаме в качестве трофеев сотни ракет, решили воспроизвести технологию. Так родились ракеты Конгрива, которые широко использовались в наполеоновских войнах и последующих конфликтах, и даже просочились в гимн США.
Начиная с середины девятнадцатого века нарезная артиллерия начала выигрывать у ракет и по дальности и по точности, а залповое применение по типу Хвачхи было забыто. Поэтому боевые ракеты постепенно сходили со сцены, однако, даже в Первой мировой войне они ещё использовались. На фотографии французский «Ньюпор-16» с ракетами «Le Prieur» для борьбы с дирижаблями и воздушными шарами. Несмотря на электрозапал и установку на самолёте, это старые добрые пороховые ракеты такой же компоновки, что и у китайцев одиннадцатого века.
Выезжала на берег «Катюша»
Ракеты на черном порохе не стали сложней и мощней из-за ограничений самого пороха. Нельзя было сделать пороховую шашку с устойчивыми параметрами в партии, большого калибра, и горящую хотя бы пару секунд. Для развития твердотопливных ракет требовался новый материал. В конце девятнадцатого века был изобретен бездымный порох. Однако на артиллерийском бездымном порохе ракету сделать не получалось. Начались поиски бездымных ракетных порохов.
Наибольшего успеха в этом деле добилась Газодинамическая лаборатория Тихомирова и Артемьева в СССР. Они создали т.н. баллиститный порох, из которого уже можно было сделать достаточно большие шашки и поставить их в реактивные снаряды. К тому же вовремя вспомнили про идею залпового огня. Так родились «Катюши» — снаряды РС-82 и РС-132 для авиации, М-8 и М-13 для наземных установок. Более подробно про пороха, их виды и производство можно почитать здесь.
Успехи технологии привели к тому, что во время Второй мировой войны СССР активнее других стран использовал боевые ракеты на твердом топливе. Оружие оказалось очень эффективным, применялось с воздушных, наземных, корабельных носителей, были разработаны новые модификации большей дальности или калибра.
Стойкий смесевой сержант
Баллиститный порох имел свои физические ограничения. Максимальный диаметр шашки измерялся в сантиметрах, а время горения — в секундах. Даже если бы фон Браун хотел, он не смог бы сделать Фау-2 на баллиститном порохе. Нужен был новый вид твердого топлива. Им стало т.н. смесевое топливо («rubber fuel»). В 1942 году Джон Парсонс создал первые экземпляры двигателей на смесевом топливе, используя асфальт. А эксперименты с компонентами обнаружили, что наиболее эффективным топливом является смесь перхлората аммония (окислитель), алюминия и полиуретана (горючее) и полибутадиена для улучшения параметров горения, формования и хранения двигательной шашки. Первой ракетой с двигателем на смесевом топливе стала MGM-29 «Сержант» (первый полёт — 1956 г), двигатель которой имел диаметр 0,7 метра и работал 34 секунды. Это был качественный прорыв — ракета массой 4,5 т. и длиной 10 м. могла забросить боеголовку весом 0,8 т на 135 км, и не требовала колонны автомашин с компонентами топлива и десятки минут на заправку.
После ракет средней дальности была разработана МБР «Минитмен» на смесевом топливе. Её преимущества можно увидеть, сравнивая с похожими советскими проектами. Дело в том, что в СССР Королёв попытался создать баллистическую ракету на баллиститном порохе (РТ-1) и на смесевом топливе советской рецептуры с худшими характеристиками (РТ-2). Сравнение характеристик очень наглядно:
Обратите внимание на то, что в ракете РТ-1 пришлось делать фактически сборку из четырех отдельных двигателей из-за ограничений на диаметр шашки баллиститного пороха. У РТ-2 и «Минитмена» шашка одна, большая, но на первой ступени 4 сопла.
Особенности твердотопливных двигателей
Возможность создать двигатель очень большой тяги
Самым мощным ракетным двигателем в истории был твердотопливный ускоритель «Спейс Шаттла». Его начальная тяга составляет 1250 тонн, а пиковое значение достигает 1400 тонн, что приблизительно в 1,8 раз больше тяги самых мощных ЖРД (F-1 и РД-170). Самый мощный из эксплуатируемых двигателей тоже твердотопливный — это боковые ускорители «Ариан-5», их тяга составляет 630 тонн.
