Как сделать гильзу для ракетного двигателя

Содержание

Как сделать гильзу для ракетного двигателя
Как сделать гильзу для ракетного двигателя
Как сделать гильзу для ракетного двигателя
Per aspera ad astra, или как я строил ракету. Часть 1. Делаем движки и запускаем ракеты
Вступление
Первые попытки собрать движок
It’s alive!
Что в итоге?
Строим ракету
Сам себе ракетостроитель: взлетаем самостоятельно
Двигатели из патронов
Двигательный тюнинг
Видео

Домашнее ракетостроение

Изготовление корпуса двигателя

Изготовление гильзы мотора

Эта гильза имеет близкие размеры с охотничьей гильзой 12 калибра и была разработана для работы с вкладным зарядом сорбитовой карамели длинной 52 мм.

Первое что необходимо сделать, это найти подходящую оправку. Оправке желательно быть стальной, но любой другой материал тоже пойдет, лишь бы был прочный. Диаметр оправки должен быть 17.5 мм. Этот корпус старой плойки кажется подходит.

На эту же оправку будем мотать бронировку топливной шашки. Поэтому чтобы учесть толщину бронировки намотаем на оправку три витка писчей бумаги и закрепим его одним оборотом широкого скотча. Скотч изготавливается из лавсана, к нему не липнет клей и хорошо скользит бумага. Наружный диаметр должен получиться 18 мм, что соответствует внутреннему диаметру охотничьей гильзы 12 калибра. Части бумаги и скотча торчащие за края оправки срежем ножницами.

Из ватмана вырежем заготовки размерами 100 x 255 мм.

Внимание. Из опыта эксплуатации этих двигателей стало ясно, что толщина стенки гильзы не достаточна, 3 из 10 двигателей взрываются. Рекомендуется удвоить толщину стенки гильзы, для этого размеры заготовки должны быть 100 х 550 мм.

В качестве сопла будем использовать металлическую шайбу с отверстием диаметром 3 мм. Можно использовать готовые стальные шайбы. Но найти такие шайбы не просто. Поэтому можно изготовить их самостоятельно, просверлив отверстие сверлом диаметром 3 мм в 5-копеечной монетке.

Перед тем как мазать бумагу клеем навернем конец полоски на оправку и отметим карандашом первый виток.

В качестве клея используем жидкое стекло. Это то же самое что силикатный или конторский клей. Разница состоит в том, что жидкое стекло разливают в большие банки и стоит оно гораздо дешевле. Искать жидкое стекло следует в магазинах стройматериалов.

Довольно густо, но равномерно намазываем полоску бумаги клеем, не заходя за отметку первого витка.

Как можно плотнее накатываем полоску бумаги на оправку. Важно ровно сделать первый виток, иначе вся намотка пойдет ступеньками вкось. В результате должно получиться 4 витка ватмана с небольшим перехлестом.

Сдвигаем полученную трубу с оправки на 20-25 мм и вкладываем шайбу.

Из толстой капроновой нитки или нескольких сложенных более тонких ниток делаем петлю. Петлю делаем, как бы завязывая узел на гильзе. Петлей делаем перетяжку на гильзе. Перетягивать гильзу надо пока не высох клей. Если клей высохнет то гильза станет очень жесткой и перетянуть такую гильзу скорее всего не удастся.

Для того чтобы перетяжка получилась ровно, нужно как бы катать гильзу по веревке, капроновая нить очень скользкая и узел совсем не мешает. Перетяжка делается до тех пор пока диаметр не уменьшится до 12-14 мм.

В перетяжку наматываем 4-5 витков капроновой нити и завязываем ее на 3 узла. Если завязывать только на 2 узла, то узел может развязаться во время формовки перетяжки.

Ножницами обрезаем лишнее, оставляя лишь 3-5 мм от нитки.

Смазываем нитку клеем. Легкими ударами молотка формуем перетяжку, делая ее более плоской.

Готовая перетяжка, а точнее готовое сопло двигателя.

