Математическое моделирование рабочего процесса жидкостных ракетных двигателей. Ракетное двигатели моделирование


Математическое моделирование рабочего процесса жидкостных ракетных двигателей

Оглавление: Предисловие [3]Введение [4]Глава 1. ЖРД как объект математического моделирования [6]  1.1. Задачи математического моделирования [6]  1.2. Классификация объектов моделирования [7]  1.3. Моделируемые режимы [15]    1.3.1. Запуск ЖРД [16]    1.3.2. Маршевые режимы работы ЖРД [19]    1.3.3. Останов ЖРД [21]  1.4. Моделирование при отработке и эксплуатации ЖРД [21]    1.4.1. Системы технического диагностирования ЖРД [22]    1.4.2. Системы аварийной защиты ЖРД [25]  1.5. Математические модели [26]    1.5.1. Общие положения [26]    1.5.2. Принципы построения математических моделей [28]    1.5.3. Виды математических моделей [29]    1.5.4. Исходная информация для составления нелинейной математической модели двигателя [31]Глава 2. Гидравлические магистрали [33]  2.1. Статика и динамика гидромагистралей [33]  2.2. Заполнение гидромагистралей компонентом топлива [42]  2.3. Гидравлический удар в гидромагистралях [46]Глава 3. Газожидкостные емкости [51]  3.1. Классификация газожидкостных емкостей [51]  3.2. Газожидкостные емкости с отсеченным газовым объемом [52]  3.3. Газожидкостные емкости с вытесняемым газовым объемом [57]  3.4. Газожидкостные емкости с двухфазной газожидкостной средой [58]    3.4.1. Заполнение смесительных головок без вдува газа [58]    3.4.2. Заполнение смесительных головок с вдувом газа [61]    3.4.3. Опорожнение смесительных головок при останове двигателя [66]    3.4.4. Газожидкостные емкости и процессы нестационарного теплообмена [68]Глава 4. Агрегаты управления и регулирования [74]  4.1. Клапаны [74]  4.2. Дроссели [74]  4.3. Редукторы [75]  4.4. Регуляторы расхода [77]    4.4.1. Уравнения, описывающие работу регулятора расхода [79]    4.4.2. Нелинейности в гидравлических редукторах и регуляторах расхода [81]Глава 5. Огневые агрегаты [85]  5.1. Процессы преобразования (горения) компонентов топлива [85]  5.2.Уравнения, описывающие процессы в камере сгорания [88]Глава 6. Турбонасосный агрегат [94]  6.1. Общие сведения [94]  6.2. Насосы [94]    6.2.1. Определение основных параметров насоса [94]    6.2.2. Статические характеристики насосов [99]    6.2.3. Уравнения напора и крутящего момента насоса на неустановившихся режимах [110]    6.2.4. Расслоение универсальных статических КПД-характеристик насосов [114]    6.2.5. Кавитационные явления в насосах [115]  6.3. Турбины [123]    6.3.1. Газовые турбины [124]    6.3.2. Гидротурбины [130]  6.4. Уравнение вращательного движения ротора ТНА [130]  6.5. Осевые силы в ТНА [133]    6.5.1. Щнекоцентробежное колесо насоса [133]    6.5.2. Рабочее колесо осевой турбины [136]    6.5.3. Рабочее колесо центростремительной турбины [137]    6.5.4. Диск гидродинамического уплотнения (импеллер) [138]    6.5.5 Некоторые вопросы расчета осевых сил [140]Глава 7. Общие вопросы математического моделирования [144]  7.1. Газодинамические функции и свойства газов [144]  7.2. Определение физических параметров компонентов топлива на линии насыщения [148]  7.3. Численное решение систем уравнений [150]  7.4. Некоторые вопросы идентификации математических моделей [154]    7.4.1. Погрешности измерений в зарегистрированной информации [155]    7.4.2. Методы отбраковки недостоверной информации [159]    7.4.3. Результаты идентификации математических моделей [172]Глава 8. Нелинейная математическая модель ЖРД [176]  8.1. Базовая пневмогидравлическая схема ЖРД [176]  8.2. Структурная схема ЖРД [179]    8.2.1. Структурная схема агрегата [179]    8.2.2. Структурные схемы контуров [180]    8.2.3. Структурные схемы потоков [182]  8.3. Базовая нелинейная математическая модель ЖРД [186]    8.3.1. Уравнения, описывающие работу контура №1 [186]    8.3.2. Уравнения, описывающие работу контура №2 [189]    8.3.3. Уравнения, описывающие работу контура №3 [193]    8.3.4. Уравнения, описывающие работу контура №4 [196]Приложение [208]Литература [218]

www.nehudlit.ru

Основы ракетного моделизма. Букш Е. Л. — 1972 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ 3 ОТ АВТОРА 4

ГЛАВА I. МОДЕЛИ РАКЕТ 5 § 1. Модель одноступенчатой ракеты 5 § 2. Трехступенчатая модель ракеты 8 § 3. Модель микроракеты 11 § 4. Стартовый ускоритель 13 § 5. Снаряжение верхней ступени модели ракеты 15 § 6. Модель-копия ракеты-носителя космического корабля «Восток» 16 § 7. Экспериментальная действующая модель космической орбитальной станции 19

ГЛАВА II. ДВИГАТЕЛИ ДЛЯ МОДЕЛЕЙ РАКЕТ 21 § 1. Тяга 22 § 2. Скорость истечения газов 25 § 3. Удельная тяга и удельный импульс 26 § 4. Расчет характеристик двигателя ДБ-1-СЧ-6 27

ГЛАВА III. МОДЕЛЬНЫЕ РАКЕТНЫЕ ДВИГАТЕЛИ НА ТВЕРДЫХ ТОПЛИВАХ (РДТТ) 32 § 1. Модельный ракетный двигатель ДБ-51-С-10 33 § 2. Модельный ракетный двигатель ДБ-З-СМ-10 35 § 3. Микродвигатели 37

ГЛАВА IV. ИСПЫТАНИЕ МОДЕЛЬНЫХ РДТТ (СНЯТИЕ ХАРАКТЕРИСТИК) 38

ГЛАВА V. ВОПРОСЫ ПИРОТЕХНИКИ В РАКЕТНОМ МОДЕЛИЗМЕ 45 § 1. Способы воспламенения топлива модельных РДТТ 45 § 2. Вопросы пиротехники при снаряжении моделей ракет 46 § 3. Способы передачи огня 47 § 4. Сборка пиротехнической части модели-копии ракеты «Восток»

ГЛАВА VI. АЭРОДИНАМИКА И УСТОЙЧИВОСТЬ МОДЕЛЕЙ РАКЕТ § 1. Аэродинамическая сила и ее составляющие § 2. Устойчивость моделей ракет в полете

ГЛАВА VII. ЛЕТНЫЕ КАЧЕСТВА МОДЕЛЕЙ РАКЕТ § 1. Идеальная скорость модели ракеты § 2. Формула К. Э. Циолковского § 3. Действительная скорость модели ракеты § 4. Высота полета модели ракеты § 5. Изменение параметров траектории полета модели ракеты в зависимости от времени работы двигателя § 6. Ускорение модели ракеты § 7. Истинное ускорение модели ракеты § 8 Скорость многоступенчатых моделей ракет § 9. Расчет высоты полета модели-копии ракеты-носителя космического корабля «Восток»

