Как сделать двухступенчатую ракету
ДВУХСТУПЕНЧАТАЯ МОДЕЛЬ РАКЕТЫ КЛАССА S1B
Модель — двухступенчатая с двигателями общим импульсом 5 Не. Первая ступень оснащена двигателем импульсом 0,6—0,8 Не. Этот МРД дает модели начальное ускорение и поднимает ее на высоту 15—20 м. Именно на такой высоте происходят разделение ступеней и «горячий» поджиг двигателя второй ступени импульсом 4,2—4,4 Не.
Корпус первой ступени длиной 220 мм отформован на оправке диаметром 30 мм из двух слоев стеклоткани толщиной 0,25 мм. В нижней его части вклеены два бальзовых шпангоута толщиной соответственно 3 и 4 мм, в которых находится стеклопластиковая трубка внутренним диаметром 10,1 мм — двигательный контейнер длиной 30 мм. Снаружи на расстоянии 20 мм от нижнего среза привязана проволочная булавка-защелка фиксирования МРД от непроизвольного отстрела.
В верхний конец контейнера двигателя первой ступени вклеена бальзовая заглушка, в которой закреплен один конец огневода, другой конец, также через заглушку, вклеен в верхнюю часть корпуса. Сам огневод представляет собой трубку из углепластика диаметром 4 мм и длиной 183 мм. Три стабилизатора вырезаны из бальзовой пластины толщиной 0,5 мм.
Их боковые поверхности армированы стеклотканью. К корпусу стабилизаторы прикреплены встык эпоксидной смолой. Верхняя часть корпуса — это конус длиной 17 мм, куда вклеены два бальзовых шпангоута — опорный и фиксирующий. Внутри них закреплена стеклопластиковая трубка внутренним диаметром 10,1 мм и длиной 20 мм, которая служит посадочной втулкой для МРД второй ступени. Масса первой ступени без двигателя — 8 г.
Вторая ступень выполнена из двух элементов: укороченного корпуса и удлиненного головного обтекателя. Корпус представляет собой трубку длиной 38 мм, отформованную из четырех слоев стеклоткани толщиной 0,25 мм. В него вклеена другая трубка внутренним диаметром 10,1 мм и длиной 123 мм, которая является контейнером МРД второй ступени.
Средняя часть контейнера с двумя отверстиями для шплинта фиксации двигателя усилена намоткой стеклонитей. Здесь же закреплена кевларовая нить для резинки-амортизатора. А чуть выше, до шпангоута, укладывается тормозная лента системы спасения второй ступени. Стабилизаторы второй ступени толщиной 0,4 мм отформованы из углеткани и имеют эллипсоидную форму. К корпусу они прикреплены встык. Головной обтекатель — оживальной формы, изготовлен из четырех слоев стеклопластика.
Снаружи он покрыт паркетным лаком и отполирован. «Макушка» его слегка утяжелена — залита изнутри эпоксидной смолой. Туда же вклеена нитка крепления резинки-амортизатора. Масса второй ступени без двигателя и системы спасения — 12 г. На стартах прошедшего чемпионата конструктор М. Степанов использовал две комбинации двигателей конструкции И. Таборского. Первый полет: первая ступень — 0,8 Не, вторая — 4,2 Не; второй полет: 0,6 и 4,4 Не соответственно. Модель к старту готовят в такой последовательности.
В первую ступень вставляют двигатель без замедлителя и фиксируют проволочной булавкой от непроизвольного отстрела. Затем устанавливают на место двигатель второй ступени и крепят его шплинтом, проходящим через усиленную часть контейнера. Нижняя часть МРД (юбка) на длину 10 мм остается свободной. На среднюю часть контейнера наматывают тормозную ленту длиной около 3 м, привязанную к резинке. После надевают головной обтекатель.
Соединяют ступени за счет плотной посадки юбки МРД второй ступени во втулке корпуса первой ступени. При этом донная часть (торец) двигателя насаживается на верхнюю заглушку огневода. В оба конца трубки-огневода для надежной передачи огневого импульса закладывают три-пять крупинок пороха. Стартует модель с газодинамической установки.
На высоте 15—20 м происходит разделение ступеней: первая приземляется, а вторая с ускорением уходит вверх. Как только срабатывает вышибной заряд МРД второй ступени, от корпуса отделяется, но не отлетает (удерживается амортизатор) головной обтекатель. Раскрывается тормозная лента, и модель опускается на землю.
