Карамельный двигатель для ракеты своими руками

Карамельный двигатель для 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.

Для начала я выбрал две простейшие конфигурации.

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

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

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

После испытания, гильзы повёрнуты наиболее подгоревшими сторонами:

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

Методы повышения огнестойкости гильзы.

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

и вскрытые после испытания:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Источник

Ракета от Амперки, часть 1: Теория ракетных двигателей. Карамельное топливо

Вступление

Всем привет! Мы — команда ютуб-канала Амперки, в студии и пилим видео по проектам и железкам. Однако, в какой-то момент все изменилось.

Под катом — история постройки нашей ракеты.

Шла весна 2020 года и карантин самоизоляция не щадила никого. В том числе и нас, отлученных от студии, дабы не подвергались опасности заражения заморской бациллой. Вот в этот-то период и начали активизироваться в голове старые идеи сделать то, что давно хотелось, но что было отложено в долгий ящик “когда время будет”. Наконец, то_самое_время пришло, и из того самого ящика была извлечена мысль о постройке собственной ракеты, еще и подстёгнутая недавним успешным пуском в эксплуатацию “батута” от SpaceX.

Так как сделать такой серьезный проект за один заход не получится, разделим его для удобства на составные части (список будет пополняться по мере работы):

Также просим учесть, что статьи, как и серии выпускаются не по выполненным этапам, а по привязке ко времени, то есть, что сделали за неделю, то и пишем/показываем.

Ракетостроение, в целом, наука комплексная, сложная и многогранная. Релевантного опыта у нас не было, не кончали мы институтов по этому направлению, но есть руки, голова, желание — а это уже многое, так что, как говаривал Юрий Алексеевич, поехали.

Теория ТТРД

Что такое реактивное движение, (для тех, кто, вдруг, не в курсе) много говорить не будем: если в двух словах, то это движение за счет отброса массы в противоположную сторону от направления движения. Про всякие экзотические конструкции двигателей типа ядерных, ионных и иже с ними говорить не будем — одна не предназначены для работы в атмосфере, другие слишком сложны и не воспроизводимы в любительских условиях и т.д., поэтому остановимся на простых, но доступных простому обывателю конструкциях, которые при желании можно повторить практически в домашних условиях, а именно — химических. В таких двигателях реактивная струя получается за счет химической реакции топлива и окислителя (в некоторых случаях роль окислителя может играть атмосферный кислород).

Читайте также:  Магнитный держатель для телефона в автомобиль своими руками

Итак, химические двигатели (ХРД), по агрегатному состоянию топлива классифицируются на жидкостные (ЖРД) и твердотопливные (ТТРД), так что выбирать будем из них. ЖРД весьма удобны, так как позволяют управлять тягой, однако требуют применения в своей конструкции сложных систем форсунок в камере сгорания и не менее сложных систем подачи топлива. Одно только проектирование ЖРД, даже самого примитивного, займет у нас месяцы, а, следовательно, это не наш вариант. Альтернативой могут стать ТТРД за счет простоты своей конструкции и значительно меньшими требованиями к топливу. Да, у нас не выйдет точно дозировать тягу. Точнее, мы ее совсем не сможем дозировать. Однако, есть некоторые аспекты, на которых мы можем сыграть, об этом и пойдет речь дальше.

Виды смесевого топлива

Намного лучший результат показывают смесевые составы из горючего и окислителя. Чаще всего в качестве такой пары применяют окислители из перхлоратов с горючим из порошка металлов и полимеров или широко известное в кругах моделистов-любителей “карамельное топливо”, где в качестве окислителя используются нитраты (селитры) и сложные углеводы (сахар, сорбит) в роли горючего. Вот как раз последние два варианта (перхлоратное и карамельное) топливо мы и выбрали в качестве подопытных для нашей ракеты.