Профиль тяги задается при конструировании
ЖРД можно дросселировать — менять величину тяги, иногда в весьма большом диапазоне. Твердотопливный двигатель горит неуправляемо, и величину тяги можно регулировать только с помощью внутреннего канала специального профиля. Разные профили канала позволяют иметь разные профили тяги во времени:
Невозможность аварийного выключения
После того, как РДТТ включился, выключить его нельзя. На боковые ускорители «Спейс Шаттла» ставили заряды взрывчатки, чтобы в случае катастрофического отказа они не летели в произвольном направлении. Все полёты шаттлов проходили с людьми, и знание того, что в бункере сидит специальный человек (RSO), который взорвёт ускорители в случае аварии, добавляло нервозности. Боковые ускорители «Челленджера» в катастрофе 1986 года не были повреждены взрывом центрального бака и были подорваны несколько секунд спустя.
Невозможность повторного запуска
Вытекает из предыдущего пункта. На каждое включение надо иметь отдельную ступень с двигателем. Это важно для разгонных блоков, которые должны включаться уже в космосе несколько раз.
Отсечка тяги
При необходимости выключить досрочно нормально работающий РДТТ (например, при разгоне до нужной скорости при стрельбе на неполную дальность), единственное, что можно сделать — это т.н. отсечка тяги. Специальные заряды вскрывают верхнюю часть камеры сгорания, обнуляя тягу. Двигатель ещё работает некоторое время, но пламя вырывается с обеих сторон, что, фактически, не добавляет скорости.
Меньший удельный импульс
Удельный импульс (мера эффективности топлива) РДТТ ниже, чем у ЖРД. Это приводит к тому, что в боевых МБР обычно на одну ступень больше. Жидкостные УР-100 и Р-36 имеют две ступени, что оптимально по баллистике, а на твердотопливные «Тополя» приходится ставить три ступени. Поэтому массовое совершенство РДТТ хуже.
Простота изготовления и эксплуатации
После заливки топлива в камеру сгорания оно становится похожим на резину по консистенции и не требует дополнительных операций. В отличие от разгонных блоков на ЖРД, которые надо заправлять и проверять на космодроме, разгонные блоки с РДТТ приходят готовые от производителя. Боевые ракеты с РДТТ также приходят от производителя готовыми и стоят на дежурстве десятилетиями, не требуя дополнительных операций с топливом со стороны персонала. Справедливости ради необходимо отметить, что боевые МБР с ЖРД также приходят от производителя «ампулизованные», не требуя заправки в шахте.
Сложность механизмов управления
В ЖРД можно отбирать компоненты после ТНА и использовать их в гидравлических рулевых машинах для отклонения сопла. В РДТТ такой возможности нет, поэтому приходится ставить мощные аккумуляторы или генераторы для рулевых машин. Например, на твердотопливном ускорителе «Спейс Шаттла» стояли специальные газогенераторы, сжигавшие гидразин из отдельных баков и питавшие гидравлические рулевые машины, которые отклоняли сопло для управления полётом. На ТТУ РН «Титан-4» стояли баки с тетраксидом азота, который несимметрично впрыскивался в сопло через управляемые форсунки, создавая асимметрию тяги.
На разгонных блоках приходится ставить отдельные двигатели ориентации на жидком топливе, а на время работы двигателя обеспечивать стабилизацию раскруткой.
Невозможность регенеративного охлаждения
Стенки камеры сгорания изолированы ещё не сгоревшим топливом, это безусловный плюс РДТТ, но с соплом ситуация обратная. Дело осложняется тем, что температура горения твердого топлива выше, а продукты сгорания обладают гораздо большим, нежели в ЖРД, эрозионным эффектом. Сопло разъедается продуктами сгорания, что ещё ухудшает параметры двигателя из-за нарушения геометрических параметров сопла. Без потока компонентов, которыми можно охлаждать сопло, приходится придумывать другие методы. Их два — охлаждение излучением и испарением (абляцией). Критическое сечение (самая узкая часть сопла, там наибольшие нагрузки) выполняется из очень твердых и жаропрочных материалов (специально обработанный графит), менее нагруженные части — из теплостойких материалов. Более подробно можно почитать здесь.