      ПРЕДИСЛОВИЕ       Книга Е. Л. Букша «Основы ракетного моделизма» является еще одним ценным вкладом в литературу о малой ракетной технике. В ней автор постарался обобщить свой большой опыт постройки моделей ракет и двигателей для них.       Советский ракетный моделизм начал развиваться одновременно с большой ракетной техникой. Он родился в те годы, когда в Ленинграде была организована Газодинамическая лаборатория, где энтузиасты ракетной техники построили и успешно испытали первый отечественный жидкостный ракетный двигатель ОРМ-1, а в Москве начала работать под руководством С. П. Королева группа по изучению реактивного движения — ГИРД- В 1932 году приказом председателя Центрального совета Осоавиахима на ГИРД было возложено руководство развитием ракетного моделизма в СССР. И Е. Л. Букш, являющийся пионером ракетного моделизма, еще в те годы устанавливает тесную творческую связь с ГИРДом, а затем с реактивной секцией Военно-научного комитета Центрального совета Осоавиахима, которая продолжила начатую ГИРДом работу по научно-технической пропаганде ракетной техники и теории космических полетов.       За прошедшие четыре десятилетия Е. Л. Букш воспитал сотни энтузиастов ракетного моделизма, вовлек в этот увлекательный технический вид спорта тысячи юных техников, разработал многие образцы двигателей для моделей ракет, которые успешно применяются юными ракетостроителями.       Конструкции моделей ракет, описанные в этой книге, надо рассматривать как модели, которые широко использовались в течение ряда лет в школьных кружках и станциях юных техников. Они могут послужить примером для дальнейшего проектирования моделей подобного типа.       Глава о двигателях моделей ракет представляет собой оригинальную работу, связанную с собственными разработками автора, и дана достаточно подробно.             Некоторые главы книги написаны недостаточно полно, но в целом она может послужить хорошим руководством для тех, кто ведет кружки ракетного моделизма в школе, пионерском лагере, на детской технической станции, и для самостоятельной работы начинающих ракетостроителей.       Председатель Комитета космонавтики ДОСААФ СССР генерал-майор Н. А. ЖЕМЧУЖИН             ОТ АВТОРА       Наша страна достигла выдающихся успехов в изучении космоса. Искусственные спутники Земли, полеты ракетных аппаратов к планетам солнечной системы, полеты автоматических станций на Луну, полеты в космос летчиков-космонавтов и другие достижения советской космической науки приводят в восхищение все прогрессивное человечество.       На мой взгляд, одним из факторов, способствующих нашему прогрессу в исследовании космоса, является и ракетный моделизм, который был и остается важным средством пропаганды ракетной техники, играет свою роль в подготовке будущих конструкторов, инженеров, техников космических кораблей и летчиков-космонавтов.       С началом космической эры ракетный моделизм получил в нашей стране еще более широкое распространение. Им особенно увлекается учащаяся молодежь в средних школах, техникумах и профтехучилищах. Возникло множество кружков ракетного моделизма. А при некоторых спортивно-технических клубах ДОСААФ и станциях юных техников имеются даже лаборатории, где готовятся и испытываются ракетные модели.       Цель этой книги — помочь юношам и девушкам «грамотно строить» модели ракет. Поэтому здесь, по возможности элементарно, излагаются те основы ракетного моделирования, без которых в наше время трудно добиться серьезного успеха в соревнованиях на высоту и продолжительность полета.       Особое внимание в книге уделено вопросам устойчивости полета модели ракеты. Устойчивость — весьма важный фактор. Можно сделать отличную модель, но если неправильно расположить центр тяжести относительно центра давления, то модель в воздухе начнет кувыркаться.       На какую высоту взлетит модель ракеты? Этот вопрос всегда волнует каждого моделиста-ракетчика. Тем более важен он для моделиста-спортсмена. И на этот вопрос читатели найдут ответ на страницах книги.       В книге подробно говорится также о главнейших факторах, влияющих на полет модели ракеты, дается обзор отечественных модельных ракетных двигателей на твердом топливе (РДТТ) и их характеристики, приводятся примеры расчетов траектории полета модели ракеты, рассказывается, как определить высоту полета на активном и пассивном участках. Кроме того, приводится также элементарный вывод формулы К. Э. Циолковского, по которой можно рассчитать скорость полета модели.       Конечно, в небольшой по объему книге, рассчитанной в основном на учащуюся молодежь, нельзя полностью охватить все вопросы ракетного моделизма. Поэтому для более глубокого изучения ракетного моделизма и связанных с ним технических проблем следует обращаться к другим пособиям. Заранее выражаю признательность читателям за все пожелания и замечания.                   Глава I. МОДЕЛИ РАКЕТ       Каждая действующая модель ракеты состоит из собственной конструкции, двигателей и систем (системы спасания, выброса-парашюта и т. д.).       Конструктивной основой ракетного моделизма является модель ракеты. Она же является в своем одноступенчатом варианте простейшей моделью, с которой начинают все ракетомодели-сты. Поэтому знакомство с моделями ракет начнем с одноступенчатой модели ракеты, изготовление которой доступно в пионерском лагере, в любом модельном кружке, на уроке труда в школе.             § 1. МОДЕЛЬ ОДНОСТУПЕНЧАТОЙ РАКЕТЫ       Модель одноступенчатой ракеты (ее называют обычно «пионерской») (рис. 1) состоит из конусной 1 и цилиндрической 2 частей обтекателя, корпуса модели ракеты 3 и оперения — стабилизаторов 5.       Оснащение модели ракеты: ракетный двигатель 10, корпусом которого является охотничья гильза 12-го калибра, парашют 8, пыж 9 и два направляющих кольца.       Конусную и цилиндрическую части обтекателя делают из писчей бумаги. Формат бумаги смазывают клеем и навивают в два оборота на оправку 13. Конусную часть обтекателя можно изготовить также из дерева или пластмассы. Чтобы на обтекателе не было неровностей, его полируют. Следует учесть, что диаметр цилиндрической части обтекателя должен быть несколько больше диаметра корпуса, чтобы его можно было свободно надевать и снимать. Это обеспечивает свободный выброс парашюта.       Корпус модели ракеты делают из писчей бумаги. Формат листа смазывают клеем и плотно навивают на оправку в два-три       оборота. С целью надежного приклеивания стабилизаторов на один из концов готового высушенного корпуса в 5 — 6 оборотов наклеивается бумажная лента шириной 25 — 28 мм.       Стабилизаторы модели представляют собой четыре пластины, вырезанные из фанеры или прочного картона, толщиной не более       Нольцо старт-стержня       Рис. 1. Модель одноступенчатой ракеты:       1 — конусная часть головного обтекателя; 2 — цилиндрическая часть головного обтекателя; 3 — корпус модели ракеты; 4 — лента, увеличивающая толщину кормовой части модели ракеты; 5 — стабилизатор; 6 — опорный шпангоут головного обтекателя; 7 — стропы парашюта; 8 — парашют; 9 — пыж; 10 — микро-РДТТ; 11 — пороховая шашка микро-РДТТ; 12 — стапель для сборки корпуса со стабилизаторами: 13 — оправка       2 мм. Не разрешается делать стабилизаторы из металла. Неровности зачищают наждачной бумагой сначала одновременно на всех пластинах, а затем на каждой в отдельности. Зачистку делают до получения совершенно гладкой поверхности. Размер и вес стабилизаторов должен быть одинаковым, а их ребра должны всей поверхностью прилегать к корпусу модели ракеты.       Для точной установки стабилизаторов на корпусе модели используют предназначенный для этой цели сборочный инструмент — оправку и фиксатор 12. Просохший корпус надевают на фиксатор тем концом, где наклеена бумажная лента. Через щели фиксатора в корпусе модели ракеты ножовкой делают пропилы. Их глубина — не более 1 мм. В эти пропилы вклеивают стабилизаторы. Клей можно использовать казеиновый, столярный, канцелярский, эмалит. После просушки стабилизаторов корпус модели ракеты снимают с фиксатора уже с оперением. Целесообразно одновременно со стабилизаторами приклеить и направляющие кольца. Одно кольцо крепят в нижней части модели ракеты, а второе — немного ниже обтекателя.       После тщательной зачистки корпуса модели ракеты можно приступить к ее окраске. Модель окрашивают преимущественно в яркие цвета. Хорошо выглядит модель, окрашенная серебром.       