Расчет двигателя

Важнейшая характеристика твердого топлива — это скорость его горения, зачастую это значение — константа для определенного состава топлива. Горение распространяется по поверхности. Если просто поджечь конец цилиндрической топливной шашки, то мы получим торцевое горение, которое даст длительное равномерное прогорание, однако, получить при этом достаточную тягу для подъема ракеты в воздух не выйдет. Для повышения эффективности нужно сделать в топливе канал, по которому будет распространяться горение, повысив тем самым его площадь. Также нужно учитывать, что по мере выгорания профиль канала будет меняться, следовательно, будет меняться эффективная площадь. Можно, конечно, долго экспериментировать с различными профилями, однако, это все уже сделано до нас и упаковано в удобный программный инструментарий.

В программу можно внести все необходимые параметры и получить графики тяги, которую будет развивать ракета. В графе Grain configuration под знаком вопроса есть описательный мануал по различным профилям канала.

Опытным путем, применяя различные конфигурации канала мы нашли оптимальные параметры для нашей ракеты. Для получения таких же показателей нужно ввести такие значения:

Форму канала мы выбрали Moon burner. Умный Meteor c учетом введенных данных построил нам вот такой график:

Из этой диаграммы понимаем, что двигатель со старта получит хороший пинок и будет развивать весьма неплохую тягу на протяжении всего времени работы. По расчетам программы пиковое значение тяги получилось без малого 312 Н при пиковом давлении в 24.5 бар. Средние значения оказались около 265 Н и 19.5 бар соответственно.

Еще одним неоспоримым плюсом программы является возможность прямого экспорта рассчитанных значений в другую не менее полезную для нас программу — OpenRocket, при помощи которой мы будем рассчитывать стабильность ракеты, оперение, балансировку и другие важные показатели, но это будет уже в следующей серии.

Однако, не топливом единым жив начинающий ракетостроитель. Не менее важное значение имеет сопло. По этому принципу РД делятся на сопловые и бессопловые. Последние, технически, имеют дозвуковое сопло, являющееся, по сути, просто отверстием или конусом в нижней части двигателя. Дозвуковым оно называется по той причине, что истекающие через него газы не могут достигать, а уж тем более, превосходить скорость звука, сколько бы не наращивалось давление в камере сгорания, об этом нам говорит гидродинамика. А против физики, как известно, не попрёшь. Тем не менее, такие сопла за счет своей простоты применяются в малых любительских ракетах, а также в фейерверках. Но мы же делаем ракету, значит, дозвуковые сопла — не наш путь.

Альтернативным решением является сверхзвуковое сопло или, как его еще называют по имени изобретателя, — сопло Лаваля. В упрощенном варианте представляет собой два усеченных конуса, сопряженных узкими концами. Место сопряжения называется критической точкой.

Принцип его действия напоминает принцип, на котором работает холодильник: газы, проходя “узкое горлышко” и попадая в бОльший объем резко охлаждаются, за счет чего уменьшается их объем, что приводит увеличению скорости их истечения. В результате, за счет перепада диаметра выпускного отверстия мы получаем на выходе струю газа, движущегося со сверхзвуковой скоростью. Таким образом, применив сопло Лаваля мы значительно повышаем КПД ракеты.

К слову, Meteor проводит расчеты, подразумевая, что на двигателе установлено как раз сверхзвуковое сопло, расчет и изготовление которого также оставим на следующий выпуск.
Итак, характеристики, параметры и габариты двигателя у нас есть, можно приступать к варке топлива.

Изготовление топливных шашек

Первым топливом у нас будет карамельное, готовить будем из сорбита и калиевой селитры. Сорбит можно купить в аптеке, он используется как сахарозаменитель. Калиевую селитру можно найти в садово-огородном отделе, но там она довольно грязная, поэтому купили ч/чда в Русхиме.

Простейший способ — измельчить компоненты до состояния мелкодисперсного порошка и смешать, но тогда топливо остается сыпучим и не будет держать форму. Решено сплавить компоненты вместе. Некоторые бесстрашные любители делают это в сковородках, на открытом огне, даже, бывает на костре, но нам дороги наши пальцы и глаза. Придется делать нагреватель с контролем температуры и песчаная баня, для которого нам понадобятся:

Читайте также:  Как установить отопление электрическое своими руками видео

Meteor заботливо подсчитал массу топлива, которая составила 838г, возьмем с запасом, еще пригодится. Решено было сделать топливный заряд из нескольких шашек для простоты их изготовления. Потом можно будет их просто склеить между собой и вставить в корпус двигателя.

