Что такое карамельный реактивный двигатель

Что такое карамельный реактивный двигатель

МОЯ РАКЕТНАЯ МАСТЕРСКАЯ

«Любительское ракетостроение, по моему скромному мнению, является одним из наиболее захватывающих хобби, приносящим большое удовлетворение и много новых знаний! В противоположность Model Rocketry или High Power Rocketry ( в основном — сборка ракет из готовых продажных наборов с готовыми двигателями [примечание переводчика] ), в любительском ракетостроении проектирование и изготовление ракеты происходит «с нуля», включая топливо и двигатель. Таким образом, не используются никакие существенные готовые продажные компоненты. Целью любительского ракетостроения является проектирование, строительство, испытание и запуск ракет. Одним из важнейших рубежей на этом пути является разработка и изготовление ракетного двигателя, который был бы достаточно безопасным в изготовлении и использовании, надёжным, имел бы предсказуемые и воспроизводимые характеристики. Второй важнейший рубеж — разработка системы спасения, например парашютной, которая могла бы работать с высокой степенью надёжности после жёстких условий запуска и полёта ракеты на большой скорости и высоте. Борьба за достижение этих и других рубежей и преодоление неизбежных трудностей как раз и приносит наибольшее удовлетворение (а иногда и разочарование), даёт много новых знаний и в то же время требует овладения разнообразными навыками и проявления большой изобретательности. В результате этого и постигается Ракетная Наука.» Richard Nakka

Любительское ракетостроение имеет дело со многими опасными вещами, в частности, с ракетным топливом и ракетными двигателями. Перед тем, как делать первые практические шаги, необходимо полностью понимать, откуда возникает эта опасность и как её минимизировать. Таким образом, знания и безопасные приёмы работы должны быть первейшими приоритетами. Пренебрежение ими не только снесёт вам голову, но и нанесёт вред всем ракетчикам-любителям. Поэтому читайте технику безопасности и материалы Ракетомодельного форума, задавайте вопросы.

Содержание моего сайта представлено только для информационных целей. Автор не несёт ответственности за использование опубликованных данных.

Ракетами я загорелся в 5-м классе (а было это в 1975г), с тех пор много чего было испытано, кое-что мелкое вполне неплохо летало, в целом — пройден более-менее обычный путь от набивания трубок всем подряд до тщательного поиска и изучения всей доступной информации и систематического исследования на этой основе. Однако до серьёзных двигателей и ракет дело так и не доходило до тех пор, пока у меня не появилась хорошая компания. Теперь нас много и планы у нас баааааальшие ;^))

Сегодня, зная гораздо больше, чем в начале пути, я бы уже не стал делать многие свои эксперименты. Часть — потому что заведомо известно, что ничего не получится. Часть — потому что слишком опасно, как например заколачивание пороха молотком в автоматные гильзы. Тогда я об этом не знал, а подсказать было некому, доступной информации не было никакой. Сейчас совсем другое время, в интернете можно найти всё, что нужно начинающему ракетчику, а обо всём непонятном спросить, например на нашем форуме. Поэтому советую начинать не с набивания трубок, а с изучения теории и опыта других. Возможно, и мои записки кому-то в этом помогут.

Сегодняшние мои интересы: разработка простых и надёжных методов изготовления твёрдых ракетных топлив и ракетных двигателей на основе доступных компонентов и материалов, разработка, изготовление и запуски экспериментальных ракет, создание студенческих конструкторских бюро экспериментального ракетостроения. Первое такое КБ уже создано — это NAUROCKET

10.09.2017 мой сайт переехал на новое место

NAUROCKET — студенческое конструкторское бюро экспериментального ракетостроения Национального авиационного университета

Ракетная Школа

Описание проектирования, конструкции и изготовления простой ракеты экспериментального класса

Исследования для проекта Sugar Shot to Space (На Сахаре в Космос).

Что такое карамельный реактивный двигатель

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.

Теперь нужно замешивать топливо. Я использую стандартную “карамельку” – сахар и селитра в соотношении 65 селитры/35сахара. Плавить карамель я не хочу – занятие это рискованное, да и не стоит это того геморроя. Я не пытаюсь вытянуть из топлива все возможное. Это ведь любительское ракетостроение. Я просто смешиваю сахарную пудру и селитру в порошках:

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.

Как сделать ракетный двигатель из гильзы

Для самодельной модели ракеты немаловажным моментом является двигатель…

Среди многообразия вариантов его изготовления самым распространенным является использование отработанных гильз от охотничьих патронов.

Попробовал такой вариант моторчика и я. Результат превзошел самые оптимистичные ожидания!

Итак, строим мотор из гильзы

в калибрах я слабо разбираюсь, на металлической части этой гильзы написано «12», а на пластике корпуса «12/70». Внешний диаметр около 20 мм, длина 70 мм.

Изнутри отверткой выбиваем остатки капсюля, получается как бы сопло диаметром чуть меньше 6 мм.

Делаем подставку для установки гильзы для заливки в нее топлива. Это кусок фанерки толщиной 8 мм. В ней сверлим дыру 4 мм и ввинчиваем в нее винт М5 длиной 50 мм. Получаем примерно следующее:

Оборачиваем резьбу винта газетой (3-4 слоя) и скотчем. Эти процедуры нужны для облегчения изъятия получившегося стержня из гильзы.