Но эти решения имеют свою цену — сопло РДТТ тяжелее, чем у ЖРД. Очень хорошо это видно на фотографиях из этого хабрапоста:
Слева ЖРД, справа РДТТ
Заключение
В современной ракетной технике РДТТ нашли четыре основные ниши:
- Военные ракеты. РДТТ обеспечивают высокую боеготовность, простоту и надежность двигателей межконтинентальных и прочих ракет.
- Стартовые ускорители. Возможность создать очень мощный и дешевый двигатель используется, когда необходимо оторвать от земли более эффективный, но менее мощный ЖРД.
- Разгонные блоки. Распространенность, простота, надежность, освоенность промышленностью, легкость хранения привели к широкому использованию РДТТ в качестве разгонных блоков в США. Удельный импульс РДТТ всего на ~10% меньше, чем у пары гептил/амил (масса РБ IUS даже меньше «Бриза-М» из-за меньшей широты космодрома), а в полтора раза более эффективные водород/кислородные блоки не использовались в «Спейс Шаттлах», которые не так давно выводили большое количество спутников.
- Фейерверки и ракетомоделизм. Простота изготовления маленького РДТТ привела к тому, что ракеты используются в фейерверках (там почти наверняка черный порох) и в ракетомоделизме. Простые составы домашнего производства или покупные (есть стандартные в магазинах) позволяют делать небольшие ракеты для развлечения и обучения.
P.S. Ещё будет третья часть. Про виды жидкого топлива, размеры ступеней, стартовые сооружения и деньги. Не очень скоро — через одну статью.
Водяная ракета с двойным воздушным баком и парашютом своими руками
Здравствуйте, уважаемые читатели и самоделкины!Наверняка многие из Вас запускали ракеты. Но скорее всего это были китайские фейерверки. Существуют ли более безопасные ракеты? Конечно!
В данной статье, автор YouTube канала «The Q» расскажет Вам, как он изготовил водяную ракету с двойным баком для воздуха и парашютом.
Эта самоделка не очень сложна в изготовлении, и может быть повторена в домашних условиях
Материалы.
— Пластиковые бутылки 1,5 л от колы
— Старый зонт
— Жидкое мыло
— Ниппель, резиновые прокладки
— Болт М10, шайбы
— Алюминиевая трубка
— Синяя изоляционная лента, скотч
— Гофрированный картон
— Листовая фанера, деревянные бруски
— Двухсторонний скотч
— Секундный клей
— Канцелярские резинки, капроновая нить
— Механизм от заводной игрушки
— Стальная проволока, уголки, саморезы по дереву.
Инструменты, использованные автором.
— Велосипедный насос с манометром
— Паяльник
— Шуруповерт
— Клеевой пистолет
— Ножовка, керн, гаечный ключ
— Нож, линейка, маркер, тиски, молоток, керн.
Процесс изготовления.
Итак, мастер начинает с изготовления переходного соединения между бутылками. Для этого потребуется болт М10, в котором необходимо просверлить сквозное отверстие диаметром 6 мм. А в головке слегка расширить его до диаметра 10 мм.
Получается вот такой болт с отверстием.
Теперь нужно отрезать алюминиевую трубку длиной 150 мм.
Затем автор вклеивает в головку подготовленного болта трубку, используя секундный клей.
В центре донышка бутылки проплавляет отверстие диаметром 10 мм.
Далее в пробках сверлятся отверстия такого же диаметра.
Надевает на длинную шпильку трубку с болтом, устанавливает уплотнительную прокладку, продевает болт через отверстие в бутылке. Снаружи надевается еще одна прокладка и шайба.
В пробку также вставляется уплотнитель, и автор притягивает ее гайкой. Для следующего соединения будет использована та же схема, только без трубки.
Далее, собрав второй бак, прикручивает его к первому, а к нему уже третий. Размечает два отрезка на центральной части бутылки для укрепления мест соединения баков, и вырезает их.
