Как сделать запуск ракет
Установка для запуска ракет на сжатом воздухе
В этой инструкции мы рассмотрим, как можно сделать простую установку для запуска ракет. Работает установка на сжатом воздухе, который можно закачать с помощью обычного автомобильного насоса или компрессора. Ракеты делаются тоже самостоятельно из бумаги или других доступных материалов. Чтобы запуск таких ракет стал более интересным, автор решил оснащать их парашютной системой, которая приводится в действие с помощью небольшого порохового заряда.
Тут уже фантазии нет предела, парашют можно приделать к самой ракете, или же установить в ракету человечка с парашютом, который будет выскакивать из ракеты на определенной высоте. Самоделка безопасна, так как ракеты легкие и не могут нанести серьезного вреда. Единственную опасность здесь представляет пороховой заряд на ракете, что может привести к поджогу.
Материалы и инструменты для самоделки:
Из инструментов:
— ножовка;
— дрель со сверлами;
— ножницы;
— канцелярский нож;
— клей для ПВХ;
— изолента;
— насос.
Из материалов:
— ПВХ труба и другие элементы (Труба диаметром 1х2 дюйма, 1 х 2 «колпачок, 2 x 1 «резьбовой соединитель, 1 труба диаметром 1 дюйм (приблизительно 24 «длиной));
— куски фанеры, досок и другие материалы для создания стойки;
— спринклерный клапан;
— клапан Schrader (внутренний трубчатый клапан);
— спусковой крючок сжатого воздуха;
— кабельные стяжки, картон и другое.
Процесс изготовления самоделки:
Шаг первый. Как все устроено
Все подобные устройства работают по одному принципу. Они имеют камеру, в которой находится сжатый воздух, а также оснащены специальным клапаном, для мгновенного выпуска этого воздуха. Чем быстрее будет выходить воздух и чем под большим давлением он будет, тем выше взлетит ракета. В связи с этим очень важно позаботиться о герметичности, а также о пропускной способности клапана.
Для простоты нагнетания в камеру системы сжатого воздуха она оснащена таким же выводом, как на колесе велосипеда (золотником). Нужно только подключить насос и закачать в систему нужное количество воздуха. Чтобы все работало как нужно, клапан должен открываться мгновенно, для этого разработана специальная система.
Шаг второй. Собираем пусковую часть
Для изготовления камеры понадобится кусок ПВХ трубы, а также колпачок. Сперва в колпачке нужно просверлить отверстие и установить туда велосипедный золотник. Его нужно надежно закрепить гайкой, подложив хорошую резиновую прокладку.
Далее этот колпачок приклеивается к ПВХ трубе, а лучше всего выбрать такие детали, чтобы они садились на резьбу. Еще для большей надежности крышки можно прикрутить саморезами и приклеить.
С другой стороны также приклеивается колпачок из ПВХ, в нем сверлится отверстие под клапан schrader. Далее резьба клапана оборачивается тефлоновой лентой и он вворачивается в это отверстие. Сам клапан можно переделать с электрического на механический, сняв с него соленоид. Вместо него устанавливается триггер. Но лучше всего использовать именно электрический клапан, так как он открывается мгновенно при подаче тока. К тому же, это позволит запустить ракету удаленно, даже по радиосвязи.
Также на этом этапе собирается «дуло» или «выхлоп» системы. Он делается из 1 «PCV-трубы, резьбовая пара крепится клеем к одному концу.
Шаг третий. Собираем ракету
Чтобы сделать ракету, будет нужен шаблон, в качестве него можно использовать кусок трубы. На трубу нужно намотать лист бумаги формата А4, а затем обернуть несколькими слоями маскировочной ленты, скотчем и так далее. Это делается для того, чтобы корпус ракеты мог выдержать высокое давление и не разорвался. В верхнюю часть трубы устанавливается картонная заглушка, ее можно приклеить горячим клеем или закрепить другими способами. Помимо удерживания давления, этот кружок картона будет удерживать еще и полезный груз, который будет отправляться с ракетой.
Далее делается еще один цилиндр, в нем будет находиться солдат с парашютом. Этот цилиндр устанавливается над пусковой камерой. Он крепится шарнирно с помощью скотча, камуфляжной ленты и так далее. Верхняя часть цилиндра закрывается картоном. Ну а далее для верхней части изготавливается конус из бумаги.