Надеваем на конструкцию гильзу:

Теперь она ровно стоит, а стержень внутри расположен строго вертикально и по центру будущего двигателя. Готовим карамель (процесс много где описан, если коротко, то смешиваем измельченную калиевую селитру с сорбитом (пропорция по массе 65/35) и плавим ее на сковородке до состояния жидкой кашицы). Заливаем ее в гильзу, периодически постукивая по ее корпусу «тяжеленьким предметом» — это нужно для устранения пустот в топливной массе.

В верхней части оставляем миллиметров 7-10 незаполненными. Это пространство надо чем-нибудь заткнуть…

Верхнюю заглушку делаем из эпоксидной смолы. На следующий день снимаем гильзу с «нашего станка», вынимаем газету со скотчем двумя спицами. В верхней части шилом делаем дырки в корпусе гильзы: это даст возможность эпоксидной смоле затечь в них и более надежно «заткнуть» гильзу. Оборачиваем скотчем верхний край гильзы, подготовив, тем самым, «ванночку» для смолы. Заливаем эпоксидный клей, получаем следующее:

Еще через день все застывает — двигатель готов!

Теоретические расчеты показывают следующие параметры мотора

Тяга — целый килограмм! Честно говоря, не верилось!

Масса пустой гильзы 6,8 г; масса готового двигателя 28,8 г. Топлива — всего 22 грамма! Теория на уровне 5 класса средней школы показывает, что ракету массой 150 грамм этот движок может зашвырнуть аж на 300 м!

В реальности результат был скромнее. Но, главное! ракета вообще смогла оторваться от земли. Например, РП-8 (140 грамм) залетела на 130 м.

ИТОГ: очень легко, из подручного (по полям России таких гильз можно мешок насобирать в охотсезон) материала можно изготовить вполне приличный двигатель!

Замечу, что после полета от такого двигателя останется только «сопло»

и эпоксидная верхняя заглушка

пластиковый корпус гильзы исчезает

Позднее металлические остатки пригодились при изготовлении двигателя из корпусов отработанных БРДП20-ххх

Подробное описание изготовления такого мотора в седьмом полете РП-8.

Карамельное ракетное топливо

Караме́льное то́пливо — твёрдое ракетное топливо, относящееся к смесевым топливам с органической связкой. Названо так из-за внешнего вида и использования в его составе сахара или сорбита. Англоязычный термин «rocket candy» точно так же характеризует отношение к нему. Пионером использования карамельного топлива считается Билл Колбёрн, использовавший его впервые в 1948, а широкую известность в США это топливо приобрело с выходом книги Бертрана Бринли в 1960 году. Широко применяется в импровизированных реактивных снарядах из-за доступности компонентов.

Содержание

• 1 Состав и свойства
• 2 Недостатки
• 3 См. также
• 4 Ссылки

Состав и свойства [ править | править код ]

Базовый, наиболее изученный и часто используемый состав — 65 % КNО₃ и 35 % сорбита (по массе). Такой состав близок к оптимуму по достижимому удельному импульсу при небольших степенях расширения, характерных для модельных РДТТ. Умеренный показатель степени в законе горения делает топливо пригодным для работы в широком диапазоне давлений, и, как следствие, подходящим для кустарно изготавливаемых РДТТ с заметным разбросом геометрических характеристик.

Готовое топливо состоит из твёрдого раствора селитры в сорбите и взвешенных в нём мелкодисперсных частиц нерастворившейся селитры. Температура плавления готового топлива значительно ниже, чем исходных компонентов. Растворимость селитры в сорбите в твёрдом виде гораздо меньше, чем в расплаве, поэтому топливо при остывании набирает прочность постепенно, так как по объёму идёт выделение кристаллов из твёрдого раствора, при этом выделяется некоторое количество тепла. Крупные шашки остаются мягкими более суток.

Энергетические характеристики данного состава очень умеренные. Теоретический удельный импульс карамельного топлива на нитрате калия — 153 кгс×с/кг, а практически достижимый не превышает 125 кгс×с/кг. Это меньше, чем у дешёвых баллиститных топлив на основе нитроцеллюлозы, поэтому промышленно этот состав не применяется. Однако, это существенно больше, чем у дымного пороха, к тому же, изготовление карамельного топлива не требует специфического оборудования, необходимого для производства пороха, поэтому популярно у изготовителей модельных ракетных двигателей, как кустарных, так и серийных коммерческих.

При замене в составе топлива сорбита на сахарозу скорость горения возрастает значительно, на 40 % при атмосферном давлении, но другие свойства топлива (плотность, удельный импульс, показатель степени в законе горения и т. д.) почти не меняются.

Недостатки [ править | править код ]

Несмотря на относительную его безопасность, по сравнению с другими составами, карамельное топливо требует таких же мер предосторожности при использовании, как и любое другое ракетное топливо, так как является высокоэнергетическим составом.

Главные недостатки этого топлива — гигроскопичность и большое количество конденсированной фазы в продуктах горения. Также следует признать недостатком хрупкость этого топлива, что сужает выбор конструкций РДТТ с его использованием. Наконец, недостатком является значительная усадка (уменьшение объёма) при затвердевании, что может вызвать искажение формы шашки или отслоение бронировки.

Исходное топливо малотоксично, но продукты его горения могут раздражать слизистые и органы дыхания, так как карбонат калия, выделяющийся в сильно диспергированной форме, и имеющий щелочную реакцию, может вызвать химический ожог даже после остывания до комнатной температуры. Температура горения базового состава примерно 1400 ℃, этого достаточно для размягчения стального корпуса РДТТ при воздействии на него без теплозащиты.