Не забываем про технику безопасности: вблизи топлива не должно быть никаких источников открытого огня, раскаленных предметов и чего-либо, что может вызвать возгорание.

Возьмем по массе 65% калиевой селитры и 35% сорбита, аккуратно засыпаем в чашу и добавляем немного воды. Это и нервы успокоит, и избавит от необходимости измельчать компоненты в пыль, так как в воде они и без того хорошо растворятся и смешаются. Ставим на огонь, выставляем температуру и ждем, постоянно помешивая. Постепенно полученная каша расплавится и станет похожа на овсянку. Надо дождаться выпаривания всей лишней воды (это можно будет понять по прекратившемуся выходу кипящих пузырьков).

Дальше надо действовать решительно: в заранее подготовленную водопроводную ПВХ-трубу, зафиксированную в держателе с внутренним креплением под круглую ось будем запрессовывать топливо.

После извлечения оси у нас как раз останется канал запала по всей длине шашки. Запрессовывать удобно при помощи держателя для дрели, такой очень удачно нашелся в студии. Важно запрессовать топливо таким образом, чтобы внутри шашки не оказалось пузырей и полостей, иначе это потом негативно скажется на горении.

Трубу с топливом откладываем и оставляем до остывания. Затем ее можно будет распилить и достать шашку. Мы сделали несколько штук, одну из них сожжем в целях эксперимента.

В следующем выпуске займемся корпусом двигателя, соплом и испытательным стендом.
А пока мы его готовим, рекомендую почитать следующую книжку про проектирование ЗУРов. Из нее была почерпнута бОльшая часть информации.

Источник

карамельный ракетный двигатель

Опции темы

карамельный ракетный двигатель

Привет! Всем кто просматривает ету тему!Занимаюсь я рекетомоделированием,но в связи дороговизны заводских МРД,решил сделать свои.Перерыл кучу сайтов и нашел самую безапасную альтернативку.(сорбитовое топливо)Решил попробывать сделать партию зарядов,сделал всё як по инструции.Но на тестовом запуски ракеты массой 100гр.А движок по описанным характер.с тягой 3кг.Но ракета даже не сошла с направляющей.Были огромные клубы белого дыма!Если кто раньше занямался самодельными двигателями, подскажите,что я сделал не так!

Причиной скорее всего может быть сопло, которое иногда немного разрывается или подгорает (из личного опыта). Смотря еще из чего ты делаешь корпус двигателя. Так же топливо может немного отсыреть, так что лучше их хранить в застегивающихся пакетиках, сразу после варки.

Корпус делал из 2х полос А-4 по 110мм на селекатном клее(жидкое стекло).При высыхании получилось очень приличная жосткость.Движок у меня с внутренним деаметром16мм.Сопло керамеческое делал и обжигал в муфельной печи.Так,что оно не прогорало диаметр критики одинаковым!Даже после тестотового прогона. Движок после зарядкой (сорбитовой карамели)двое суток держал в герметичном пакете с красненькой застёжкой.Даже скорость горения топлива была 2.7мм/с.Короче полностью слизон со статьи.Мне кажится можит стопин нужно было глубже засунуть!

Это ты про «керамическое сопло для сорбитового двигателя рдк-2»?
Интересная статейка)
Ну.. может попробовать сделать критику поменьше? Даже если все в идеале сделано так же как и в статье, то это не факт, что все будет в реальности работать точно так же. Попробовать сделать несколько модификации двигателей. Еще может быть такое, что кольца слишком узкие, и при старте они просто могут «зацепиться» за направляющую и не дать ракете улететь. Но это во многих случаях заметно, когда ракета просто трясется на старте не слетая с направляющей. Я всегда делал кольца чуть ли не в 2 раза больше диаметра самой направляющей.

С кольцами проблем нет!Они и так с лювтом по направляющей ходят,тобеж без всякого сопротивления.Я даже движок к рейки 10на10привязывал и вставлял в бутылку.Ефект тодже(Шипит дымовой завес а ТЯГИ НОЛЬ) Просто альтернативка прикольная,не охота делать(пороховые двигатели ОПАСНО)кроме того надо точить(матрицу,для гильзы,навойник. Короче гемора много)А с карамельникой всё просто, залил и всё.Вот,только пока безрезультатно! А на счет (проект РК-2 ты прав я отуда всё брал)был ещё на Serge77.