Per aspera ad astra, или как я строил ракету. Часть 1. Делаем движки и запускаем ракеты
Земля – колыбель человечества, но нельзя вечно жить в колыбели
Эту знаменитую фразу К.Э.Циолковского не забывают и по сей день. NASA, ESA, Роскосмос, SpaceX и множество других космических компаний отправляют автоматические миссии на другие планеты, запускают людей в космос и стремятся воплотить в жизнь слова Константина Эдуардовича.
Но что делать, если разработка новой ракеты занимает долгое время, а запустить ее хочется здесь и сейчас? Тогда стоит заняться ракетомоделированием и самим построить и запустить ракету мечты. А о своем опыте проектирования ракет я с удовольствием вам расскажу в этой статье.
Вступление
Всем привет! В этой серии статей я хотел бы поделиться с вами моим опытом разработки и запусков моделей ракет, рассказать о своих первых неудачах и головокружительных успехах, о том как надо делать и как не надо. Я не буду вдаваться в подробности того, как построить ракету, потому что в интернете есть много гайдов по этой теме, а сделаю упор именно на личный опыт, дабы уберечь вас от моих ошибок и показать несколько моих интересных находок и решений.
Космосом я увлекся после того как побывал на программе Большие Вызовы 2017 ОЦ Сириус на направлении “Космические технологии и робототехника”. На ней наша команда разработала первый российский школьный спутник SiriusSat, который в 2018 году вместе со своим братом-близнецом был запущен с МКС во время выхода в открытый космос. Полезная нагрузка спутника — детекторы заряженных частиц и гамма-излучения. Конкретно моей задачей на программе было проведение испытаний спутника. Так как в лаборатории космических систем были установлены вибростенд и термобарокамера, то мы решили “протрясти” и “запечь” наш аппарат. Все испытания прошли успешно, наша команда защитила проект, и все довольные разъехались по своим городам.
SiriusSat-1 и SiriusSat-2. Ручка нужна для того, чтобы космонавт держал спутник
В общем на этой смене я и заразился тематикой космоса. Потом в 10 классе мне пришла в голову идея собрать свою ракету с какой-нибудь электроникой.
Первые попытки собрать движок
Сердцем любой ракеты является ее двигатель, поэтому сперва нужно было собрать его. Среди ракетомоделистов очень популярно карамельное топливо, из-за того, что оно легко в изготовлении и его компоненты (сахарная пудра и калиевая селитра) можно найти в любом городе.
Калиевую селитру купил в ближайшем магазине удобрений, а сахарную пудру в продуктовом магазине. На тот момент надпись N — 13,6% и K2O — 46% меня не смутила, но из-за нее потом было очень много проблем, о которых я расскажу чуть позже.
Для изготовления корпуса мне понадобилась пластиковая водопроводная труба длиной 100мм и диаметром 10 мм, бентонит (наполнитель для кошачьего туалета), чтобы сделать заглушки и для утрамбовки самого топлива нужно было найти любую палку, свободно входящую в двигатель. Селитру, бентонит и сахарную пудру я на всякий случай по отдельности перемолол в ступе. Затем смешал калиевую селитру и пудру в соотношении 70% к 30%. Теперь необходимо было забить все компоненты в трубу следующим образом:
Для поджигания двигателя я сделал бикфордов шнур. Джутовую веревку отварил в растворе карамельного топлива, концентрацию взяв на глаз, примерно 2-3 чайных ложки на стакан воды. После варки необходимо дать шнуру высохнуть, и если пропорции раствора топлива были правильными, то на веревке будет белый налет карамельки. Двигатель и шнур для его поджига были готовы, а это значит, что предстояло провести его прожиг.
К сожалению фотографий первого двигателя и видео его испытаний у меня нет, но по итогу он не взлетел, но знатно дымился на стартовом столе.
Выводы:
It’s alive!
Покопавшись в интернете, я примерно понял в чем была проблема первого движка. Из-за трамбовки топливо распределялось неравномерно, в нем образовывались полости, и оно было неоднородно из-за чего процесс горения был очень вялым и вместо ракеты получилась хорошая дымовая шашка. Решение проблемы было простое — забить в трубу сваренное карамельное топливо. В качестве корпуса взял металлическую штангу для ванной и решил поэкспериментировать с пропорциями топлива и с добавкой оксида железа 3 (то есть обычной ржавчины), потому что он должен был увеличить скорость горения.
Примеры чистого карамельного топлива и с добавлением ржавчины. Источник
Движки я сделал поменьше, так как не видел смысла в изготовлении полноразмерного варианта, так же, как и не видел смысла в заглушках и сопле, на скорость горения топлива повлиять они не должны были, потому что все испытуемые были в равных условиях окружающей среды.