Полученные цилиндры разрезает вдоль, на один край приклеивает двухсторонний скотч, и соединяет края.
Сам соединитель приматывает к корпусу синей изолентой. Основа ракеты готова.
Следующим этапом предстоит собрать парашютную систему. Сначала мастер вырезает из гофрированного картона два круга по диаметру бутылки, и два прямоугольника. Затем собирает и склеивает из них вот такую конструкцию. Это будет основа пускового механизма для парашюта.
От бутылки отрезается верхняя часть горлышка, и донышко вот таким образом. В полученную заготовку вставляется картонный каркас, и размечается дверка. Каркас вынимается, и дверка вырезается по разметке.
Теперь на каркас натягиваются две канцелярские резинки. Они будут выталкивать парашют при открытии дверцы.
К верхней части приклеивается небольшой удлинитель. Внутрь бутылки вкладывается шарик от пинг-понга, он будет служить носом ракеты. Каркас с резинками вставляется на место и фиксируется горячим клеем.
Теперь в дверце проплавляется отверстие, в него продевается резинка, и завязывается на петлю. Второй стороной дверка приклеивается к корпусу при помощи скотча.
Основная часть парашютного модуля собрана.
Мастер разобрал заводную игрушку, и извлек из нее механизм. Он будет служить замедлителем открытия дверцы, а соответственно, и раскрытия парашюта. Автор разметил и вырезал для него отверстие.
Механизм приклеивается на свое место, и закрывается вырезанным кусочком бутылки так, чтобы снаружи осталась только ручка завода.
Из обрезков бутылок автор изготовил вот такие скобы, они будут направляющими ракеты при пуске. Такую же скобу он приклеил возле ручки завода. А в самой ручке просверлил отверстие, и вставил в него кусочек проволоки Г-образной формы.
Для приведения механизма в рабочее положение нужно растянуть резинку от дверцы, обвести ее вокруг корпуса, и зацепить за проволочку. Затем завести механизм от игрушки. При этом резинка наматывается на рукоятку, и держится. Для блокировки мастер продевает через скобу трубку, и надевает ее на проволочку.
Как только ракета запустится, трубочка освободит и запустит вращение механизма. А тот через некоторое время отпустит резинку, и дверца откроется.
В качестве парашюта автор будет использовать старый зонтик. Его лучше выбрать яркого цвета.
От зонтика потребуется только ткань, каркас нужно удалить, не повредив ее. К штатным петлям на краях привязываются стропы из капроновой нитки.
Парашют плотно сворачивается, и вставляется в свой отсек так, чтобы он прижал, и натянул резинки. Дверца закрывается, механизм взводится, и блокируется.
Парашютный отсек готов, его можно приматывать изолентой к основному корпусу.
Из тонкого пластика мастер вырезал заготовки для стабилизаторов. Склеил их, и зафиксировал на нижней части корпуса изолентой. Сборка ракеты завершена.
Следующим этапом нужно изготовить простую пусковую платформу. Основание он изготовил из листовой фанеры, по углам просверлил отверстия. А в центре прикрепил два бруска с панелью, и четырьмя уголками с отверстиями. Также закрепил небольшой брусок с отверстием под направляющий штырь.
Обычную пробку от вина разрезает пополам, высверливает в ней отверстие для ниппеля. Вставляет в нее ниппель, и устанавливает его на планку. На пробку достаточно плотно одевается бутылка, и фиксируется шпилькой из проволоки за шейку на горлышке.
Найдя ровный участок, прибивает платформу к земле длинными гвоздями, и устанавливает направляющую.
Набрав почти полную бутылку воды, добавляет в нее 100 мл жидкого мыла. Заливает раствор в первый бак, и закрывает пробкой с ниппелем.
Надевает ракету на направляющую, подсоединяет насос к ниппелю, и блокирует ракету шпилькой. К самой шпильке привязывает длинную веревку.
Самый ответственный момент, теперь нужно накачать ракету воздухом. При этом заполняются два верхних бака. К сожалению автор не указал, до какого давления он это делает. Обычно такие ракеты можно накачивать до 5-7 атмосфер. После 8 атм начинается деформация корпуса, а разрыв происходит при 12-13 атм.