Парашют делают из легкой ткани (шелк, перкаль) или папиросной бумаги. Его диаметр — не более 300 мм, количество строп не менее 6 штук, длиной каждая 300 — 400 мм. Все стропы соединяются в общий узел, который оканчивается прочной ниткой (фалой) для крепления к корпусу модели ракеты. Фала крепится у верхнего конца корпуса модели ракеты и находится обычно под крышкой обтекателя. Рекомендуется также при помощи нитки длиной 50 — 60 мм прикрепить к корпусу модели ракеты и сам обтекатель, чтобы не потерять его после пуска.       Затем приступают к снаряжению ракеты.       В готовый и окрашенный корпус модели ракеты вставляют ракетный двигатель со стороны оперения так, чтобы он вошел до конца. Ракетный двигатель должен прочно держаться в корпусе модели ракеты, что важно для срабатывания парашюта в наивысшей точке полета. Со стороны передней части модели ракеты вставляют войлочный пыж и доводят его до ракетного двигателя. Затем вкладывают парашют. Поверх него укладывают стропы и надевают обтекатель.       Для запуска модели ракеты надо подготовить пусковое устройство. Простейшее пусковое устройство можно сделать, укрепив в землю или на какую-либо подставку проволоку диаметром 6 мм и длиной 1000 — 1500 мм. Пусковую проволоку устанавливают вертикально или с легким наклоном с учетом направления ветра. Запуск моделей ракет без направляющих устройств «Правилами ФАИ» не разрешается, так же, как и запуск без дистанционного электрического воспламенения двигателя.       Действующая модель трехступенчатой ракеты выполняется целиком из бумаги. На рис. 2 показан общий вид модели ракеты типа «Стрела» и ее детали. Модель состоит из трех ступеней и обтекателя. Снаряжение модели ракеты — ракетные двигатели, корпусом которых являются охотничьи гильзы 12-го калибра.       Для изготовления модели ракеты применяется тот же специальный инструмент, что и для других типов схематических моделей ракет. Технология изготовления та же, что для одноступенчатой модели.       Конусную часть и поясок обтекателя (рис. 3) делают из по-луватманской бумаги в 2 оборота. В обтекатель вставляют картонный шпангоут (кружок), дослав его до основания конуса обтекателя (ограничителя).       Изготовление стабилизаторов не представляет трудностей, однако требует аккуратности. Материалом для них служит главным образом 2-мм фанера, реже — пластмасса или липа. Делать их из металла запрещается.       Выпиленные лобзиком стабилизаторы обрабатывают сначала одновременно по контуру, а затем каждый в отдельности. Грани стабилизаторов округляют и делают обтекаемыми.       Отдельные ступени модели ракеты, выполненные в соответствии с указанными на чертеже размерами, собирают попарно, т. е. трубку 2-а вводят на клею в трубку 2-6, трубку 3-а — в трубку 3-6, трубку 4-а — в трубку 4-6, Делая сборку, необходимо расположить трубки, как показано на чертеже. Чтобы не допустить ошибки, рекомендуется окончательную сборку всех ступеней модели производить со вставленными пустыми гильзами, предварительно обрезав их на длину 60 мм.       Все три ступени в сборе надевают со стороны первой ступени на фиксатор и с его помощью на корпусе модели ракеты размечают места приклеивания стабилизаторов. Чтобы надежнее приклеить стабилизаторы к корпусу модели ракеты, по разметкам острым ножом делают канавки длиной 159 мм и шириной 2 мм. Их глубина должна быть не более 1 мм. Канавку заполняют клеем, им смазывают также ребро стабилизатора. Затем стабилизатор вставляют в щель фиксатора и прижимают ребром к канавке. При этом надо следить, чтобы его нижнее ребро было прижато к столу, на котором производится сборка. На время сушки пластины следует прижать к корпусу модели ракеты резинкой.       Когда клей высохнет, корпус модели ракеты с приклеенными стабилизаторами снимают с фиксатора. Затем каждую пластину в зависимости от ступени размечают карандашом по специальному шаблону и по разметке разрезают лобзиком. Шаблоны приготавливают заранее. Их конфигурация показана пунктиром на       Рис. 2. Трехступенчатая модель ракеты «Стрела»       рис. 3. Для сборки и разборки модели ракеты помечают начальное положение ступеней.       Готовый и хорошо просушенный корпус модели ракеты тщательно зачищают мелкой наждачной бумагой, затем покрывают бесцветным лаком. Красить модель рекомендуется в яркие цвета, чтобы отдельные ее ступени было легче отыскать после старта.       Снаряжение модели ракеты производят в следующем порядке.       Рис, 3. Детали модели ракеты «Стрела»       В корпус первой ступени помещают ракетный двигатель, затем в корпус второй ступени помещают двигатель со вставленным в сопло отрезком стопина (специальным воспламеняющим средством) и в корпус третьей ступени также помещают ракетный двигатель со вставленным отрезком стопина. Снаряженные ракетными двигателями ступени соединяют по меткам и приступают к оснащению модели ракеты парашютом.       Чтобы предохранить парашют от газов вышибного заряда, в корпус третьей ступени модели ракеты вкладывают войлочный пыж, дослав его до ракетного двигателя. Затем парашют прикрепляют одним концом фалы к корпусу модели ракеты и укладывают так, чтобы стропы располагались поверх него и были обращены в сторону обтекателя. Уложив парашют, который должен легко входить в корпус ракеты, устанавливают направляющие кольца и надевают обтекатель.       После срабатывания своего ракетного двигателя первая ступень отделяется, включая двигатель второй ступени. Модель ракеты продолжает наращивать скорость и отделяет вторую ступень после срабатывания ее двигателя, включая двигатель третьей ступени. Когда модель ракеты потеряет скорость, выбрасывается парашют.       Чтобы при срабатывании парашюта обтекатель модели ракеты не терялся, его по «Правилам ФАИ» закрепляют ниткой длиной 80 мм. Старт производится так же, как и старт одноступенчатых моделей ракет, с соблюдением всех правил техники безопасности.       Конструкция этой трехступенчатой модели ракеты позволяет дополнительно оснастить ее каким-либо прибором, например простейшим гироскопическим устройством для лучшей стабилизации модели ракеты в полете и т. п. Большой интерес представляют радиоуправление полетом модели ракеты и ее старт по радио. Юные техники-радисты могут поработать над созданием миниатюрного радиоприемника, используя достижения современной техники полупроводников.             § 3. МОДЕЛЬ МИКРОРАКЕТЫ       Модель микроракеты (рис. 4) можно использовать как самостоятельную модель для учебных полетов и опробывания двигателей с наружным диаметром 12 мм, а также как верхнюю ступень моделей, описанных выше.       Модель имеет стартовый вес 15 г, на нее устанавливают ракетный двигатель типа ДБ-З-СМ-1,25. Корпус модели ракеты выполняют из писчей бумаги в два слоя на оправке диаметром 12 мм, а обтекатель — из дерева, лучше из липы. Обтекатель делается с внутренним центральным отверстием для загрузки и крепится к корпусу модели ракеты ниткой длиною 100 мм. Парашют диаметром 150 мм и длиною строп 200 мм изготавливают из миколентной бумаги, направляющие кольца — из бумаги.       Готовый корпус модели ракеты тщательно зачищают мелкой наждачной бумагой и окрашивают цветным нитролаком. Вместо       Рис. 4. Модель ракеты с микродвигателем диаметром 12 мм       окраски модель можно обтянуть миколентной бумагой и после нанесения тонкого слоя эмалита отполировать.             § 4. СТАРТОВЫЙ УСКОРИТЕЛЬ       Стартовый ускоритель предназначается для разгона модели ракеты и вывода ее на определенную высоту с максимальной скорости в конце активного участка. Стартовый ускоритель (рис. 5) представляет собой обойму 15 со вставленными в нее шестью двигателями 17.       Корпус ускорителя состоит из следующих частей: втулки, выполненной на токарном станке из липы (рис. 6, разрез с — с), диска рамы ускорителя (рис. 5,4) из 5-мм фанеры, рамы двигателей 7, 14 также из 5-мм фанеры и корпуса ускорителя 15, сделанного из ватманской бумаги в два оборота на клею.       Конусную втулку ускорителя со стороны нижнего основания склеивают с диском рамы ускорителя. После просушки втулку со стороны нижнего основания размечают по окружности на четыре части и на ее корпусе проводят осевые линии. По разметке на корпусе втулки до диска 4 делают ножовкой пропилы шириной, равной толщине стабилизаторов.       Два одинаковых диска рамы с семью отверстиями монтируют в корпус стартового ускорителя и скрепляют при помощи клея. Располагаться отверстия должны напротив друг друга, а ось каждой пары отверстий должна быть параллельна главной оси ускорителя. Последней операцией является соединение корпуса ускорителя с конусной втулкой. Диск на клею вводят в корпус на 5 мм. Назначение седьмого центрального отверстия в ускорителе специальное. В него металлической частью вверх вставляют бумажную гильзу 12-го калибра с уложенным в нее парашютом, который предназначен для безаварийной доставки ускорителя на землю.       