Отмечаем требуемую длину гильзы и обрезаем ножом лишнее. Делать это надо, когда уже все гильзы накатаны и перетяжки отформованы потому, что ножом повреждается скотч и бумажное покрытие оправки. Длина охотничьей гильзы 70 мм, но мне этого всегда не хватало. Поэтому я делаю длину гильзы 80 мм.

Готовые гильзы, надо только их как следует просушить.

Напоминаю! Что за любое противоправное и противозаконное использование материалов, опубликованных в энциклопедии, редакция ответственности не несет.

Источник

Как сделать гильзу для ракетного двигателя

Карамельные модельные ракетные двигатели

Цель проекта: разработать модельные ракетные двигатели, достаточно простые в изготовлении и надёжные в работе, чтобы их можно было изготавливать в ракетомодельных кружках и использовать вместо стандартных заводских МРД.

Для начала я выбрал две простейшие конфигурации.

Тестовый двигатель 1. Одна шашка с наружной бронировкой, длина 30 мм, канал 5.7 мм, трассер-замедлитель длиной 20 мм, сопло из стальной шайбы 4 мм. Шайба вклеена шпаклёвкой для штукатурки (на водной основе), шашка вставлена без дополнительной теплоизоляции, замедлитель залит эпоксидкой.

Тестовый двигатель 2. Одна шашка без бронировки, закрытая пыжом и залитая эпоксидкой. Я не очень верил, что гильза это выдержит, поэтому даже не захотел тратить замедлитель для первого теста. Шашка выглядит немного покусанной, потому что получена обдиранием бронировки со стандартной шашки.

Оба двигателя имеют расчётный суммарный импульс около 11 Н*с. Немного уменьшив количество топлива, можно будет вписаться в стандартную десятку.

После испытания, гильзы повёрнуты наиболее подгоревшими сторонами:

Двигатели отработали нормально, «на глаз» тяга была, время работы ТД-1 1с, ТД-2 0.5с. Однако видно, что гильзы близки к прогару, поэтому следующая серия испытаний была посвящена методам теплоизоляции гильзы.

Методы повышения огнестойкости гильзы.

Стержни я вынимаю через 12 часов, шашки достаю через двое суток. Готовые шашки (блестящая поверхность не влажная, просто очень гладкая):

и вскрытые после испытания:

ТД-3. гильза без теплоизоляции, повтор ТД-2.

ТД-4. Гильза покрыта термостойким кремнийорганическим лаком КО-89. Во всех случаях покрытие производилось погружением гильзы в жидкость с головой и последующей сушкой на решётке при комнатной температуре. В данном случае лак не дал эффекта.

ТД-5. Гильза пропитывалась лаком КО-89 в течение 30 минут. Лак очень слабо впитывался в картон, эффект очень слабый.

ТД-6. Пропитка в течение часа 30%-ным раствором эпоксидки (смола + отвердитель) в толуоле. Гильза сушилась двое суток на воздухе, потом 1 час в духовке при 70С. Почему-то смола полностью не отвердилась, гильза липкая. Прогорела сильнее всех.

ТД-7. Пропитка в течение 45 минут 30%-ным раствором эпоксидки в ацетоне, сушка такая же, как ТД-6. Эпоксидка хорошо отвердилась. Второе место по жаростойкости.

ТД-8. Гильза погружалась в густой ПВА, сушилась на решётке. ПЕРВОЕ МЕСТО по жаростойкости! Внутри почернел и отслоился только первый слой бумаги, остальные слои целые. В других гильзах несколько прожжённых слоёв, остальная часть бумаги расслоилась.

ТД-9. Гильза погружалась в силикатный клей не полностью, а только той частью, которая будет контактировать с пламенем. Место заливки эпоксидки не обрабатывалось. При сушке клей на наружной поверхности гильзы потрескался и почти весь обсыпался, на внутренней поверхности потрескался. Почти никакого защитного эффекта.