Топливо варил на электрической плите в блиннице до цвета и консистенции сгущенки. Блинница тем хороша, что в ней все ингредиенты равномерно нагреваются и не пригорают.
В итоге у меня получилось несколько подопытных:
Выводы:
Что в итоге?
Если вы смотрели недавнюю серию роликов Амперки Ракета против Лехи, то вы заметили, что они использовали химически чистую калиевую селитру. Благодаря ей у них прогорело все топливо, да и скорость горения была выше (2,85 мм/сек против моих 1-1,25 мм/сек). Ну и еще одним минусом самодельных движков является то, что неизвестна их тяга, а я в будущем хотел бы рассчитывать параметры полета ракеты.
По итогу могу сделать вывод, что на калиевой селитре для удобрений движок не построишь. В общем, на такой грустной ноте я закончил разработку своих движков, и стал искать тех, кто делает и продает готовые движки.
Строим ракету
Двигатели я купил на сайте Real Rockets. Так как вместе с этими двигателями поставляется и электрический воспламенитель, то нужно было собрать пульт для запуска, ну и саму ракету конечно же. В том же магазине приобрел картонные трубы для корпуса.
На просторах интернета нашел схему для пульта и немного переделал ее, чтобы от прозвонки случайно не зажегся движок, и в итоге схема получилась такой: 
Корпус сделал из ПВХ листов, внутри разместил спаянную схему, провода к воспламенителю (на схеме R2) вывел на зажимы. К проводу зажигания припаял крокодильчики, которые и подключались к воспламенителю.
Внутренности пульта для запуска
Собранный пульт вместе с проводом зажигания
Ну и как любую космическую систему, пульт необходимо было испытать, да и неплохо было бы посмотреть как вообще работают готовые движки.
Чтобы ракета летела вертикально вверх я решил спроектировать ее в программе Open Rocket, а затем напечатать на 3D принтере все детали. С помощью функции оптимизации ракеты я подобрал форму и размеры обтекателя и стабилизаторов исходя из размеров картонной трубы, обтекателя (в него я хотел установить альтиметр, о котором расскажу в следующей части), массы и тяги двигателя и его крепления. Но сперва необходимо было добавить используемый движок.
Чертеж ракеты в Open Rocket
В базе данных Open Rocket есть только американские двигатели, но если вы хотите использовать двигатели других производителей, то можно добавить их в программу. Сделать это довольно просто, я бы даже сказал увлекательно:
В параметрах самих стабилизаторов и обтекателя выбираем наш материал и начинаем их оптимизировать. Конечно, иногда программа выдает страшные формы деталей, поэтому нужно ограничивать максимальные и минимальные значения, которые вы оптимизируете.
Также не стоит забывать о стабильности, потому что от нее зависит, завалится ли на бок ваша ракета во время полета или полетит строго вверх. Если не вдаваться в физические формулы, то стабильность — это расстояние в диаметрах корпуса (калибрах) от центра давления до центра тяжести. Open Rocket умная программа и за нас рассчитывает их положение, поэтому нам остается только следить за значением стабильности. В идеале стабильность вашей ракеты должна быть 2-3 калибра, поэтому в оптимизации ракеты не забываем поставить ограничения и на эту характеристику.
Когда форма стабилизаторов и обтекателя были рассчитаны, предстояло их смоделировать и отправить на печать. Также я смоделировал и крепление для двигателя.
Модель ракеты для летнего лагеря.
Сразу замечу, что эта модель не предназначена для достижения высоких спортивных результатов, хоть с ней и можно выступать в классе S-6 (на продолжительность полёта, с тормозной лентой).
Нужна была простейшая учебная модель ракеты для приобщения пионеров летнего лагеря к ракетной технике вообще и постройке моделей ракет в частности.
Простая в постройке, не требующая дефицитных материалов, передовых нано-технологий и универсальных сборочных приспособлений. Летающая устойчиво, не очень высоко и далеко, но летающая, как настоящая большая ракета.
Ситуация с двигателями для моделей ракет постепенно стала меняться к лучшему, даже здесь для желающих приобрести модельный ракетный двигатель имеется специальный раздел в каталоге DiarFly. Соблюдаем правила безопасного обращения с МРД!
Что нужно для постройки учебной модели ракеты?
Материалы:
— ватман,
— тонкий картон,
— обрезки потолочки и бальзы толщиной 1,5-2 мм,
— тонкая рыболовная резинка или латексная банковская резинка (свежая),
— капроновая нить, рыболовная или сапожная.