Гильза с парашютом имеет следующее устройство.       В отверстие металлической оправы вставляют ОПШ (огнепроводный шнур или, как его называют, бикфордов шнур) длиной 10 мм. Чтобы шнур очень прочно держался в отверстии гильзы, его лучше вставить на клею. Клей не должен попасть на горючее (пороховую мякоть), иначе может быть отказ в передаче огня. Затем в гильзу засыпают 1 г черного зернистого пороха, вкладывают картонный пыж толщиной 1 мм, а поверх него — шелковый парашют с шестью стропами. Его диаметр 200 мм, длина строп не менее 500 мм. Поверх парашюта укладывают еще один картонный пыж толщиной 1 мм.       Вставленные снизу в обойму ускорителя двигатели стандартного типа должны прочно держаться. В верхнюю часть двигателей подсыпают 2 — 3 г пороховой мякоти, которая предназнача-       ется для одновременного воспламенения двигателя модели ракеты верхней ступени и ОПШ парашюта, а также для отделения ускорителя от системы. Парашют должен открыться через одну секунду после отделения ускорителя от модели ракеты.       Рис. 5. Модель ракеты со стартовым ускорителем:       1 — головной обтекатель; 2 — пороховая мякоть; 3 — стабилизаторы; 4 — рама ускорителя; 5 — ¦ дно микро-РДТТ; 6 — пороховая шашка микро-РДТТ; 7 — рама двигателей ускорителя; 8 — воспламенитель; 9 — корпус модели ракеты; 10 — огнепроводный шнур; 11 — кормовой конус модели ракеты; 12 — микро-РДТТ модели ракеты; 13 — пазы ускорителя для стабилизаторов модели ракеты; 14 — рама двигателей ускорителя; 15 — корпус ускорителя; 16 — поддон пирокреста; 17 — микро-РДТТ ускорителя; 18 — парашют системы спасения ускорителя; 19 — Электропроводка к воспламенителю; 20, 21 — направляющие кольца       Рис. 6. Детали модели ракеты со стартовым ускорителем             § 5. СНАРЯЖЕНИЕ ВЕРХНЕЙ СТУПЕНИ МОДЕЛИ РАКЕТЫ       Модель ракеты верхней ступени имеет обойму диаметром 20,5 мм и позволяет использовать двигатели стандартного типа.       В корпус модели ракеты верхней ступени помещают парашют и миниатюрный радиоприемник на полупроводниках, конструк-       дию которого предлагается ракетомоделистам разработать самостоятельно. Размеры модели ракеты верхней ступени позволяют разместить небольшой по размеру и легкий по весу радиоприемник, работающий хотя бы по одной команде (например, по команде с земли раскрыть парашют).       Двигатель верхней ступени модели ракеты должен быть включен своевременно, пока модель еще движется по инерции с достаточной скоростью, в противном случае она может отклониться от заданного направления. Многие юные строители моделей ракет, вероятно, убеждались при постройке двух- и трехступенчатых моделей, к чему приводит несвоевременная передача огня на очередную ступень. В этом случае модель ракеты сбивается с курса.       Мгновенную передачу огня в двигатель последующей ступени обеспечивают огнепроводные бумажные трубки, в которых заключено по две нитки стопина. Эти трубки применяют в случае, если очередной двигатель находится на некотором удалении от двигателя нижней ступени.             § 6. МОДЕЛЬ-КОПИЯ РАКЕТЫ-НОСИТЕЛЯ КОСМИЧЕСКОГО КОРАБЛЯ «ВОСТОК»       Модель-копия ракеты-носителя корабля-спутника «Восток» (рис. 7) в масштабе 1 :50 впервые была сделана в декабре 1967 г. студентом Куйбышевского авиационного института Михаилом Кулашевым. После многих весьма удачных полетов этой модели-копии ее одноступенчатый вариант повторили многие ра-кетомоделисты.       Материалом для модели служат: ватманская бумага, картон, пенопласт, деревянные бруски и другие материалы.       Двигатели боковых блоков (рис. 8, 12) ставятся под углом к оси модели ракеты, чем достигается точное центрирование двигателей первой ступени (ускорителей) и уменьшается влияние неизбежных колебаний тяги связки двигателей. Основные осевые нагрузки воспринимаются центральной несущей трубой 4, служащей одновременно для подачи теплового импульса на вышибной заряд 17 спасательного устройства (парашюта), находящегося в головной части модели ракеты.       Труба служит удобным центрирующим элементом при сборке модели. Основное требование, предъявляемое к трубе, — повышенная прочность. Толщина стенки трубы делается не менее 1 мм. Это дает возможность остальные элементы корпуса модели выполнить в один оборот ватманской бумаги, что значительно снижает стартовый вес модели.       Внешнее оформление модели-копии служит целям копийности модели. Ферма 7, соединяющая головную часть модели ракеты       с корпусом второй ступени, выполнена из стрингеров (спичек) сечением 1X1 мм.       В головной части модели ракеты имеются отсеки: для парашюта 9 и загрузки полезным грузом 10. Размер парашюта должен быть не менее одного метра в диаметре.       Загрузка полезным грузом или балластом (дробью) должна обеспечивать положение центра тяжести модели в соответствии с чертежом. Для обеспечения жесткости конструкции головной части модели ракеты ее корпус может быть выполнен в несколько слоев ватмана.       Чтобы обеспечить необходимую форму и жесткость конструкции модели-копии и облегчить ее сборку, в конструкцию входит комплект картонных шпангоутов круглой формы. Толщина шпангоутов 0,8-И мм. При сборке модели следует особое внимание уделить соблюдению соосности всех элементов конструкции.       Собирать модель начинают с отдельных блоков боковых ускорителей, блоков головной части, переходных конусов и т. д. Затем собирают центральную часть. Все блоки центральной части одевают на главную несущую трубу. После тщательной установки по чертежу к переходной ферме приклеивают головную часть модели ракеты (третью ступень). Затем строго симметрично укрепляют четыре блока ускорителей. В нижней части боковых ускорителей наклеиваются теплоотражатели, сделанные из алюминиевой фольги. Это делается как по соображениям копийности, так и для предохранения нижней части модели ракеты от обгорания в первый момент старта.       Старт модели-копии ракеты-носителя космического корабля «Восток» производит большое впечатление. Начало старта соответствует старту оригинала. Модель ракеты после подачи импульса на двигатели стоит на пусковом устройстве, все пять двигателей работают, и только через некоторое время модель ракеты медленно начинает свое движение по направляющей. При сходе с направляющей модель с нарастающим ускорением устремляется в зенит.       Настоящая модель-копия ракеты-носителя «Восток», как указывалось выше, была построена в одноступенчатом варианте. Боковые блоки (первая ступень) в полете не отделялись.       Рис. 7. Модель ракеты-носителя космического корабля «Восток»       Рис. 8. Компоновка модели ракеты-носителя космического корабля «Восток»:       1 — боковой ускоритель первой ступени; 2 — центральный блок второй ступени; 3 — нитка стопина; 4 — центральная силовая труба; 5 — конус центрального блока; 7 — ферма; 8 — корпус третьей ступени; 9 — парашют системы спасения модели; 10 — загрузка; 11 — головной обтекатель; 12 — микро-РДТТ       первой ступени; 13 — стабилизатор; 14, 15 — шпангоуты бокового ускорителя; 16 — рулевое сопло; 17 — пороховая навеска системы спасения       Однако вторая ступень работала, хотя и непродолжительное время.       В настоящее время уже разработаны варианты трехступенчатой модели ракеты-носителя космического корабля «Восток». Так, например, М. Ф. Кулашевым проведен ряд последовательных экспериментов. Конструктор запускал отдельно вторую ступень в сочетании с третьей. Запуск производился без стабилизаторов, устойчивость трубы сохранялась только за счет центровки.             § 7. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ДЕЙСТВУЮЩАЯ МОДЕЛЬ КОСМИЧЕСКОЙ ОРБИТАЛЬНОЙ СТАНЦИИ       Создание научно-исследовательских лабораторий в космосе, в которых могли бы плодотворно работать исследователи, — задача космической науки и техники.       Большинство существующих проектов создания космических орбитальных станций предусматривают доставку на орбиту отдельных частей станции при помощи специальных многоступенчатых ракет и последующую сборку их на орбите. Интересна также мысль о сборке космической станции на Земле и выводе ее на орбиту в готовом виде.       Естественно, что для моделистов приемлем лишь этот вариант, так как ни на какую орбиту, да еще по частям, они ничего выводить не могут. Постройка же моделей орбитальных космических станций возможна и представляет для моделистов большой интерес.       Первая модель космической орбитальной станции была сконструирована и испытана в 1970 г. инженером М. Ф.       Кулашевым. На рис. 9 показан внешний вид этой модели.       KOHEЦ ФPAГMEHTA КНИГИ