ТД-11. Гильза без пропитки, шашка обёрнута в один слой фольги. Эффект слабый.

ТД-12. Гильза без пропитки, шашка обёрнута в два слоя фольги. Эффект слабый.

ТД-13. Гильза без пропитки, шашка обёрнута в один слой офисной бумаги. Эффект слабый

Двигатели испытывались на простейшем стенде из пружинных весов. К сожалению, с этими быстрогорящими двигателями весы так болтало, что во всех кадрах видеозаписи стрелка просто размазана по всей шкале, поэтому о тяге можно сказать только «где-то около 3 кг». Скоро все двигатели будут испытаны на новом точном стенде. Видео, WMV9, 321 КВ.

ТД-17. Это аналог ТД-1, но с упрощённым трассером-замедлителем. Изготовление трассера описано чуть выше, он вклеен на эпоксидке. Гильза (из старого запаса) довольно сильно обгорела, но осталась целая. Здесь тяга, как и положено, была меньше, чем у предыдущих двигателей, и в два раза более длительной, поэтому весы не так сильно колебались. Удалось снять показания весов и построить профиль тяги.

Параметры двигателя:
время тяги 1,2 с
скорость горения 5 мм/с
тяга на режиме 1,2 кг
крит. сечение сопла 4 мм
давление на режиме 9,3 атм
суммарный импульс 11,7 Н*с
масса шашки 11 г
масса торцевой шашки* 2,5 г
полная масса** 13,5 г
удельный импульс 88 с

* часть массы торцевой шашки, сгоревшей одновременно с основной шашкой и участвовавшей в создании тяги.
** полная масса топлива, участвовавшего в создании тяги.

Источник

Как сделать гильзу для ракетного двигателя

Иногда хочется чего-то странного. Вот, недавно меня потянуло на ракетомоделизм. Так как я строю ракеты на нубовском уровне, для меня ракета состоит из двух частей – двигателя и корпуса. Да, я знаю, что все намного сложнее, но даже с таким подходом ракеты летают. Естественно, вам интересно, как делается двигатель.

Хочу предупредить, что если вы соберетесь повторить то, что написано в этой статье, то будете делать это на свой страх и риск. Я не гарантирую точность или безопасность предложенной методики.

Для корпуса двигателя я использую толстостенные ПВХ трубы диаметром 3/4 дюйма. Трубы такого диаметра относительно дешевы и широкодоступны. Лучше всего трубы режутся специальными ножницами. Я очень много намучался, пытаясь резать такие трубы электролобзиком – всегда получалось очень криво.

Трубу я размечаю так:

Все размеры в дюймах. кто не знает, размер в дюймах нужно умножить на 2.54 и получится размер в сантиметрах. Эти размеры я нашел в замечательной книге

Там есть и куча других конструкций. Верхний кусок двигателя (который пустой) я не делаю. Там должен быть вышибной заряд для парашюта, мне пока далеко до этого.

Отрезанный кусок трубы вставляется в специальную приспособу. Покажу все приспособы сразу, дабы не возникало вопросов:

Длинная палка играет роль “пестика” Ей утрамбовывается глина и топливо. Вторая деталька – это кондуктор. Он служит для того, чтобы просверлить сопло точно по центру двигателя. Вот их чертежи:

Сверло используется длинное – длинной 13см. Его как раз хватает для того, чтобы просверлить канал через все топливо.

Далее, формируем сопло. Для этого забираем у любимого котэ наполнитель туалетов (желательно, неюзанный), перетираем его в ступке до более-менее однородной массы и слегка смачиваем водой.

Забиваем порошок по разметку. Бить нужно довольно сильно.

Забивка топлива и заглушки ничем не отличается. Кажется, что по топливу стучать опасно, но карамелька трудно воспламеняется даже от спички. Естественно, базовые меры предосторожности соблюдать стоит – не склонятся над двигателем, работать в защитной маске, итп.