Шаг пятый. Делаем платформу для запуска
Пусковая платформа удерживает пушку и позволяет наводить ракету в нужном направлении. В качестве материалов тут можно использовать элементы старой мебели, ящики и прочее. Автор для таких целей использовал фанеру. В верхней части собранной конструкции шарнирно с помощью болта крепится кусок доски, далее к этой доске крепится вся установка. Крепится все это дело с помощью пластиковых стяжек. Теперь ракету можно наклонить, тем самым выстрелить в нужном направлении, к примеру, на территорию соседей.
Автор решил запустить ракету с крыши лаборатории Instructables.com в центре Сан-Франциско, пренебрегая правилами безопасности.
Шаг седьмой. Итоги испытаний ракеты
Испытания самоделки показали, что сама о себе пусковая машина работает хорошо, а вот систему выброса парашютиста нужно дорабатывать. Часто причиной неудачного катапультирования было запутывание парашюта об ракету. Также довольно часто камера плохо открывалась, и пороховой заряд существенно прожигал саму ракету.
В качестве порохового заряда использовался небольшой фейерверк. По мнению автора, его нужно доработать, чтобы получить нужную силу выталкивания.
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).
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:
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.
Hand made ракетой по противнику
Когда-то в советское время ребята на станциях юных техников чуть ли не в массовом порядке мастерили модели ракет из бумаги и запускали их при помощи миниатюрных пороховых ракетных двигателей. Почему бы нам сейчас не взять принцип самодельных ракет на вооружение? Тем более изготовление самодельных ракет захватило уже почти весь мир.
Конструкторы-любители покоряют космос
Прошло время. Модели ракет теперь тоже продолжают делать и запускать, но это уже не так популярно, как раньше. Однако куда важнее другое, а именно, что «кубиков» сейчас стало так много, что это позволяет строить ракеты уже по-настоящему и также по-настоящему их запускать совершенно частным образом!
То есть если раньше позволить себе это могли лишь только очень крупные фирмы, имеющие мощнейшую промышленную базу, и к тому же поддержку правительства, то сейчас ракету способную подняться в небеса может сделать чуть ли не вчерашний школьник (а уж студент университета и подавно!). Ну, а про фирмы отнюдь не обладающие возможностями «Боинга» можно и не говорить — примеры этому уже существуют!
Начнем с любителей. Так, в пустыне Блэк-Рок, в штате Невада, группа энтузиастов решила запустить в космос самодельную ракету для того, чтобы выиграть приз Джона Кармака в 10000 долларов, который вручается тому, чей летательный аппарат достигнет высоты в 30 километров. Зафиксировать эту высоту должен сигнал GPS.
Удивительно, но конструкторам-любителям удалось достичь высоты даже большей, чем эти 30 километров. Правда, GPS-приемник у них не сработал, и официально рекорд зафиксирован не был. Соответственно и приза они не получили, но молодые американские ракетостроители не расстраиваются, ведь полет им все-таки удался и какой полет!
После старта 8 секунд у их ракеты ушли на разгон, была достигнута скорость — 3,5 километра в секунду, после чего спустя 84 секунды их ракета достигла наивысшей точки полета, где бортовая видеокамера сняла для них потрясающие кадры из стратосферы, оставшиеся им на память об этом полете.
Дальше как говорится — больше! Затем другая команда после года подготовки запустила ракету на высоту 112 километров (напомним, что «открытый космос» официально начинается с высоты 100 км!). Топливом для ракеты послужил перхлорат аммония, то есть то же самое топливо, что наполняет твердотопливные ускорители космической системы «Спейс-Шаттл».
То есть если у вас имеются деньги, гараж, инструменты и кое-какое техническое образование, то… вы вполне можете сделать себе ракету! Причем, достаточно заглянуть в интернет, чтобы там отыскались и все технологии и фото, и рецепты топливных смесей — бери и пользуйся!
Читайте также:
Частные компании и производство ракет
Однако такой подход это нечто сродни рыбалке… Ну сделал, ну запустил… ну и что дальше?! Совсем другое дело, когда современные технологии берут на вооружение малые фирмы, которые при этом добиваются хороших результатов. Примером является космический аппарат «Дракон» частной компании SpaceX, который в космос поднимается ее же ракетой «Фалкон».