 

sheba.spb.ru

Расчет характеристик и проектирование модельного ракетного двигателя Текст научной статьи по специальности «Общие и комплексные проблемы технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства»

УДК 629.036

РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК И ПРОЕКТИРОВАНИЕ МОДЕЛЬНОГО

РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Д. Е. Галактионов, В. О. Шевчугов Научный руководитель - В. В. Кольга

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: Den_Galakt95@mail.ru

Представлен алгоритм расчета характеристик твёрдотопливного модельного ракетного двигателя. Приведены результаты испытаний нескольких прототипов двигателей на тягоиз-мерительном стенде и полученные результаты были сопоставлены с теоретическими результатами.

Ключевые слова: модельный ракетный двигатель, твердое топливо, тяга, эффективная скорость истечения.

CALCULATION OF CHARACTERISTICS AND DESIGN

OF A MODEL ROCKET ENGINE

D. E. Galaktionov, V. O. Shevchugov Scientific Supervisor - V. V. Kolga

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: Den_Galakt95@mail.ru

The article presents an algorithm for calculating the characteristics of a solid-fuel model rocket engine. The results of tests of several prototypes of engines on a load-measuring stand are presented and the results obtained were compared with theoretical results.

Keywords: model rocket engine, solid fuel, thrust, effective exhaust velocity.

В настоящее время ракетное моделирование является перспективным направлением в космонавтике, так как по полету модели ракеты можно понять и изучить процесс полета настоящих ракет. Модельный ракетный двигатель (МРД) является неотъемлемой частью модели, так как он создает реактивную силу и приводит ракету в движение. Сегодня в нашей стране производится около 20 МРД с тягой от 14 до 330 ньютон, однако их габариты относительно велики и стоимость двигателя высока. Вследствие чего среди моделистов возникает потребность в самостоятельном изготовлении двигателя.

Целью данной работы является проектирование, расчет и создание модельного ракетного двигателя на твердом топливе, а также его испытание на стенде.

В процессе создания модельного ракетного двигателя необходимо решить ряд проблем. Одной из наиболее острых проблем среди моделистов МРД является расчет тяги проектируемого двигателя. В настоящий момент, в большинстве случаев, параметры мрд среди любителей определяются экспериментально. Для решения данной проблемы был разработан алгоритм и написана программа расчета тяги двигателя по заданным геометрическим параметрам двигателя [1-3].

В алгоритме расчета принимаются следующие допущения:

- топливная шашка однородна

- эффективная скорость истечения постоянна в процессе работы двигателя

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2017. Том 1

- скорость горения топлива постоянна в процессе работы двигателя и одинакова во всех направлениях.

Рис. 1. Топливная шашка: Б - внешний диаметр шашки; ёо - начальный диаметр канала; ё - текущий диамтер канала; Ь - длина шашки; /о - начальная длина канала; / - текущая длина канала; ¥г - скорость горения

Учитывая данные допущения, текущее значение массы сгоревшего топлива можно описать зависимостью (1)

^ %С12 I Л^о I ^

т = р

сгт Г

(1)

где р - плотность топлива, г/мм3. ё; / - текущее значение диаметра, и длинна канала соответственно; ёо и /о - значение диаметра и длинны канала в начальный момент времени.

Текущее значение диаметра и длины канала можно описать зависимостями (2) и (3) соответственно.

(2)

ё = ё0 + 2¥тг,

/ = /0 + V • I.

(3)

Подставив (2) и (3) в (1) и продифференцировав полученное, получим значение массового расхода топлива:

^ = (^ + /о ] + Ц + /о) + 3Л ¥г¥

Л

(4)

Зная массовый расход, и задавшись некоторой эффективной скоростью истечения, можем определить значение пустотной тяги в любой момент времени по зависимости (1.5).

Р =Р

ж/о¥г ^^ + /о ^ + 2лГг^(ёо + /о) + 3 л¥^12

•®в.

(5)

По зависимостям (1)-(5) программа производит расчет тяги в любой момент времени, а также строит график теоретической зависимости тяги от времени.

Для сравнения теоретических расчетов с практическими значениями тяги двигателя, был спроектирован модельный ракетный двигатель (рис. 2).

На данный момент, созданы несколько прототипов двигателей, которые были испытаны на тягоизмерительном стенде. Определены фактическая скорость горения двигателя, значение которой составляет 6,8 мм/с и фактическая скорость истечения, которая составила 640 м/с.

П5

ШЖ х ШШ7ШШ 7Ш

Рис. 2. Двигатель:

1 - корпус; 2 - сопловой блок; 3 - эпоксидная смола; 4 - топливная шашка; 5 - задняя стенка

График теоретической и практической тяги представлены на рис. 3.

Рис. 3. График зависимости теоретической и практической тяги от времени

Таким образом, был разработан алгоритм расчета МРД, написана программа для его расчета. Как видно из представленных данных, теоретические расчеты близки к практическим данным. Полученная программа позволяет за короткое время спроектировать двигатель с заданными характеристиками, тем самым сэкономив материальные ресурсы, необходимые для практических испытаний, также позволяет использовать расчеты в других программах, чтобы смоделировать полет ракеты.

Библиографические ссылки

1. Алемасво В. Е., Дрегалин А. Ф., Тишин А. П. Теория ракетных двигателей : учеб. пособие / под ред. В. П. Глушко. М. : Машиностроение, 1989. 464 с.

2. Горский В. А., Кротов И. В. Ракетное моделирование. М. : ДОСААФ, 1973. 193 с.

3. Тестоедов Н. А., Кольга В. В., Семенова Л. А. Проектирование и конструирование баллистических ракет и ракет носителей : учеб. пособие / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2014. 308 с.

© Галактионов Д. Е., Шевчугов В. О., 2017

cyberleninka.ru

Пороховой двигатель для модели ракеты своими руками

Юный моделист-конструктор 1963 №5

Для модели ракеты вам требуется изготовить пороховой двигатель. Для такого двигателя удобно использовать картонную ружейную гильзу 12-го калибра под капсюль «Жевело». Внутрь гильзы набивается смесь дисперсной серы, калийной селитры и древесного угля. Вместо древесного угля можно использовать угольные таблетки «Карболен».

Приготовление смеси и набивка ею патрона является самой сложной операцией при изготовлении модели ракеты. Каждая из составных частей этой смеси в отдельности не опасна^ Так, например, селитра не горит, а сера и уголь горят очень медленно. Если же эти вещества смешать, то их свойства к воспламенению изменяются. Нам надо приготовлять смесь с большим содержанием угля,

иначе она может вспыхнуть от малейшей искры. Необходимо помнить, что запуск моделей ракет — дело совершенно безопасное лишь в том случае, если вы строго соблюдаете все правила приготовления заряда двигателя и его запуска при старте модели. О них вы узнаете из этой статьи.

Смесь для двигателя модели ракеты должна состоят из 75 г селитры, 12 г серы и 35 г угля. Предварительно, до смешивания, все компоненты должны быть тщательно размельчены в порошок в фарфоровой ступке либо в кожаном мешочке. Образовавшийся порошок следует просеять через мелкое сито. Чем мельче крупинки составных частей, тем полнее будет использоваться энергия топлива для полета ракеты.

Начинать приготовление заряда надо с угля, а затем готовить селитру и серу. Уголь и селитра обладают способностью впитывать влагу, поэтому готовый состав следует хорошо просушить до сыпучести и сохранять в сухом месте. Когда подготовка отдельных составных частей закончена, можно приступать к взвешиванию и смешиванию. Взвешивать полученный порошок каждой состав-нон части надо на аптекарских весах и подгонять вес составных частей в соответствии с указанным выше весом (75, 12, 35 г). После взвешивания смесь тщательно перемешивается на листке бумаги, пока весь состав не будет однороден. Затем перед набивкой эту смесь смачивают спиртом (на каждые 100-150 г смеси 3-5 г спирта). Сухой, не смоченный спиртом состав не следует употреблять в дело. После смачивания спиртом смесь тщательно перетирается и перемешивается. При изготовлении смеси нельзя спешить. При этой операции надо особенно строго соблюдать все меры предосторожности и особенно порядок выполнения работ.