Для этого пригодится вот такой велосипедный насос с манометром. Он позволит контролировать давление в ракете.
Отойдя на безопасное расстояние, автор резко дергает за веревку, и ракета взмывает в воздух.
Парашют штатно и вовремя раскрылся, и приземление прошло успешно!
Спасибо автору за интересную модификацию классической водяной ракеты!
Всем хорошего настроения, удачи, и интересных идей!
Авторское видео можно найти здесь.
Источник (Source) Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.
Как сделать твердое ракетное топливо дома из старых газет «Безумная наука :: WonderHowTo
Старые газеты пригодятся для самых разных целей в доме, от подкладки для птичьей клетки до упаковки для транспортировки и даже для приготовления небольшой рыбы. Но для ученых-ракетостроителей на заднем дворе, таких как Маркус Биндхаммер, они больше подходят в качестве ингредиента для ракетного топлива.
Для этого ракетного топлива старая газета фактически является вторичным топливом. Первичный — это поливинилацетат, в основном белый клей для дерева, который также действует как связующее. Окислитель — KClO3, также известный как хлорат калия. Клей смешивают с хлоратом калия, затем наносят на газетные листы. Затем все это скатывается вокруг стеклянного стержня и помещается в форму из ПВХ. После этого стержень вынимается и запекается пару часов.
Как вы, вероятно, можете сказать из видео с испытательными стрельбами, приведенного выше, настоящего корпуса или сопла нет, поэтому нет возможности измерить тяговую мощность этого ракетного двигателя.Но он по-прежнему выглядит довольно круто, как есть, и больше похож на эту газетную дымовую шашку. Для всего процесса ознакомьтесь с простыми инструкциями Биндхаммера для его твердого ракетного топлива ниже.
Если вас интересует другая пиромания хлората калия, вы всегда можете использовать более опасную расплавленную версию для кремации тараканов и мармеладных мишек. Нет хлората калия дома? Сделай. Если вы хотите немного более слабого ракетного топлива, попробуйте немного нитрата калия.Это также делает отличную дымовую смесь и дымовые шашки.
Хотите освоить Microsoft Excel и вывести свои перспективы работы на дому на новый уровень? Начните свою карьеру с нашего пакета обучения Microsoft Excel Premium A-to-Z из нового магазина гаджетов и получите пожизненный доступ к более чем 40 часам инструкций от базового до расширенного по функциям, формулам, инструментам и многому другому.
Купить сейчас (97% скидка)>
,Ракета на твердом топливе
2
Могут ли мощные микроволны снизить стоимость запуска космических ракет?
20 апреля 2020 г. — Исследователи рассчитали эффективность четырех важных характеристик силовых установок ракет, работающих на микроволновом луче. Эти результаты имеют решающее значение для минимизации или возможного снижения стоимости …
Революционная новая ракетная двигательная установка
Апреле30 января 2020 г. — Исследователи разработали новую усовершенствованную ракетно-двигательную установку, которая когда-то считалась невозможной. Эта система, известная как вращающийся детонационный ракетный двигатель, позволит запускать в космос разгонные ракеты …
В новом космосе обновлено видение Илона Маска колонизации Марса
26 марта 2018 г. — В новой статье Илон Маск, генеральный директор и ведущий дизайнер SpaceX, представляет обновленную конструкцию Big Falcon Rocket, мощной ракеты, предназначенной для приведения в движение недавно модифицированного космического корабля…
Научное машинное обучение открывает путь для разработки быстрых ракетных двигателей
16 апреля 2020 г. — Исследователи разрабатывают более быструю методику моделирования для конструкторов ракетных двигателей, чтобы проверить производительность в различных …
Астероид CubeSat, сближающийся с Землей, идет полным ходом
26 сентября 2017 г. — спутник NASA Near-Earth Asteroid Scout, небольшой спутник размером с обувную коробку, предназначенный для изучения астероидов, близких к Земле, недавно провел полномасштабное испытание на развертывание солнечного паруса.Тест был …
Чтобы поймать волну, ракета стартует с вершины мира