Да, конечно, NASA им помогала. Но всю основную работу компания проделала сама и, в общем-то, вполне успешно, ведь ее «Дракон» летал даже на МКС. Про космический туризм сегодня тоже уже все слышали. Государственным корпорациям это лишняя головная боль, да и не с руки им этим заниматься. А вот частные компании вполне могут разработать дешевый и эффективный транспортник способный совершать суборбитальные полеты и «вывозить» любителей острых ощущений «на звезды посмотреть».
Однако какие технологии позволили добиться столь ощутимого рывка в «творчестве масс»? А вот такие: прежде всего производство волокна из углепластика, а также термостойких синтетических смол. Что же касается технологии, то… она покрыта пылью веков, настолько она древняя. Еще на заре цивилизации в медно-каменном веке люди научились выплавлять изделия из металла по восковым моделям.
Слепят из воска идола, обмажут глиной, а как высохнет — кладут это в печь. Воск вытапливается, после чего в форму заливается расплавленный металл. Метод «выплавляемой формы» применяется и сейчас, но в данном случае несколько иначе.
Берется некая цилиндрическая «модель» ну, скажем, из того же «воска» и обматывается слой за слоем углеволокном. Одновременно слои пропитываются полимерной смолой, которая полимеризуется, превращая обмотку в монолит. Потом достаточно получившееся изделие немного нагреть, «воск» вытечет, и пустотелая конструкция будет готова! По сути это легкий (легче металлического!), прочный (как металл, только ее к тому же не разорвать!), стойкий к «химии»… готовый топливный бак!
Двигатель к нему можно сегодня купить на рынке, а вот космический корабль опять-таки точно также «склеить» из углепластика по форме. И не просто склеить, а придать его корпусу совершенный аэродинамический профиль! То есть вот так можно будет смастерить и все тот же «Шаттл», только легче и миниатюрнее… уже для личного пользования!
Читайте также:
Между прочим, такая вот система куда дешевле и выгоднее тестируемых сегодня гиперзвуковых летательных аппаратов. Да, они очень быстрые. Но ими также и очень трудно управлять на гиперзвуке. К тому же при полете с гиперзвуковой скоростью имеет место очень сильный нагрев. Поэтому для их изготовления нужны дорогостоящие сплавы! А тут…
Да, конечно, при посадке углепластиковая конструкция тоже будет нагреваться. Но этот аппарат можно оклеить такими же пластинками термической защиты, которыми были оклеены и «шаттлы» и тогда они смогут, как уже отмечалось, приземлиться в любой точке земного шара и уже оттуда выполнять полет на высокой скорости в любой другой нужный нам район!
Кстати, если уж мы заговорили о военном применении самодельных ракет, то… можно ведь сегодня сами ракеты и не делать! Вот, например, украинские войска в операции против Донбасса ракеты «Точка» применяют? Применяют! А чем на них ответить? А вот чем! Берем два, четыре или шесть ракет от установки «Град» и… прикрепляем их стальной лентой к трубе такого же, как они диаметра, которая находится между ними в центре.
Точность тоже понизится, это понятно, но… кто мешает поставить на нее блок управления? Причем сделать его может любое предприятие, имеющее дело с электроникой. В носовой части — телекамера и передающее устройство. Затем радиопередатчик и приемник. За ними блок питания и четыре рулевые машинки с «крылышками» и все.
Запускается такой вот «суперград» по баллистической траектории, а когда ракета поворачивает к земле, то камера передает изображение в точку старта (для повышения качества управления можно задействовать дополнительный усилитель на БПЛА!). Изображение поступает на экран монитора, и оператор видит, куда она летит. И если летит она немного «не туда», то обычным джойстиком он приводит в действие рулевые машинки и рули, изменяя свое положение, направляют ее цель! Ну, а уж заряд этой «системы» так велик, что даже небольшой промах особой роли не сыграет!
Особенно если предварительно показать его… иностранным журналистам, чтобы они его засняли, и соответственно преподнесли. Мол, вот оно — «техническое творчество народных масс доведенных до полного отчаяния! На коленке сделано, но каков поражающий эффект. «
Читайте также:
Добавьте «Правду.Ру» в свои источники в Яндекс.Новости или News.Google, либо Яндекс.Дзен
Быстрые новости в Telegram-канале Правды.Ру. Не забудьте подписаться, чтоб быть в курсе событий.