Для того чтобы приготовленной смесью набить гильзу, необходимо заготовить следующие приспособления: штырь (рис. 1), матрицу (рис. 2), фиксатор (рис. 3), молоток весом 400 г, два набойника — один с отверстием (рис. 4, справа), другой без него (слева) и охотничью «закрутку» (рис. 6). Закрутку можно купить в магазине охотничьих принадлежностей. В матрицу вставляется гильза, в которую снизу вводится штырь, закрепляющийся в матрице фиксатором. Поверхность верхней шпильки штыря должна быть тщательно обработана и отшлифована, так как иначе канал в заряде двигателя может осыпаться. Нижняя шпилька стержня вставляется в массивный деревянный чурбак или пень. В гильзу надо засыпать 2-3 г смеси. Затем взять набойник с отверстием (рис. 4, справа), вставить его в гильзу и 15-20 раз ударить по нему молотком; причем вначале нанести 3-4 слабых удара, чтобы вышел воздух, находящийся в составе, а затем более сильные. Примерное размещение всех приспособлений и деталей для сборки двигателя показано на рисунке 5. Чтобы набивка получилась одинаковой плотности, количество ударов молотка по набойнику на каждую засыпку должно быть одинаковым. Пользуются набойником с отверстием лишь до тех пор, пока не утоплена шпилька штыря. Как только уплотненная смесь полностью закроет шпильку штыря, надо продолжать набивку набойником, по уже без отверстия. Состав смеси запрессовывают в гильзу так, чтобы он не доходил до краев на 10 мм. На запрессованный состав накладывается картонный пыж с отверстием 4-5 мм в центре.

Гильза извлекается из матрицы. Для этого вынимается фиксатор, а затем с лёгким поворотом вниз убирается штырь и снимается матрица с гильзы. После этого гильзу вставляют в закрутку и заправляют. При этом пыж прижимают сверху, а кромки гильзы загибают внутрь пробкой закрутки. Эта пробка опускается на винте. Двигатель готов.

Несколько слов о запуске порохового ракетного двигателя. Для воспламенения состава, находящегося внутри гильзы, надо применять электровоспламенитель, или, как его называют, электрозапал. Простейший электрозапал состоит из низковольтного трансформатора, проводов, зажимов и вилки (рис. 8). Тонкая проволока, способная накаливаться докрасна, вводится в канал двигателя. Включается ток, и двигатель начинает работать. Расстояние от стартующей ракеты до включателя тока должно быть не меньше 10м. На площади этого радиуса перед стартом никого не должно быть. Если нельзя подключить переменный ток, то можно сделать батарейный электрозапал. На рисунке 9 изображена схема устройства электрозапала с контрольной лампочкой для проверки цепи и с миниатюрным рубильником.

Источник: http://the-mostly.ru/misc/powder_engine.html

а | б | в | г | д | ж-и | к | л | м | н | о | п | р-с | т-у | ф-ц | ш-я

Состав №1: 60% (9KNO3) + 30% (9СОРБИТА) + 10%(9S)9 — более высокая пластичность

Состав №2: 63% (KNO3) + 27% (СОРБИТА) + 10%(S) — максимальная удельная тяга

Это ракетное топливо является новой и значительно более усовершенствованной разновидностью сорбитового топлива. Его более высокая скорость горения и высокий удельный импульс, позволяют использовать его как в средних, так и в больших ракетных двигателях. Разработано оно было мною недавно, т.е. доработано, т.к. использовать сорбит в качестве связующего придумал не я. Однако подобные ему составы были опубликованы на некоторых веб-страничках Интернета. Но они так и не стали популярными среди ракетостроителей. И я думаю, что вы знайте почему.

В состав нового сорбитового топлива входит сера, которая участвует в реакции горения:

На самом деле реакция протекает по более сложному механизму, по окислительно-восстановительным свойствам элементов можно утверждать, что в самом начале, реакция будет протекать именно по простому механизму, а уже потом продукты реакции будут взаимодействовать между собой, давая уже другие соединения . Правильное соотношение компонентов обеспечивает высокую эффективность этого топлива. Данное топливо обладает сравнительно высокими энергетическими характеристиками. Дело в том, что сера участвует здесь как восстановитель и вытесняет оставшийся атом кислорода из молекулы K2O, вследствие чего увеличивается энергетический выход реакции. К тому же K2S не забирает СO2, как это делает K2O. Выделяющейся энергии хватает на то чтобы сместить равновесие в сторону образования таких низкомолекулярных продуктов, как CO и h3. Это способствует значительному увеличению удельной тяги топлива. Таким образом КПД двигателя в среднем повышается на 15 — 20% (по грубым прикидкам), а может и больше. Так что можно сказать что данное ракетное топливо является достойной заменой пороху и обычной карамели.

Недостатками этого топлива по сравнению с обычным сорбитовым, являются: сложность в изготовлении, низкая пластичность, невозможность заливки состава в корпус двигателя, быстрая скорость затвердевания, при недостаточном нагревании сорбита топливо быстро затвердевает. Опыт показал, что данное топливо хорошо приготавливать и использовать в холодное время года, так как влажность в воздухе значительно ниже, чем в летнее время. Пожалуй самой главной проблемой этого топлива является быстрая скорость затвердевания и невозможность заливки топлива прямо в корпус двигателя. Ещё у этого топлива есть очень неприятная вещь — при недостаточном уплотнении массы внутри топливного заряда образуются пустоты, что сильно сказывается на равномерности горения всего заряда. Проще говоря, структура становится пористой, что способствует возникновению аномального горения — неустойчивое прерывистое горение, вызванное уменьшением подвода тепла к непрореагировавшему топливу, длящееся от нескольких долей до 2 секунд. Особенно эта проблема характерна только для малых двигателей, с зарядом топлива 30 — 35 грамм — запрессовка "Мощной карамели" в такие двигатели — работа весьма кропотливая и сложная, ну а на больших двигателях такая вещь практически не сказывается, т.к относительно всего объёма топлива воздушные пустоты незначительны. Хоть это топливо и быстро затвердевает, но эту проблему можно легко устранить, поставив ёмкость с топливом на разогретую песчаную баню. Это очень удобный способ, ну смотрите не переборщите с температурой, а то сера в топливе расплавится и смесь станет неоднородной.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ

По началу, при его изготовлении, возникали серьёзные проблемы. Трудно было найти баланс между температурой плавления сорбита и температурой плавления серы, а при смешивании расплавов обоих компонентов топливо получалось крайне не однородным. Был рассмотрен вариант с использованием глицерина, чтобы масса сохраняла пластичность длительное время. Но использование глицерина приводило к снижению прочности топливной шашки и повышенной гидроскопичности.

Сорбит при сильном нагревании и последующим охлаждении затвердевает не сразу и сохраняет пластичность достаточно длительное время, которого хватает на заправку 2 — 3 небольших двигателей. Сорбит должен быть разогрет до достаточно высокой температуры (около tкип). Когда я его разогреваю до такой температуры, то он немного дымит, становится прозрачным (слегка желтоватым), и на дне образуются небольшие пузырьки, что свидетельствует о начале кипения.

Перед тем, как вы начнёте плавить сорбит следует заранее приготовить все компоненты.

1. Сначала отвесьте необходимую порцию сорбита и отложите его подальше от места работы

2. Далее вам нужно будет измельчить нитрат калия. Перед помолом его следует тщательно просушить, можно на батарее, но я просушивал в печке при t ≈ 200 0 C, больше этой температуры нельзя, т.к. начинается его плавление и затем разложение. Просушенный нитрат калия легче измельчается и меньше прилипает к стенкам электрокофемолки, нежели влажный. Помол я производил в электрокофемолке где-то секунд 40. Если он прилип к стенкам, то его можно соскоблить ватными палочками или руками, только не голыми, а используя одноразовые перчатки.

3. После помола отвесьте необходимую порцию селитры и поместите в чистую баночку, я использовал пластиковую, т.к. к стеклу он у меня прилипал.

4. Затем вам нужно отвесить серу.

Сера, которая я используется в топливе, содержит уголь в следующем соотношении: 100% (S) + 5% (С) (по массе).