Клей: «Титан» для пенопластовых деталей, «Момент-Кристалл» для ватмана, «Момент-Секунда».
Головной обтекатель состоит из двух частей: конуса высотой 100 мм и цилиндрической части длиной 30 мм, служащей для соединения с корпусом. Собственно, эта часть вычерчивается одновременно с разверткой корпуса, дабы уменьшить вероятность погрешностей при сборке, а ориентируя эти цилиндры швом к шву получаем хорошую их соосность, как бы косо ни были разрезаны их развертки.
В передней части отсека изнутри приклеивается соединительная полоса для конуса общей шириной 10 мм, в неё упирается шпангоут из потолочки, в хвостовой части отсека изнутри вклеивается полоска ватмана таким образом, чтобы получилась соединительная втулка длиной 30 мм для крепления на корпусе модели.
Стабилизаторы имеют форму прямоугольного треугольника с катетами 40 и 70 мм, чаще всего вырезали их из тонкого плотного картона, для особо аккуратных и «продвинутых» жертвовались на них обрезки бальзы 1,5. 2 мм. Практика показала, что юные моделисты могут приклеить их к корпусу по размеченным местам либо длинным катетом, либо гипотенузой. Не препятствовал, но центровку прикинул для обоих вариантов. Одну серию моделей сделали со стабилизаторами трапециевидной формы, высота трапеции 40 мм, стороны 70 мм и 20 мм, чаще всего их приклеивали так, как было задумано.
Центровка определялась простейшим способом, ЦТ плоского контура. При необходимости носовая часть догружалась пластилином. ЦТ базового варианта модели располагается на расстоянии 330 мм от вершины конуса ракеты.
Для отделки, чтобы заметнее в воздухе была, использовали цветной скотч или самоклейку в ограниченных количествах. Или фломастером можно было красоту навести.
Пусковая установка была собрана из подручных средств и бросовых материалов, получилась вполне надежной и устойчивой.
Перед выходом на стартовую позицию в обязательном порядке проводился инструктаж стартовой команды. Тогда же на модели устанавливались двигатели. Зрители наблюдали за пуском с безопасного расстояния.
После первых успешных запусков начались всяческие модификации исходной модели. Отрезали вершину конуса и вклеили часть оболочки негодного пинг-понговского шарика. Собрать такой обтекатель получается проще, не все могут с первого раза ровно изготовить остроносый конус. Правда, шариков битых было не так много, как хотелось бы.
На базе простейшей модели при наличии непреодолимого желания можно было сконструировать и построить более сложные модели, например параллельную связку:
или двухступенчатую модель продольной схемы:
Практика показала, что постройка подобной простейшей модели под силу большинству пионеров, строили ребята и девчата свои ракеты увлеченно, попутно освежая в памяти слегка подзабытые сведения из физики и геометрии, оттачивая навыки в черчении. А уж радости сколько было, когда построенная ракета взлетала!
Благодарю за внимание, успехов в творчестве!
СВОИМИ РУКАМИ. Двухступенчатая ракета!
Показать панель управления
Комментарии • 52
А готовое топливо хранить безопасно?
подальше от огня и тёплых источников храни и всё будет чики
У сеня есть идея. Мне кажется, разрывной эффект при отстыковке это очень плохо, он дестабилизирует ракету и может разрушить сопло. Я считаю, необходимо сделать не разрыв, а выстрел 2 ступени вверх из первой.
Слушай дружище, трубки обязательно должны быть бумажные? Ты пробовал улучшить свой движек? Пробовал собирать ракету для этого движка?
трубки могут быть из любого материала. ракеты делал, у меня на канале пару видосов можно найти)
Чтобы сэкономить деньги берите использованый туалет
За одно поля удобрите😀
Ступени не правильно считаешь
Круто снимаешь)
Смотрю с наслаждением! Красавчик
а топливо то из чего сделать
Я всё ждал когда она самоваспламенится
что-то смахует на сливки шоу!))) но а видео клас спасибо (годный КоНтЕнТ)
@KILLE Он дарит позитив, вот и смотрю. Каждому своё!
@Space ТВ зачем взрослому человеку быть подписанным на сливки шоу?
@KILLE Причём тут невменяемый? Подберите более подходящие слово пожалуйста.
@Space ТВ ты невменяемый? Вроде взрослый уже.
Я подписан на него🙂👍👍👍
Comrade тут уж кому, что доступно! Можно использовать алибастр.