Последние 5мм заглушки я оставляю для термоклея. Я несколько раз пробовал сделать ракету без заглушки из термоклея, верхнюю пробку вырывало давлением. Термоклей обладает отличной адгезией к пластику и не успевает расплавится при горении двигателя.

Сверлим сопло через кондуктор:

Топливо очень плохо сверлится – сахар плавится и липнет на сверло, поэтому его приходится часто вытаскивать и счищать налипшее топливо. Проверяем сопло:

Заливаем последние 5мм трубки и ее торец термоклеем

Все, двигатель готов. Вот так выглядит двигатель на статических испытаниях. К сожалению, видео не показательно – в этом двигателе канал был просверлен на половину, и фотоаппарат не правильно записал звук. В реале “рев” двигателе очень громкий и серьёзный, а не такой игрушечный как на записи.

Источник

Per aspera ad astra, или как я строил ракету. Часть 1. Делаем движки и запускаем ракеты

Земля – колыбель человечества, но нельзя вечно жить в колыбели

Эту знаменитую фразу К.Э.Циолковского не забывают и по сей день. NASA, ESA, Роскосмос, SpaceX и множество других космических компаний отправляют автоматические миссии на другие планеты, запускают людей в космос и стремятся воплотить в жизнь слова Константина Эдуардовича.

Но что делать, если разработка новой ракеты занимает долгое время, а запустить ее хочется здесь и сейчас? Тогда стоит заняться ракетомоделированием и самим построить и запустить ракету мечты. А о своем опыте проектирования ракет я с удовольствием вам расскажу в этой статье.

Вступление

Всем привет! В этой серии статей я хотел бы поделиться с вами моим опытом разработки и запусков моделей ракет, рассказать о своих первых неудачах и головокружительных успехах, о том как надо делать и как не надо. Я не буду вдаваться в подробности того, как построить ракету, потому что в интернете есть много гайдов по этой теме, а сделаю упор именно на личный опыт, дабы уберечь вас от моих ошибок и показать несколько моих интересных находок и решений.

Космосом я увлекся после того как побывал на программе Большие Вызовы 2017 ОЦ Сириус на направлении “Космические технологии и робототехника”. На ней наша команда разработала первый российский школьный спутник SiriusSat, который в 2018 году вместе со своим братом-близнецом был запущен с МКС во время выхода в открытый космос. Полезная нагрузка спутника — детекторы заряженных частиц и гамма-излучения. Конкретно моей задачей на программе было проведение испытаний спутника. Так как в лаборатории космических систем были установлены вибростенд и термобарокамера, то мы решили “протрясти” и “запечь” наш аппарат. Все испытания прошли успешно, наша команда защитила проект, и все довольные разъехались по своим городам.

SiriusSat-1 и SiriusSat-2. Ручка нужна для того, чтобы космонавт держал спутник

В общем на этой смене я и заразился тематикой космоса. Потом в 10 классе мне пришла в голову идея собрать свою ракету с какой-нибудь электроникой.

Первые попытки собрать движок

Сердцем любой ракеты является ее двигатель, поэтому сперва нужно было собрать его. Среди ракетомоделистов очень популярно карамельное топливо, из-за того, что оно легко в изготовлении и его компоненты (сахарная пудра и калиевая селитра) можно найти в любом городе.

Калиевую селитру купил в ближайшем магазине удобрений, а сахарную пудру в продуктовом магазине. На тот момент надпись N — 13,6% и K2O — 46% меня не смутила, но из-за нее потом было очень много проблем, о которых я расскажу чуть позже.

Для изготовления корпуса мне понадобилась пластиковая водопроводная труба длиной 100мм и диаметром 10 мм, бентонит (наполнитель для кошачьего туалета), чтобы сделать заглушки и для утрамбовки самого топлива нужно было найти любую палку, свободно входящую в двигатель. Селитру, бентонит и сахарную пудру я на всякий случай по отдельности перемолол в ступе. Затем смешал калиевую селитру и пудру в соотношении 70% к 30%. Теперь необходимо было забить все компоненты в трубу следующим образом:

Для поджигания двигателя я сделал бикфордов шнур. Джутовую веревку отварил в растворе карамельного топлива, концентрацию взяв на глаз, примерно 2-3 чайных ложки на стакан воды. После варки необходимо дать шнуру высохнуть, и если пропорции раствора топлива были правильными, то на веревке будет белый налет карамельки. Двигатель и шнур для его поджига были готовы, а это значит, что предстояло провести его прожиг.