При использовании угля масса образует меньше комочков, становится более рассыпчатой и практически не прилипает к стенкам электрокофемолки во время помола. Однако нужно молоть с перерывами, чтобы сера не расплавилась от излишнего трения. После помола она остаётся сильно наэлектризованной и будет образовывать комочки. Как я заметил, требуется достаточно длительное время, чтобы сера стала рассыпчатой после помола, так что производить её помол следует заранее. (подробнее >>)

5. Только после того, как вы всё отмерили можно плавить сорбит. Для этих целей я использовал мою любимую миниатюрную печь, но когда у меня её не было я обходился плитой. Сорбит помещается в металлическую ёмкость, а лучше в ёмкость из нержавеющей стали (лично я использую кружку из нержавейки, которую я приобрёл в магазине "Всё для рыбалки и охоты") и нагревается до температуры, приближённой к температуре его кипения.

6. Затем в него добавляется мелкоизмельчённый и просушенный нитрат калия (калийная селитра). Перед тем как вы её будете засыпать, хорошенько встряхните пузырёк с селитрой, чтобы она стала более рассыпчатой.

7. Смесь перемешивается до полной однородности. При таком соотношении селитры и сорбита смесь начинает быстро затвердевать, поэтому вам придётся снова разогреть содержимое стакана, до тех пор пока смесь не станет пригодной к перемешиванию.

8. После того как смесь остынет до температуры, которая ниже температуры плавления серы, в неё добавляют саму серу. Температуру можно проверить, бросив небольшое количество серы в выше полученную смесь селитры и сорбита, если температура слишком велика, то сера будет плавиться и образовывать мелкие, блестящие капельки на поверхности. Перемешивать все компоненты нужно очень быстро, чтобы смесь не успела затвердеть.

10. После этого вытащить пластичную массу (желательно использовать одноразовые полиэтиленовые перчатки) ножом или другим металлическим предметом. Смесь также следует соскоблить и со стенок кружки и всё ещё раз перемять руками для большей однородности (использовать полиэтиленовые перчатки!).

Хочу заметить, что топливо начинает быстро затвердевать, поэтому я снова помещаю его кружку и ставлю в прогретую печь, но только уже выключенную, т.к. она сохранила в себе тепло и отлично помогает сохранять температуру расплава топлива и оно не остаётся пластичным достаточно долгое время. В печь можно также положить какие-нибудь теплоёмкие материалы: чистый сухой песок, металлически гайки, гвозди, отлично подойдёт свинец. По мере необходимости кусочки топлива отщипываются от основной массы и тщательно запрессовываются в корпус двигателя.

Производить запрессовку топлива следует малыми порциями, потому что если топливо запрессовывать не под достаточным давлением, то внутри топливной шашки останется много пузырьков воздуха. Как показал опыт для запрессовки лучше использовать графитовую палочку пропитанную парафином, и с отполированным кончиком. Для этих целей так же подойдёт фторопласт, однако топливо всё равно к нему прилипает и желательно иметь по рукой тряпочку с помощью которой вы будете удалять налёт. Все работы желательно проводить в сухом помещении. Как я уже отметил, данное топливо больше подойдёт на изготовление крупных топливных зарядов (от 70г) для больших двигателей.

От автора: Я не знаю, станет ли данное топливо популярным среди ракетостроителей и химиков, но в ходе длительной работы с ним я пришёл, что это единственное мощное топливо, которое можно получить без особого труда, по сравнению с перхлоратным. А более низкое содержание сорбита делают его немного более выгодным в использовании, если конечно у вас сера стоит дешевле, чем сорбит. С первого раза, приготовить его так как надо, у вас не получится, но в ходе длительной работы с ним, вы действительно увидите разницу. Возможно вам покажется, что данный способ изготовления этого топлива небезопасен, но за всю мою практику не было ни одного ЧП, потому что я строго соблюдаю чистоту реактивов и не допускаю попадания веществ, которые воспламеняются ниже 200 0 C. При строгом соблюдении чистоты рабочего места данный способ является сравнительно безопасным.

Внимание! Если у вас есть какие-то замечания, вопросы или предложения по данной теме, просьба сообщить мне об этом.

Источник: http://www.ntpo.com/technologists/model/4.shtml

Модели ракет

Проектировать, строить и запускать модели ракет не просто. Особенно, когда конструктор стремится к достижению наивысших результатов в соревнованиях. Успех спортсмена во многом зависит от правильного выбора двигателя для модели. Еще один шаг к достижению рекорд.

На старте можно наблюдать случаи, когда модель ракеты, сходя с направляющей, вместо вертикального (направленного) полета начинает кувыркаться. Огорченный конструктор зачастую не понимает причину неустойчивого полета. Однако неустойчивость объясняется просто: ЦЕНТ.

При движении модели ракеты в воздухе появляется сила, оказывающая сопротивление ее движению. Эта сила возникает в результате взаимодействия воздуха с поверхностью движущейся модели ракеты. Ее называют полной аэродинамической силой. Под этим понятием подразумевается.

Сборку пиротехнической части модели надо делать внимательно и со строгим соблюдением правил техники безопасности. В центральную несущую трубу (рис. 8, 4) вставляют две нитки стопина 3, один конец которого надежно укрепляют в гнезде с навеской черного дымного п.

При снаряжении многоступенчатых моделей ракет двигателями необходимо обеспечить своевременную передачу теплового импульса на очередной двигатель. В тех случаях, когда двигатель одной ступени находится в непосредственной близости к двигателю следующей ступени, почти.

Стопин требуется надежно закреплять в отверстии сопла двигателя, чтобы он не выпал во время горения на старте и в полете. Особенно необходимо обращать внимание на запальное устройство при снаряжении многоступенчатых моделей ракет, где причиной отказа в передаче огн.

В практике ракетного моделизма широко используется воспламенительное средство, именуемое в пиротехнике стопином. Стопин представляет собой хлопчатобумажную нить, покрытую составом из пороховой мякоти с добавкой клея (например, крахмала, декстрина и т. п.). Способ и.

Испытание ракетных двигателей для моделей не только увлекательное, но и полезное занятие. Здесь практически познаются тайны горения топлива ракетного двигателя. Испытания дают возможность проверить режим работы двигателя, грамотно подойти к оценке того или иного дв.

Большой интерес представляют самые миниатюрные двигатели типа ДБ-3 и ДБ-51. Это двигатели ДБ-3-СМ-1,25 (рис. 20) и ДБ-51-СМ-2,5 (рис. 21). Весят они всего по 5 г, их диаметр 12 мм, длина 40 мм. Удельная тяга первого двигателя 45,5 кг·сек/кг, второго — 70 к.

Модельный ракетный двигатель ДБ-З-СМ-10 является комбинированным (стартовым и маршевым). Двигатель может быть использован как на одноступенчатых моделях ракет, так и на последних ступенях многоступенчатых моделей ракет. Двигатели типа ДБ-3 имеют довольно большой ас.

Модельный ракетный двигатель ДБ-51-С-10 является стартовым двигателем и предназначен только для нижних ступеней моделей ракет (рис. 16). Чтобы этот двигатель можно было использовать на одноступенчатых моделях ракет или на последних ступенях, в него надо встави.

Модельные ракетные двигатели типа ДБ1 промышленного производства предназначены для моделей ракет, самолетов, вертолетов и других летательных аппаратов. Характеристики выпускаемых двигателей соответствуют нормам ФАИ. Каждый двигатель маркируется заводом-изготовителе.

Разработка проекта действующей модели ракеты тесно связана с вопросом о двигателе. Какой двигатель лучше поставить на модель? Какие из его характеристик являются главными? В чем их сущность? Разбираться в этих вопросах моделисту необходимо. В этой главе по воз.

Создание научно-исследовательских лабораторий в космосе, в которых могли бы плодотворно работать исследователи, — задача космической науки и техники. Большинство существующих проектов создания космических орбитальных станций предусматривают доставку на орбиту .

Модель-копия ракеты-носителя корабля-спутника «Восток» (рис. 7) в масштабе 1:50 впервые была сделана в декабре 1967 г. студентом Куйбышевского авиационного института Михаилом Кулашевым. После многих весьма удачных полетов этой модели-копии ее одноступенчатый вариан.

Источник: http://www.modelizd.ru/rocket

Пороховой двигатель для модели ракеты своими руками

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.