28 января 2019 г. — 4 января 2019 г. в 4:37 по восточноевропейскому времени из Норвегии стартовала миссия CAPER-2. Ракета пролетела через активное северное сияние, или северное сияние, чтобы изучить волны, которые ускоряют электроны в нашу …
Простой экономичный ракетный двигатель может сделать более дешевый и легкий космический корабль
18 февраля 2020 г. — Исследователи разработали математическую модель, описывающую, как вращаются детонационные двигатели…
Свет в темноте: ракета НАСА исследует темные области космоса
27 октября 2017 г. — Распространенный на неизмеримые расстояния, этот холодный диффузный газ между галактиками — называемый межгалактической средой, или сокращенно IGM — почти не излучает свет, что затрудняет …
Для получения изображения «дырявой атмосферы», команда НАСА по ракетам возглавляет север
30 ноября 2018 г. — Атмосфера Земли протекает, но как кислород получает энергию для выхода в космос? Ракета НАСА VISIONS-2 скоро будет запущена в уникальную магнитную среду вблизи Северного полюса в…
«Оптическая ракета», созданная с использованием интенсивного лазерного излучения
14 сентября 2018 г. — Эксперимент продемонстрировал, как применение интенсивного света увеличивает количество электронов до максимально возможного …
,
Япония успешно запустила твердотопливную ракету
Япония успешно запускает радикальную твердотопливную ракету, которая может сократить расходы на запуск на треть
- Ракета длиной 26 метров, запущенная примерно в 20:00. (11:00 GMT) из Учиноуры
- Запущен спутник для изучения радиационных поясов вокруг Земли
Reuters
Опубликовано: | Обновлено:
Японское космическое агентство заявило, что успешно запустило твердотопливную ракету под названием «Эпсилон-2».
Ракета — последняя попытка Токио оставаться конкурентоспособной в отрасли, которая имеет большой потенциал роста и имеет серьезные последствия для безопасности.
Ракета длиной 26 метров, запущенная около 20:00. (11:00 по Гринвичу) из Космического центра Учиноура на юге Японии.
Ракета длиной 26 метров, запущенная около 20:00. (11:00 по Гринвичу) из космического центра Учиноура на юге Японии и выпустил спутник для изучения радиационных поясов вокруг Земли.
РАКЕТЫ НА ТВЕРДОМ ТОПЛИВЕ
Самые ранние ракеты были ракетами на твердом топливе, работающими на порохе; они использовались в войне китайцами, индейцами, монголами и персами еще в 13 веке.
Однако в 20 веке, когда жидкостные ракеты предлагали более эффективные и контролируемые альтернативы. Твердотопливные ракеты все еще используются в моделях ракет и в более крупных приложениях из-за их простоты и надежности.
Космический шаттл был запущен с помощью двух твердотопливных ускорителей, известных как SRB.
Затем он выпустил спутник для изучения радиационных поясов вокруг Земли вскоре после старта, сообщило Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA). ,
Миссия по изучению энергии и излучения в геокосмическом пространстве (ERG) будет проводиться Японским агентством аэрокосмических исследований (JAXA) для изучения магнитосферы Земли.
Трехступенчатая ракета «Эпсилон-2» является частью нового поколения твердотопливных ракет и позволяет снизить затраты на запуск до одной трети, согласно JAXA.
Самыми ранними ракетами были твердотопливные, работающие на порохе; они использовались в войне китайцами, индейцами, монголами и персами еще в 13 веке.
Однако в 20 веке, когда жидкостные ракеты предлагали более эффективные и контролируемые альтернативы.
Твердотопливные ракеты до сих пор используются в моделях ракет и в более крупных приложениях из-за их простоты и надежности. Космический шаттл был запущен с помощью двух твердотопливных ускорителей, известных как SRB
. Твердотопливные ракеты все еще используются в моделях ракет и в более крупных приложениях из-за их простоты и надежности.
Космический челнок был запущен с помощью двух твердотопливных ускорителей, известных как SRB.
Снижение затрат на запуск ракет имеет важное значение, поскольку все больше стран с развивающейся экономикой стремятся вывести в космос спутники связи и метеорологические спутники, а Япония сталкивается с жесткой конкуренцией с такими конкурентами из США и Европы, как Arianespace.