К сожалению фотографий первого двигателя и видео его испытаний у меня нет, но по итогу он не взлетел, но знатно дымился на стартовом столе.

Выводы:

It’s alive!

Покопавшись в интернете, я примерно понял в чем была проблема первого движка. Из-за трамбовки топливо распределялось неравномерно, в нем образовывались полости, и оно было неоднородно из-за чего процесс горения был очень вялым и вместо ракеты получилась хорошая дымовая шашка. Решение проблемы было простое — забить в трубу сваренное карамельное топливо. В качестве корпуса взял металлическую штангу для ванной и решил поэкспериментировать с пропорциями топлива и с добавкой оксида железа 3 (то есть обычной ржавчины), потому что он должен был увеличить скорость горения.

Примеры чистого карамельного топлива и с добавлением ржавчины. Источник

Движки я сделал поменьше, так как не видел смысла в изготовлении полноразмерного варианта, так же, как и не видел смысла в заглушках и сопле, на скорость горения топлива повлиять они не должны были, потому что все испытуемые были в равных условиях окружающей среды.

Топливо варил на электрической плите в блиннице до цвета и консистенции сгущенки. Блинница тем хороша, что в ней все ингредиенты равномерно нагреваются и не пригорают.

В итоге у меня получилось несколько подопытных:

Выводы:

Что в итоге?

Если вы смотрели недавнюю серию роликов Амперки Ракета против Лехи, то вы заметили, что они использовали химически чистую калиевую селитру. Благодаря ей у них прогорело все топливо, да и скорость горения была выше (2,85 мм/сек против моих 1-1,25 мм/сек). Ну и еще одним минусом самодельных движков является то, что неизвестна их тяга, а я в будущем хотел бы рассчитывать параметры полета ракеты.

По итогу могу сделать вывод, что на калиевой селитре для удобрений движок не построишь. В общем, на такой грустной ноте я закончил разработку своих движков, и стал искать тех, кто делает и продает готовые движки.

Строим ракету

Двигатели я купил на сайте Real Rockets. Так как вместе с этими двигателями поставляется и электрический воспламенитель, то нужно было собрать пульт для запуска, ну и саму ракету конечно же. В том же магазине приобрел картонные трубы для корпуса.

На просторах интернета нашел схему для пульта и немного переделал ее, чтобы от прозвонки случайно не зажегся движок, и в итоге схема получилась такой:

Корпус сделал из ПВХ листов, внутри разместил спаянную схему, провода к воспламенителю (на схеме R2) вывел на зажимы. К проводу зажигания припаял крокодильчики, которые и подключались к воспламенителю.

Внутренности пульта для запуска

Собранный пульт вместе с проводом зажигания

Ну и как любую космическую систему, пульт необходимо было испытать, да и неплохо было бы посмотреть как вообще работают готовые движки.

Чтобы ракета летела вертикально вверх я решил спроектировать ее в программе Open Rocket, а затем напечатать на 3D принтере все детали. С помощью функции оптимизации ракеты я подобрал форму и размеры обтекателя и стабилизаторов исходя из размеров картонной трубы, обтекателя (в него я хотел установить альтиметр, о котором расскажу в следующей части), массы и тяги двигателя и его крепления. Но сперва необходимо было добавить используемый движок.