При постановке такой задачи прежде всего нужно решить вопрос — какое топливо использовать? Десятилетиями самодельные МРД изготавливались в кружках на дымном порохе методом прессования. Процесс этот трудоёмкий и довольно опасный. На сегодняшний день существует прекрасная альтернатива дымному пороху — это сорбитовая карамель. Нельзя думать, что это абсолютно безопасное топливо, таких просто не бывает. Но можно твёрдо сказать, что сорбитовая карамель гораздо проще и безопаснее в изготовлении и использовании, чем дымный порох. Её свойства хорошо изучены, существует программа, позволяющая проектировать ракетные двигатели с заданными характеристиками.

В качестве корпуса двигателя я выбрал бумажную охотничью гильзу 12 калибра. Готовая гильза — это удобно, тем более что она соответствует по наружному диаметру заводским МРД 10 и 20 Н*с, а значит одну ракету без переделки можно будет запускать как с заводскими двигателями, так и с самодельными. Однако поскольку цена гильзы составляет половину стоимости всего двигателя, в дальшейшем будут испытываться и двигатели в самодельном корпусе.

Двигатели подобного типа уже разрабатывались и успешно использовались участниками нашего форума, например двигатели в бумажной гильзе , в пластиковой гильзе , в самодельной гильзе. Я использовал опыт первопроходцев, но старался максимально упростить конструкцию.

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.

Я изготовил 14 двигателей ТД-3 — ТД-16, аналогов ТД-2, с шашкой без бронировки. Для отливки шашек использовал гильзы, укороченные на 25 мм. В них вставлял свёрнутую бумагу, покрытую скотчем, на дно гильзы укладывал монету (без отверстия), затем шайбу, обмотанную фольгой. Монета и шайба прижимают бумагу к стенкам. На бумаге нанесена метка, до которой нужно заливать топливо.

После заливки топлива вставлял стержень диаметром 5.7 мм, сверху топливо прижимал ещё одной шайбой. Крайняя справа — шашка торцевого горения для трассера-замедлителя. Для неё в гильзу вставлен один оборот ватмана с небольшим нахлёстом (не склеенный), снизу монета и тонкий картонный пыж. Таким образом получается шашка в бронировке точно по размеру гильзы, нужно только подклеить свободный хвостик бумаги. Точно так же я делал и канальную шашку с бронировкой для ТД-1, только вставлял стержень и прижимал шайбой.

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

Готовые двигатели до испытания (ТД-17 — аналог ТД-1, описан ниже):

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-10. Пропитка «школьным» клеем, взял у дочери ;^)) Прозрачная густая жидкость, судя по всему — водно-спиртовый раствор модифицированного крахмала, хотя я не уверен. Похожий на вид клей продаётся и для поклейки обоев. Почти никакого 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

ТД-14, 15, 16. Все предыдущие двигатели сделаны из гильз, купленных несколько лет назад. Эти три двигателя — из только что купленных, они лучше проклеены, что очень положительно сказалось на их огнестойкости. Эти гильзы я ничем не пропитывал, в ТД-15 шашка обмотана фольгой, а в ТД-16 бумагой. Состояние гильз после испытания лишь немного хуже, чем у ТД-8.

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.

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: http://serge77-rocketry.net/kmrd/kmrd.htm

vsedelaisam.ru

РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКИЙ МОДЕЛИЗМ

Этот вид моделизма стал особенно широко распространяться с 1957 г., после запуска на околоземную орбиту советского искусственного спутника Земли. Конструкторы любительских ракет, используя достижения большой ракетной техники, строили свои модели из металла и устанавливали на них двигатели, работающие на твердом или жидком топливе. Но это были несовершенные конструкции. Лишь в 60-х гг., когда промышленность занялась выпуском специальных модельных двигателей, малое ракетостроение стало безопасным и доступным занятием.

В 1975 г. при Федерации авиамодельного спорта  был создан Комитет ракетного моделизма, который сделался методическим и организационным центром малого ракетостроения. В кружках ДОСААФ, на станциях юных техников, во Дворцах и Домах пионеров ракетно-космическим моделизмом занимаются более 150 тыс. школьников. Ежегодно на ВДНХ  проводятся всесоюзные конкурсы «Космос».

Классы моделей ракет. По определению специальной подкомиссии при Международной авиационной федерации (ФАИ) — руководящего и контролирующего органа ракетомо-делистов, действующей любительской ракетой можно назвать модель, которая движется в воздухе под действием тяги, а не аэродинамических сил.

Модели, так же как и их прототипы, отличаются друг от друга по длине, калибру (наибольшему диаметру), удлинению (отношению длины к диаметру), числу двигательных установок (одноступенчатые или многоступенчатые) и назначению.

По назначению все известные типы моделей ракет можно условно разделить на 4 основные группы: наглядные пособия, модели-игрушки, экспериментальные (с двигателем и без двигателя) и спортивные модели.

Представление о теории полета ракеты моделист получает, когда начинает строить модели, условно называемые экспериментальными. У самых простых экспериментальных моделей ракет (моделисты иногда называют их карандашными) двигателей нет. Эти модели выстреливают из резиновой рогатки — катапульты. Катапульту располагают вертикально, прикрепляют к деревянному основанию, и получается простейшая пусковая установка. С ее помощью модель можно запускать даже с некоторого расстояния, если оборудовать такую установку дистанционной системой зажигания. Подобные ракеты можно использовать для несложных исследований: запускать их под разными углами и по разным траекториям, определять наилучшие полетные характеристики модели. На ракеты, выстреливаемые из катапульты, иногда устанавливают автоматические устройства, позволяющие им спускаться на парашюте.

Все эти ракеты собственного двигателя не имеют и в полете не управляемы. Но у них, как и у настоящих ракет, есть стабилизаторы, которые помогают им сохранять необходимую устойчивость в полете.

Более сложны в изготовлении и регулировании модели ракет, оборудованные простейшими самодельными двигателями. Горючим для таких двигателей может быть целлулоид, легковоспламеняющаяся кинопленка и даже вода.

По определению ФАИ, спортивной моделью ракеты считается изготовленная из неметаллических материалов модель, которая поднимается в воздух за счет тяги, создаваемой модельным ракетным двигателем, без использования аэродинамических подъемных сил. Причем спортивная ракета должна обязательно иметь устройство для ее безопасного возвращения на землю.

К модельному ракетному двигателю (МРД) требования особые: на спортивных моделях разрешается использовать только двигатели промышленного производства, работающие на твердом топливе.

Спортивные модели ракет разделены на 7 категорий: S-1 — высотные,- S-2 — транспортные, S-3 — парашютирующие, S-4 — ракетно-планерные, S-5 — масштабные высотные (модели-копии на высоту полета), S-6 — модели с триммером (тормозной лентой), S-7 — масштабные модели (модели-копии на реализм полета).

Высотные модели ракет (S-1) в зависимости от взлетной массы (до 500 г) и мощности двигателей — полного импульса (до 80 Н- с) подразделяются на 4 класса, обозначенных буквами S-1-A, S-1-B и т. д. В моделях этих классов разрешается использовать любое число двигателей, в любой комбинации, но при условии, что их суммарная мощность не будет превышать допустимую мощность двигателей моделей данного класса. На соревнованиях взлетающая модель ракеты не должна исчезать из поля зрения судей-наблюдателей, поэтому моделисты стараются раскрашивать свои модели поярче. Очки начисляются в зависимости от высоты, на которую поднялась модель.

Транспортные модели ракет (S-2) в отличие от высотных несут стандартный полезный груз, установленный ФАИ. Это сплошной, обычно свинцовый цилиндр массой 28,3 г и диаметром 19,14:0,1 мм. Размещается он внутри модели таким образом, чтобы его можно было в любой момент извлечь оттуда. Транспортные модели ракет разбиты на 3 класса: одиночный (S-2-A), двойной (S-2-B) и открытый (S-2-C). В нашей стране ракетомоделисты соревнуются только в одиночном классе. Модели этого класса отличаются друг от друга по полетной массе, максимальному импульсу двигателя (двигателей) и полезной нагрузке (масса груза — цилиндра). Модели одиночного класса поднимают 1 цилиндр (общая масса модели — 90 г, импульс — 90— 100 Н- с), двойного — 2 (111180 г, до 40 Н  с) и открытого — 3 (500 г, до 80 Н- с).

enciklopediya-tehniki.ru