Ракетное сопло своими руками
Добавил пользователь Skiper Обновлено: 19.09.2024
Ракеты мы будем делать из гильз 12 калибра. Гильза имеет в донной части чашечку, которая играет в нашем случае роль сопла.
Наше ракетное топливо состоит из:
Калиевой селитры - это окислитель;
Фруктозы - это горючее;
И оксида железа 3. Оксид железа это катализатор, который увеличивает скорость горения топлива.
Так же мы использовали один электрод и бамбуковые палочки в качестве стабилизаторов.
Компоненты топлива хорошо перемешали и нагрели до 120 градусов. Фруктоза расплавилась, и наше топливо стало пластичным.
По мере остывания, топливо твердеет, и при комнатной температуре, это ракетное топливо на фруктоза становится твердым.
Давайте посмотрим как горит такой кусочек ракетного топлива.
С помощью электрода через донную часть гильзы мы сделали канал в топливной шашки на 2/3 ее длины. Верх мы залили термоклеем.
Наши ракетные двигатели готовы.
Для стабилизации ракеты в полете мы использовали бамбуковые палочки. В качестве фитиля для воспламенения мы вставили в канал ракетного двигателя охотничью спичку.
Следующие запуски ракет были неудачными. Раскаленные газы прожигали тонкую пластиковую оболочку гильзы и реактивная сила ракеты падала до нуля.
В первом и втором варианте в начале мы обмотали гильзы серпянкой. Серпянку зафиксировали нитками.
Первую пару гильз мы обмазали клеем пва. Вторую пару гильз обмазали алебастром.И еще 4 гильзы обклеили бумагой используя клей пва.
Мы слепили из ракетного топлива две шашки, первая сплошная без канала. Во второй шашке мы сделали внутренний канал.
В итоге бумажный корпус оказался лучше.
Всем спасибо за просмотр.
Kerbal Space Program
222 поста 1.3K подписчиков
Правила сообщества
- выкладывая свои крафты оставляйте модлист. Если включили такие моды как RO или RP-0, то требуемые для них модификации можно не писать.
- выполняйте правила Пикабу.
- опытные игроки, будьте готовы к тому что в сообществе могут быть новички. Не проявляйте агрессию, даже если что-то вам покажется "нубским".
- у нас не матерятся.
@moderator, тег Kerbal'a лишний.
Главное пожар не устроить.
+ Литосферное торможение есть
Автор видео - дилетант. Ему бы пообщаться с ракетомоделистами.
Бумага пропитанная селитрой и фольга-вот это ракета, а это херня какая-то. Но любопытно.
Концентрирванная перекись водорода. Часть 2
Джон Д. Кларк. "Зажигание! Неформальная история жидкого ракетного топлива." (pdf ссылка). Перевёл сам.
Глава пятая. Перекись - вечная подружка невесты.
Сопло - часть ракетного двигателя, смежная с камерой сгорания, имеющая переменное сечение и предназначенная для разгона газов до определённой скорости и придания потоку требуемого направления. Сопло является самым теплонапряженным элементом двигателя, испытывающим теплоэрозионные нагрузки от высокоскоростного и высокотемпературного двухфазного потока.
Каждый из этих участков характеризуется специфическими условиями нагружения и конструктивно включает в себя:
- воротник, служащий для теплоэрозионной защиты участка, формующего газовый поток перед входом в критическую зону;
Общий вид сопла представлен на рисунке 1. Конструктивно сопло маршевой твердотопливной двигательной установки состоит из:
Корпус заглушки и заглушка изготавливаются из сплава алюминиевого АМг6 и алюминия АД1 соответственно (рисунок 4).
Заготовки теплозащитной подложки изготавливаются из пресс-материала ДСВ-2Л методом прямого горячего прессования, вкладыша критического сечения - из углерод-угдеродного композиционного материала 3D структуры на основе нити углеродной конструкционной методом ручного плетения с последующим насыщением пироуглеродом, воротника и раструба - из углепластика на основе углеродного волокнистого материала УРАЛ и лака бакелитового методом выкладки на формообразующей оправке с последующим отверждением под давлением и вакуумом.