Чертеж ракеты в Open Rocket

В базе данных Open Rocket есть только американские двигатели, но если вы хотите использовать двигатели других производителей, то можно добавить их в программу. Сделать это довольно просто, я бы даже сказал увлекательно:

В параметрах самих стабилизаторов и обтекателя выбираем наш материал и начинаем их оптимизировать. Конечно, иногда программа выдает страшные формы деталей, поэтому нужно ограничивать максимальные и минимальные значения, которые вы оптимизируете.

Также не стоит забывать о стабильности, потому что от нее зависит, завалится ли на бок ваша ракета во время полета или полетит строго вверх. Если не вдаваться в физические формулы, то стабильность — это расстояние в диаметрах корпуса (калибрах) от центра давления до центра тяжести. Open Rocket умная программа и за нас рассчитывает их положение, поэтому нам остается только следить за значением стабильности. В идеале стабильность вашей ракеты должна быть 2-3 калибра, поэтому в оптимизации ракеты не забываем поставить ограничения и на эту характеристику.

Когда форма стабилизаторов и обтекателя были рассчитаны, предстояло их смоделировать и отправить на печать. Также я смоделировал и крепление для двигателя.

Источник

Сам себе ракетостроитель: взлетаем самостоятельно

Между Главным конструктором наших ракет Сергеем Королевым и Главным конструктором наших ракетных двигателей Валентином Глушко шла негласная борьба за звание Самого Главного: кто же действительно важнее, конструктор ракет или двигателей для них? Глушко приписывают крылатую фразу, якобы брошенную им в разгар такого спора: «Да я к своему двигателю забор привяжу — он на орбиту выйдет!» Впрочем, эти слова — отнюдь не пустое бахвальство. Отказ от «глушковских» двигателей привел к краху королевской лунной ракеты H-1 и лишил СССР каких-либо шансов на победу в лунной гонке. Глушко же, став генеральным конструктором, создал сверхмощную ракету-носитель «Энергия», превзойти которую до сих пор никому не удается.

Двигатели из патронов

Та же закономерность работала и в любительском ракетостроении — выше летала ракета, у которой был более мощный двигатель. Несмотря на то что первые ракетомодельные двигатели появились в СССР еще до войны, в 1938 году, Евгений Букш, автор вышедшей в 1972 году книги «Основы ракетного моделизма», взял за основу такого двигателя картонную гильзу охотничьего патрона. Мощность определялась калибром исходной гильзы, а производились двигатели двумя пиротехническими мастерскими ДОСААФ вплоть до 1974 года, когда было принято решение об организации в стране ракетомодельного спорта. Для участия в международных соревнованиях потребовались двигатели, подходящие по своим параметрам под требования международной федерации.

Их разработка была поручена Пермскому НИИ полимерных материалов. Вскоре была выпущена опытная партия, на основе которой и начал развиваться советский ракетомодельный спорт. С 1982 года с перебоями заработало серийное производство двигателей на государственном казенном заводе «Импульс» в украинской Шостке — в год выпускали 200−250 тысяч экземпляров. Несмотря на жесткий дефицит таких двигателей, это был период расцвета советского любительского модельного ракетостроения, который закончился в 1990 году одновременно с закрытием производства в Шостке.

Двигательный тюнинг

Качество серийных двигателей, как нетрудно догадаться, для серьезных соревнований не годилось. Поэтому рядом с заводом в 1984 году появилось мелкосерийное опытное производство, обеспечивавшее своей продукцией сборную страны. Особенно выделялись двигатели, частным образом изготовленные мастером Юрием Гапоном.

Тем не менее при социализме двигатели, пусть неважные и с дефицитом, но были. Сейчас же их нет вообще. Отдельные детские ракетомодельные студии летают на старых, еще советских запасах, закрывая глаза на то, что срок годности давно вышел. Спортсмены пользуются услугами пары мастеров-одиночек, а если повезет, то и контрабандными чешскими двигателями. Любителям же остается единственный путь — перед тем как стать Королевым, сначала стать Глушко. То есть делать двигатели самим. Чем, собственно, и занимались я и мои друзья в детстве. Слава богу, пальцы и глаза у всех остались на месте.

Источник