Делал по стандарту.В расплавленный сорбит,замешивал (нитарат калия),размолотый в муку,без выпаривания.Нитрат калия брал в (хим. мага-зе) реактив высокой очистки,без примеси.Просто интерессно почему? Нет тяги.можит( карамельный заряд) неправильно загарается?

У меня допустим не сразу получился двигатель, который хоть как-то тянул ракету. Мы очень долго парились и экспериментировали с корпусами и с самим топливом, пока ракета не взлетела метров на 15 Мы уже были на грани психологического срыва Шучу Я бы тоже сделал сквозной канал, да и стопин чтобы точно входил в топливо на 1. 1,5 см. Может диаметром побольше движок сделать? Еще иногда можно топливо делать отдельными шашками, чтобы их несколько было в движке последовательно друг к другу. Так они и высыхают быстрее, и проще готовить и формировать.
Вот кстати сопла, которые мне выточили на станке. Жаль, что остальные детали показать не могу)

При сквозном канале не имеет смысла делать отдельные шашки, при этом возможно закупоривание сопла из-за воздуха, который между шашками будет.
Если канал не сквозной, то нужно экспериментировать с топливом, внизу должно быть самое энергоемкое топливо для срыва и разгона модели, дальше в принципе можно энергоемкость уменьшать, т.к. модель будет в бОльшей степени двигаться по инерции. И нужно учесть вопрос с поджиганием шашек, шашки должны прилегать очень плотно друг к другу.
Сопло зачетое, но пожалуй юбка лишняя, только вес добавляет, а на центровке модели это очень сказывается. Я бы сделал следующее. Верхняя часть овальная выемка, для концентрации усилия реактивной струи в верхней части сопла, далее сопло, цилиндрическое отверстие, диаметр надо считать, и небольшой конусообразный выход, широкой частью к низу, высота конусной части должна быть примерно 5-10% от общей длины канала сопла, угол конуса примерно 45гр.
Увеличение диаметра двигателя, приведет к значительному приросту в массе топлива и соответственно к увеличению внутренней энергии, когда сопло забивается а топливо ещё горит в двигателе, это может привести к детонации, лучше увеличить длину шашки, и увеличить диаметр сопла, чтобы быстро все сгорало. Опять нужно экспериментировать.
С порохом номер со сквозным каналом не сработает, рванет точно. Однако стандартный 20 ньютонный двигатель с соплом 3,5 мм и длиной канала 30 мм из хорошего топлива срывает модель весом 200 гр. с очень приличным ускорением. Однажды видел как модель копия весом килограмм с подготовленными двигателями вышла на сверхзвук на старте.))))

Читайте также:  Покрывало на кровать своими руками мастер класс видео

Эээм. насчет закупоривания сопла воздухом немного не понял
Думаю, нет смысла тратить время и делать разделение топлива на более и менее энергоемкое ради того, чтобы получился АЛЯ-разгонный модуль Ведь парень говорит про простое карамельное топливо, сваренное в кастрюльке, а как его еще анализировать на энергоемкость.
«Юбка» как раз и не лишняя для сопла Лаваля Ну а эти грамм 40-60 никак не скажутся на центровке модели.
Так может спроектируете свою версию сопла и представите? Будет интересно посмотреть.
Нужно сделать несколько модификации двигателя, поменять внутренний диаметр, диаметр канала, и тогда точно будет результат лучше.
С порохом действительно лучше не связываться.
Как вычислили, что на сверхзвуке ушла?)))

Спасибо! Но там всё на анг.яз.Моло,что для себя понял!

Поздравляю)
Может какой-то паленый сорбит попался? А мы вообще пробовали еще на какой-то фруктозе делать
Ага, по идее многоразовые, если найдем после запуска Может к тому времени gps модуль запилю, чтоб искать было легче)

Сорбит классный.Куплен в аптеке!Я вот с друзьями посаветавался они говорят,что лиш одно можит мешать движку выходить на режим.А именно отсутствие (вторичного воспламенительного состава в (карамельном заряде)А ЧЁ ОНО ТАКОЕ?