Технология изготовления сопла твердотопливного двигателя включала в себя следующие основные операции:
- механическую обработку заготовки подложки (рисунок 5), вклейку подложки в корпус сопла (рисунок 6), с последующей механической обработкой корпуса с подложкой под вклейку вклады¬ша и неразрушающим контролем качества клеевого соединения;
- механическую обработку заготовки вкладыша (рисунок 7), вклейку вкладыша в корпус с подложкой с последующей механической обработкой корпуса с вкладышем, под вклейку воротника (рисунок 8), и неразрушающим контролем качества клеевого соединения;
- механическую обработку заготовки воротника (рисунок 9) на формообразующей оправке, съем воротника с формообразующей оправки, вклейку воротника в корпус с вкладышем с последующей механической обработкой корпуса в сборе и неразрушающим контролем качества клеевого соединения;
- механическую обработку заготовки раструба на формообразующей оправке (рисунок 10) с последующей сборкой-склейкой корпуса раструба с раструбом;
- подрезку и извлечение ложного днища, механическую обработку раструба в сборе, съем раструба в сборе с формообразующей оправки и выполнение неразрушающего контроля качества материала;
- контроль ВГП сопла с применением универсальных измерительных средств, специальной оснастки и координатно-измерительного комплекса;
Для вклейки подложки в корпус сопла и вклейки вкладыша в корпус с подложкой использовался клей холодного отверждения марки ЭПОФЛЕКС-04. Для вклейки воротника в корпус с вкладышем, сборки- склейки корпуса раструба с раструбом, сборки-склейки корпуса в сборе с раструбом в сборе и вклейки корпуса заглушки использовался клей холодного отверждения марки ЭПОТЕРМ-03т тип А.
Механическая обработка заготовок вкладыша, воротника и раструба производилась на высокоточных станках с числовым программным управлением вследствие чего критическое сечение вкладыша, а также наружные профили воротника и раструба были выполнены с высокой точностью.
НК качества клеевых соединений выполнялся ультразвуковым дефектоскопом типа УД 22-УМ в комплекте с ручными ультразвуковыми датчиками частотой 200 кГц.
Намотка армирующей оболочки раструба производилась на специальном намоточном станке MAW 20 FB5/1 с программным управлением (рисунки 13, 14). Материал армирующей оболочки - углепластик на основе углеродного волокна и эпоксидного связующего.
Намотка выполнялась в соответствии с заданной схемой армирования. В процессе намотки определялись и контролировались следующие технологические параметры:
Заготовку раструба с намотанной армирующей оболочкой устанавливали в печь аэродинамического подогрева и проводили режим полимеризации заготовки.
В результате выполненных работ была отработана технология изготовления заготовок деталей сопла маршевой твердотопливной двигательной установки из композитов. Отработана технология клеесборочных работ. Выбраны оптимальные режимы резания для обработки неметаллических заготовок. Спроектирована и изготовлена необходимая технологическая оснастка. Обеспечены требуемые значения выходных геометрических параметров и массы сопла в соответствии с требованиями КД. Проведен НК качества клеевых соединений и материала, а также контроль герметичности ДСЕ сопла.
Несомненно, двигатель - самая важная часть ракеты и одна из самых сложных. Задача двигателя - смешивать компоненты топлива, обеспечивать их сгорание и с большой скоростью выбрасывать получающиеся в процессе горения газы в заданном направлении, создавая реактивную тягу. В этой статье мы рассмотрим только используемые сейчас в ракетной технике химические двигатели. Существует несколько их видов: твердотопливные, жидкостные, гибридные и жидкостные однокомпонентные.
Любой ракетный двигатель состоит из двух основных частей: камера сгорания и сопло. С камерой сгорания, думаю, все понятно - это некий замкнутый объем, в котором происходит горение топлива. А сопло предназначено для разгона получающихся в процессе горения топлива газов до сверхзвуковой скорости в одном заданном направлении. Сопло состоит из конфузора, канала критики и диффузора.
Конфузор - это воронка, которая собирает газы из камеры сгорания и направляет их в канал критики.
Критика - самая узкая часть сопла. В ней газ разгоняется до скорости звука за счет высокого давления со стороны конфузора.
Диффузор - расширяющаяся часть сопла после критики. В ней происходит падение давления и температуры газа, за счет чего газ получает дополнительный разгон до сверхзвуковой скорости.
А теперь пройдемся по всем основным типам двигателей.
Начнем с простого. Самым простым по своей конструкции является РДТТ - ракетный двигатель на твердом топливе. Фактически это бочка, загруженная твердой топливно-окислительной смесью, имеющая сопло.
Камерой сгорания в таком двигателе является канал в топливном заряде, а горение происходит по всей площади поверхности этого канала. Нередко для упрощения заправки двигателя заряд делают составным из топливных шашек. Тогда горение происходит также и на поверхности торцов шашек.
Для получения разной зависимости тяги от времени применяют разные поперечные сечения канала:
РДТТ - самый древний вид ракетного двигателя. Его придумали еще в древнем Китае, но по сей день он находит применение как в боевых ракетах, так и в космической технике. Также этот двигатель ввиду своей простоты активно используется в любительском ракетостроении.
Первый американский космический корабль Меркурий был оборудован шестью РДТТ:
Три маленьких отводят корабль от ракеты-носителя после отделения от нее, а три больших - тормозят его для схода с орбиты.