Помнится вроде помимо сорбита и селитры еще серу добавляли.

Серийные- в смысле на продажу? Если да, то где они продаются?

Раньше в москве лежали в Термике и МДэСе. Сейчас в основном на соревнованиях продаются.
Если хотите приобрести, стучите в личку, чем смогу помогу

Хорошо. Двигатели будут нужны для кружка, на следующий учебный год. Если ни где не смогу достать, обращусь к вам.

Хорошо. Двигатели будут нужны для кружка, на следующий учебный год. Если ни где не смогу достать, обращусь к вам.

Рябята! Истину я так и не понял!.В чём соль! Моих движков?

Весь софт легальный.
Для просчета ракет использовал Спейскад. На тот момент времени третью версию.
Спейскад платный, поэтому не могу поделиться.

Шашки горят с торцов и по каналу.
Увеличивая количество шашек вы решаете три проблемы
1. Увеличивается площадь горения
2. Горение становится равномерным
3. Пробой бронировки одной шашки не отражается на остальных шашках, лишь бы выдержала термоизоляция корпуса и заглушки.

Правильно рассчитанный движек поднимет много :-)) И настолько шустро, что на стартовом столе могут остаться стабилизаторы 🙂

Нет. Шашки должны прилегать на точно определенное и рассчитанное расстояние.

У вас не сопло закупорило, но его вырвало за счет неконтролируемого процесса горения шашки по периметру и скачкообразного нарастания давления в нижней части корпуса (если шашка без сквозного канала).

В случае сорбита вы работаете с безопасными ингредиентами.
Порох огнеопасен изначально.

На одного не понимаю когда делаю на сахаре все за***сь а когда на сорбите ни*уя не летит?

Шашки горят с торцов и по каналу.
Увеличивая количество шашек вы решаете три проблемы
1. Увеличивается площадь горения
2. Горение становится равномерным
3. Пробой бронировки одной шашки не отражается на остальных шашках, лишь бы выдержала термоизоляция корпуса и заглушки.

Правильно рассчитанный движек поднимет много :-)) И настолько шустро, что на стартовом столе могут остаться стабилизаторы 🙂

Нет. Шашки должны прилегать на точно определенное и рассчитанное расстояние.

У вас не сопло закупорило, но его вырвало за счет неконтролируемого процесса горения шашки по периметру и скачкообразного нарастания давления в нижней части корпуса (если шашка без сквозного канала).

В случае сорбита вы работаете с безопасными ингредиентами.
Порох огнеопасен изначально.

Пороховые двигатели мне не нравятся по нескольки причинам:Неповторяемость результатов.Поскольку прессовать пороховую мякать приходится с помощью навойника и молотка.Слишком уж часто они у меня бабахали. Оказывается,если прессовать как на заводе то только в етом случае можно добится повторяемости результатов.Но для етого нужин домкрат хотябы 4т.Да и руки всегда от ЧП грязные,поетому стал пробавать с карамелью.

Набойник + пресс))) на моей памяти мотор запускался в форме только единожды, и то только из за топливной смеси. Химичили тогда. Еще раз мотор запускался во время сверления. Тоже из-за топлива. Сверло «сдуло»

Я года 2 на сорбите (аптека) + нитрат калия (садоводческие магазины) летал, плавим и заливаем в шашки, со вставленным по расчетам стержнем нужного диаметра, ну и т.д. (расчеты делал в программах, до сих пор остались в дебрях файлов), единственное с металлических сопел не слез (бывало сопло выгорало), так до глины и не дошел, корпуса бумага пропитанная эпоксидкой, если большой объем движка, но сразу вес прибавляется, а так обычный клей для бумаги, в трубочку скатал, ниткой перетянул, вставил монету на клей и корпус готов, технологии в интернете есть, либо эпоксидку на сопло. Взрывов не было, а нет, на стенде один движок рванул, но это я специально зауженное отверстие сопла сделал, думал, как раз нужное получится когда прогорать начнет.

Источник

admin
Лайфхаки по дому и огороду
Adblock
detector