Самый мощный РДТТ (и вообще самый мощный ракетный двигатель в истории) - это боковой ускоритель системы Спейс шаттл, развивавший максимальную тягу 1400 тонн. Именно два этих ускорителя давали столь эффектный столб огня при старте челноков. Это хорошо видно, например, на видеозаписи старта челнока Атлантис 11 мая 2009 года (миссия STS-125):
Эти же ускорители будут использованы в новой ракете SLS, которая будет выводить на орбиту новый американский корабль Орион. Сейчас можно увидеть записи с наземных испытаний ускорителя:
Также РДТТ установлены в системах аварийного спасения, предназначенных для увода космического корабля от ракеты в случае аварии. Вот, например, испытания САС корабля Меркурий 9 мая 1960 года:
На космических кораблях Союз кроме САС установлены двигатели мягкой посадки. Это тоже РДТТ, которые работают доли секунды, выдавая мощный импульс, гасящий скорость снижения корабля почти до нуля перед самым касанием поверхности Земли. Срабатывание этих двигателей видно на записи посадки корабля Союз ТМА-11М 14 мая 2014 года:
Главным недостатком РДТТ является невозможность управления тягой и невозможность повторного запуска двигателя после его останова. Да и останов двигателя в случае с РДТТ по факту остановом не является: двигатель либо прекращает работу по причине окончания топлива либо, в случае необходимости остановить его раньше, производится отсечка тяги: специальным пиропатроном отстреливается верхняя крышка двигателя и газы начинают выходить с обоих его торцов, обнуляя тягу.
Следующим мы рассмотрим гибридный двигатель. Его особенность в том, что используемые компоненты топлива находятся в разных агрегатных состояниях. Чаще всего используется твердое горючее и жидкий или газообразный окислитель.
Вот, как выглядит стендовое испытание такого двигателя:
Ну а теперь рассмотрим самый широко применяемый в космонавтике тип ракетных двигателей. Это ЖРД - жидкостные ракетные двигатели.
В камере сгорания ЖРД смешиваются и сгорают две жидкости: горючее и окислитель. В космических ракетах применяются три топливно-окислительные пары: жидкий кислород + керосин (ракеты Союз), жидкий водород + жидкий кислород (вторая и третья ступени ракеты Сатурн-5, вторая ступень Чанчжэн-2, Спейс шаттл) и несимметричный диметилгидразин + тетраоксид азота (ракеты Протон и первая ступень Чанчжэн-2). Сейчас также проводятся испытания нового вида топлива - жидкого метана.
Преимуществами ЖРД являются малый вес, возможность регулирования тяги в широких пределах (дросселирование), возможность многократных запусков и больший удельный импульс по сравнению с двигателями других типов.
Главным недостатком таких двигателей является умопомрачительная сложность конструкции. Это у меня на схеме все просто выглядит, а на самом деле при конструировании ЖРД приходится сталкиваться с целым рядом проблем: необходимость хорошего перемешивания компонентов топлива, сложность поддержания высокого давления в камере сгорания, неравномерность горения топлива, сильный нагрев стенок камеры сгорания и сопла, сложности с зажиганием, коррозионное воздействие окислителя на стенки камеры сгорания.
Для решения всех этих проблем применяется множество сложных и не очень инженерных решений, отчего ЖРД зачастую выглядит как кошмарный сон пьяного сантехника, например, этот РД-108:
Камеры сгорания и сопла хорошо видны, но обратите внимание, сколько там всяких трубок, агрегатов и проводов! И все это нужно для стабильной и надежной работы двигателя. Там есть турбонасосный агрегат для подачи топлива и окислителя в камеры сгорания, газогенератор для привода турбонасосного агрегата, рубашки охлаждения камер сгорания и сопел, кольцевые трубки на соплах для создания охлаждающей завесы из топлива, патрубок для сброса отработанного генераторного газа и дренажные трубки.
Более подробно работу ЖРД мы рассмотрим в одной из следующих статей, а пока переходим к последнему типу двигателей: однокомпонентному.
Работа такого двигателя основана на каталитическом разложении пероксида водорода. Наверняка многие из вас помнят школьный опыт:
В школе используется аптечная трехпроцентная перекись, а вот реакция с использованием 37% перекиси:
Видно, как из горлышка колбы с силой вырывается струя пара (в смеси с кислородом, разумеется). Чем не реактивный двигатель?
Двигатели на перекиси водорода используют в системах ориентации космических аппаратов, когда большое значение тяги не нужно, а простота конструкции двигателя и его малая масса очень важны. Разумеется, используемая концентрация перекиси водорода далеко не 3% и даже не 30%. Стопроцентная концентрированная перекись дает в ходе реакции смесь кислорода с водяным паром, нагретую до полутора тысяч градусов, что создает высокое давление в камере сгорания и высокую скорость истечения газа из сопла.
Работу однокомпонентных ЖРД можно увидеть на примере двигателей причаливания и ориентации космического корабля Союз ТМА-18М (съемка с борта МКС):
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.
Читайте также: