Двигатель своими руками для модели ракеты

Строим модели ракет

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Моделирование

Комментарии к статье Комментарии к статье

Свою первую модель ракеты я, слушатель первого семинара для руководителей авиакружков Московской области, построил в октябре 1961 года. Его организатором был Николай Николаевич Уколов - тогдашний руководитель Московской областной станции юных техников. А проводил занятия Виктор Федорович Еськов - заведующий лабораторией ЦСЮТ России. Мы, группа порядка 30 человек, за 3 - 4 часа изготовили по летающей модели ракеты. Тут же получили хороший методический материал и по моделям, и по двигателям. В то время модельноракетные двигатели (МРД) делали сами: набивали пороховой смесью обыкновенные картонные охотничьи гильзы 12 и 16 калибра углем, серой и селитрой в специальном приспособлении.

Строим модели ракет
Рис. 1. Модель ракеты: 1 - головной обтекатель; 2 - амортизатор; 3 - корпус; 4 - нить подвески парашюта; 5 - парашют; 6 - направляющие кольца; 7- стабилизатор; 8 - МРД

Строим модели ракет
Рис. 2. Формы корпусов моделей ракет

Коротко о тех первых моделях. На оправке диаметром 21 мм клеили корпус из модели чертежной бумаги в два слоя. Длина его - около 400 мм. Стабилизаторы вырезали из жести и паяли к двум пояскам (обручам), закрепленным в нижней части корпуса. Головной обтекатель вытачивали на токарном станке из древесины.

Тот первый семинар явился хорошей отправной точкой для развития ракетно-космического моделизма. Стала издаваться соответствующая литература, и не только в столице. В апреле 1962 года под Москвой прошли крупные областные соревнования по моделям ракет, в которых приняли участие около 180 человек. В последующие годы география ракетных центров расширилась. К ним присоединились Краснодар, Пермь, Харьков, Симферополь, Иваново, Ярославль и другие города.

К сожалению, в конце 1990-х годов в стране заметно упал интерес к ракетному моделизму. Это объясняется тем, что закрылось большое количество учреждений дополнительного образования - клубы и станции юных техников. А ведь в них в основном и занимались ракетомоделисты. За последние семь-восемь лет понемногу положение выправляется, ведь дети требуют к себе внимания и заботы.

Данная статья открывает своеобразную школу ракетомоделизма на страницах нашего журнала. Надеемся, публикации этой тематики помогут пропагандировать знания по ракетнокосмической технике среди молодых людей, школьников, позволят им изготовить и запустить свою первую ракету.

Слово "ракета" вошло в наш лексикон лет пятьдесят назад, а сегодня его знает любой мальчишка трех-четырех лет. И не только знает, но представляет себе, что оно значит.

Прежде чем говорить о миниатюрных ракетах, уясним - что же такое модель ракеты, рассмотрим основные требования, предъявляемые к постройке и запуску моделей ракет.

Летающая модель ракеты приводится в движение с помощью ракетного двигателя и поднимается в воздух, не используя аэродинамическую подъемную силу несущих поверхностей (как самолет), имеет устройство для безопасного возвращения на землю. Модель изготовляют в основном из бумаги, дерева, разрушаемого пластика и других неметаллических материалов.

Разновидностью моделей ракет являются модели ракетопланов, которые обеспечивают возвращение на землю их планерной части путем устойчивого планирования с использованием аэродинамических, замедляющих падение сил.

Строим модели ракет
Рис. 3. Простейшая модель ракеты (нажмите для увеличения): 1 - головной обтекатель; 2 - петля крепления системы спасения; 3 - корпус; 4 - система спасения (тормозная лента); 5 - пыж; 6 - МРД; 7 - обойма; 8 - стабилизатор; 9 - направляющие кольца

Строим модели ракет
Рис. 4. Варианты хвостового оперения: при виде сверху (I) и сбоку (II)

Различают 12 категорий моделей ракет - на высоту и продолжительность полета, модели-копии и т.д. Из них - восемь чемпионатных (для официальных соревнований). У спортивных моделей ракет ограничивается стартовая масса - она должна быть не более 500 г, у копии - 1000 г, масса топлива в двигателях - не более 125 г и количество ступеней - не более трех.

Стартовая масса - это масса модели с двигателями, с системой спасения и полезным грузом.

Ступенью модели ракеты называется часть корпуса, содержащая в себе один или более ракетных двигателей, спроектированная с учетом ее отделения в полете. Часть модели без двигателя не является ступенью. Ступенчатость конструкции определяют на момент первого движения от стартового двигателя.

Для запуска модели ракет следует применять модельные двигатели (МРД) на твердом топливе только промышленного производства.

Конструкция должна иметь поверхности или устройства, удерживающие модель на заранее намеченной траектории взлета.

Нельзя, чтобы модель ракеты освобождалась от двигателя, если он не заключен в ступень. Разрешается сбрасывать корпус двигателя у модели ракетопланов, которые опускаются на парашюте (с куполом площадью не менее 0,04 кв. м) или на ленте размерами не менее 25x300 мм.

На всех ступенях модели и отделяющихся частях необходимо устройство, замедляющее спуск и обеспечивающее безопасность приземления: парашют, ротор, крыло и т.д. Парашют может изготовляться из любых материалов, а для удобства наблюдения иметь яркую окраску.

На модели ракеты, представляемой на соревнования, должны быть опознавательные знаки, состоящие из инициалов конструктора и двух цифр высотой не менее 10 мм. Исключение составляют модели-копии, опознавательные знаки которых соответствуют знакам копируемого прототипа.

Любая летающая модель ракеты (рис. 1) имеет следующие основные части: корпус, стабилизаторы, парашют, направляющие кольца, головной обтекатель и двигатель. Поясним их назначение.

Корпус служит для размещения парашюта и двигателя. К нему крепят стабилизаторы и направляющие кольца. Стабилизаторы нужны для устойчивости модели в полете, а парашют или любая другая система спасения - для замедления свободного падения. С помощью направляющих колец модель устанавливают на штангу перед стартом. Для придания модели хорошей аэродинамической формы верхняя часть корпуса начинается головным обтекателем (рис. 2).

Двигатель - "сердце" модели ракеты, он создает необходимую тягу для полета.

Для тех, кто желает приобщиться к ракетомоделизму, своими руками изготовить действующую модель летательного аппарата под названием ракета, предлагаем несколько образцов таких изделий. Надо сказать, что для данной работы понадобятся доступный материал и минимум инструментов. И, конечно, это будет самая простая, одноступенчатая модель под двигатель импульсом 2,5 - 5 н.с.

Исходя из того, что по спортивному кодексу ФАИ и нашим "Правилам проведения соревнований" минимальный диаметр корпуса составляет 40 мм, выбираем соответствующую оправку для корпуса. Для нее подойдет обыкновенный круглый стержень или трубка длиной 400 - 450 мм. Это могут быть составные элементы (трубки) шланга от пылесоса или отслужившие свой век лампы дневного света. Но в последнем случае нужны особые меры предосторожности - ведь лампы изготовлены из тонкого стекла.

Рассмотрим технологию постройки простейших моделей ракет. Основной материал для изготовления несложных моделей, рекомендуемых начинающим конструкторам, - бумага и пенопласт. Корпуса и направляющие кольца склеивают из чертежной бумаги, парашют или тормозную ленту вырезают из длинноволокнистой или цветной (креповой) бумаги. Стабилизаторы, головной обтекатель, обойму под МРД делают из пенопласта. Для склейки желательно применять клей ПВА.

Изготовление модели следует начать с корпуса. Для первых моделей лучше делать его цилиндрическим. Условимся строить модель под двигатель МРД 5-3-3 с наружным диаметром 13 мм (рис. 3). В этом случае для его крепления в кормовой части придется вытачивать обойму длиной 10 - 20 мм.

Важными геометрическими параметрами корпуса модели являются диаметр (d) и удлинение (X), которое представляет собой отношение длины корпуса (I) к его диаметру (d): X = l/d. Удлинение большинства моделей для устойчивого полета с хвостовым оперением должно быть около 9 - 10 единиц. Исходя из этого, определим размер бумажной заготовки для корпуса.

Строим модели ракет
Рис. 5. Приклейка строп: 1 - купол; 2 - стропы; 3 - закладка (бумага или липкая лента)

Строим модели ракет
Рис. 6. Укладка парашюта

Если возьмем оправку диаметром 40 мм, то ширину заготовки вычислим по формуле длины окружности: В =?d Полученный результат надо умножить на два, ведь корпус - из двух слоев бумаги, и добавить 8 - 10 мм на припуск для шва. Ширина заготовки получилась равной порядка 260 мм.

Тем, кто еще не знаком с геометрией, ребятам второго-третьего классов, можно рекомендовать другой простой способ. Взять оправку, обмотать ее два раза ниткой или полоской бумаги, прибавить 8 - 10 мм и узнать, какой будет ширина заготовки для корпуса. Следует иметь в виду, что бумагу необходимо располагать волокнами вдоль оправки. В этом случае она хорошо скручивается, без изломов.

Длину заготовки вычислим по формуле: L =?d или остановимся на размере 380 -400 мм.

Теперь о склейке. Обмотав бумажку-заготовку вокруг оправки один раз, оставшуюся часть бумаги промазываем клеем, даем ему немножко подсохнуть и обматываем второй раз. Загладив шов, помещаем оправку с корпусом у источника тепла, например, у батареи отопления, после просушки зачищаем шов мелкой наждачной бумагой.

Аналогичным способом изготавливаем и направляющие кольца. Берем обычный круглый карандаш и наматываем на него полоску бумаги шириной 30 - 40 мм в четыре слоя. Получаем трубочку, которую после высыхания разрезаем на кольца шириной 10 - 12 мм. Впоследствии клеим их к корпусу. Они являются направляющими кольцами для старта модели.

Форма стабилизаторов может быть различна (рис. 4). Их главное предназначение - обеспечение устойчивости модели в полете. Предпочтение можно отдать той, при которой часть площади находится за срезом кормовой (нижней) части корпуса.

Выбрав нужную форму стабилизаторов, делаем его шаблон из плотной бумаги. По шаблону вырезаем стабилизаторы из пластины пенопласта толщиной 4 - 5 мм (можно с успехом применять потолочный пенопласт). Наименьшее число стабилизаторов - 3. Сложив стопкой, друг на друга в пакет, скалываем их двумя булавками и, зажав пальцами одной руки, обрабатываем по краям напильником или бруском с наклеенной наждачной бумагой. Потом закругляем или заостряем все стороны стабилизаторов (предварительно разобрав пакет), кроме той, которой они будут крепиться к корпусу. Далее - клеим стабилизаторы на ПВА в донной части корпуса и покрываем боковые стороны клеем ПВА - он сглаживает поры пенопласта.

Головной обтекатель вытачиваем из пенопласта (лучше марки ПС-4-40) на токарном станке. Если такой возможности нет, его можно вырезать также из куска пенопласта и обработать напильником или наждачной бумагой. Аналогично изготавливаем обойму под МРД и вклеиваем его в донную часть корпуса.

В качестве системы спасения модели, обеспечивающей ее безопасное приземление, применяем парашют или тормозную ленту. Купол вырезаем из бумаги или тонкого шелка. Для первых стартов диаметр купола следует выбирать порядка 350 - 400 мм, - этим самым ограничить время полета - ведь хочется сохранить свою первую модель на память. После крепления строп к куполу производим укладку парашюта (рис. 6).

После изготовления всех деталей модели проводим ее сборку. Головной обтекатель соединяем резиновой нитью (амортизатором) с верхней частью корпуса модели ракет. Концы строп купола парашюта связываем в один жгут и крепим его к середине амортизатора. Далее красим модели в яркие контрастные цвета.

Стартовая масса готовой модели с двигателем МРД 5-3-3 около 45 - 50 г. Подобными моделями можно проводить первые соревнования на продолжительность полета. Если место для запусков ограничено, рекомендуем выбрать в качестве системы спасения тормозную ленту размерами 100x10 мм.

Старты получаются зрелищными и динамичными. Ведь время полета при этом будет порядка 30 с, да и доставка моделей гарантирована, что очень важно для самих "ракетчиков".

Модель ракеты для показательных полетов (рис. 7) рассчитана на старт с более мощным двигателем с общим импульсом 20 н.с. Она может нести на своем борту и полезный груз - листовки, вымпелы. Полет такой модели сам по себе эффектный: старт напоминает пуск настоящей ракеты, а выброс листовок или разноцветных вымпелов добавляет зрелищности.

Строим модели ракет
Рис. 7. Модель ракеты для показательных запусков (нажмите для увеличения): 1 - головной обтекатель: 2 - петля подвески системы спасения; 3 - парашют; 4 - корпус; 5-стабилизатор; 6-обойма под ПРД; 7 - направляющее кольцо

Строим модели ракет
Рис. 8. Электрическая система пульта управления запуском

Корпус клеим из плотной чертежной бумаги в два слоя на оправке диаметром 50-55 мм, длина его 740 мм. Стабилизаторы (их четыре) вырезаем из пластины пенопласта толщиной 6 мм. После закругления трех сторон (кроме самой длинной - 110-мм) их боковые поверхности покрываем двумя слоями клея ПВА. Затем на длинной их стороне, которую потом крепим к корпусу, делаем желобок круглым напильником - для плотного прилегания стабилизаторов к круглой поверхности. Направляющую трубку выклеиваем известным нам способом на круглой оправке (карандаше), разрезаем на кольца шириной 8 - 10 мм и крепим на ПВА к корпусу.

Головной обтекатель вытачиваем на токарном станке из пенопласта. Из него же делаем и обойму под МРД шириной 20 мм и вклеиваем его в донную часть корпуса.

Наружную поверхность головного обтекателя два-три раза обмазываем клеем ПВА - для удаления шероховатости. Соединяем с верхней частью корпуса резинкой-амортизатором, для которого годится обыкновенная бельевая резинка шириной 4 - 6 мм.

Купол парашюта диаметром 600 - 800 мм вырезаем из тонкого шелка, число строп - 12-16. Свободные концы этих нитей соединяем узлом в один жгут и крепим к середине амортизатора.

Внутрь корпуса на расстоянии 250 - 300 мм от нижнего среза бумаги вклеиваем решетку из плотной бумаги или реек, которая не позволяет парашюту и полезному грузу опускаться в момент взлета в низ модели, нарушая этим ее центровку. Наполнение полезного груза целиком зависит от фантазии конструктора модели. Стартовая масса модели - около 250 - 280 г.

Пусковое устройство

Для безопасного запуска и полета модели необходимо надежное стартовое оборудование. Оно состоит из пускового устройства, пульта дистанционного управления запуском, проводников для подачи электропитания и воспламенителя.

Пусковое устройство должно обеспечивать движение модели вверх до тех пор, пока не будет достигнута скорость, необходимая для безопасного полета по намеченной траектории. Механические приспособления, встроенные в пусковую установку и помогающие при старте, применять запрещается Правилами соревнований по моделям ракет спортивного Кодекса.

Самое простое пусковое устройство - направляющая штанга (штырь) диаметром 5 - 7 мм, которая закрепляется в стартовой плите. Угол наклона штанги к горизонту не должен быть менее 60 градусов.

Пусковое устройство задает модели ракеты определенное направление полета и обеспечивает ей достаточную устойчивость в момент схода с направляющего штыря. При этом следует учесть, что чем больше длина модели, тем больше должна быть и его длина. Правила предусматривают минимальное расстояние от верхней макушки модели до окончания штанги в один метр.

Пульт управления запуском представляет собой обыкновенную коробку размерами 80x90x180 мм, изготовить ее можно самостоятельно из фанеры толщиной 2,5 - 3 мм. На верхней панели (ее лучше сделать съемной) устанавливают сигнальную лампочку, блокировочный ключ и кнопку пуска. На ней можно смонтировать вольтметр или амперметр. Электрическая схема пульта управления запуском изображена на рисунке 7.

В качестве источника тока в пульте управления применяют аккумуляторы или другие элементы питания. В нашем кружке многие годы используют для этой цели четыре сухих элемента типа КБС напряжением 4,5 V, соединив их параллельно в две батареи, которые, в свою очередь, соединяют между собой последовательно. Такого питания хватает для запуска модели ракет в течение всего спортивного сезона. Это около 250 - 300 пусков.

Для подачи электропитания от пульта управления к воспламенителю желательно применять медные многожильные провода диаметром не менее 0,5 мм с влагостойкой изоляцией. Для надежного и быстрого соединения на концах проводов устанавливают штепсельные разъемы. В местах соединения воспламенителя крепят "крокодилы". Длина токоподводящих проводов должна быть свыше 5 м.

Воспламенитель (электрозапал) двигателей моделей ракет - это спираль из 1 - 2 витков или отрезок проволоки диаметром 0,2 - 0,3 мм длиной 20 - 25 мм. Материалом для воспламенителя служит нихромовая проволока, обладающая большим сопротивлением. Электрозапал вставляют непосредственно в сопло МРД. При подаче тока на спираль (электрозапал) выделяется большое количество тепла, так необходимого для воспламенения топлива двигателя. Иногда, для усиления начального теплового импульса, спираль покрывают пороховой мякотью, предварительно обмакнув ее в нитролак.

При запуске моделей ракет необходимо строго соблюдать меры безопасности. Вот некоторые из них. Старт моделей производится только дистанционно, пульт управления запуском размещается на расстоянии не менее 5 м от модели. Для предотвращения непроизвольного воспламенения МРД блокировочный ключ пульта управления должен находиться у ответственного за старт. Только с его разрешения по команде "Ключ на старт!" делается трехсекундный предстартовый отсчет в обратном порядке, оканчивающийся командой "Пуск!".

Автор: В.Рожков

Смотрите другие статьи раздела Моделирование.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

Рекомендуем скачать в нашей Бесплатной технической библиотеке:

журналы Elektronika Praktyczna 1995 (архив за год)

журналы Квант 2001 (архив за год)

книга Цифровые регистраторы аварийных событий энергосистем. Пуляев В.И., Усачев Ю.В., 1999

книга Электронные музыкальные инструменты. Володин А.А., 1970

статья Влияние внешней среды на здоровье человека

статья Регулятор громкости системного динамика IBM PC

сборник Архив схем и сервис-мануалов мобильных телефонов Benq-Siemens

Оставьте свой комментарий к этой статье:





Рекомендуем посмотреть ещё:


Закрыть ... [X]


Страничка эмбеддера » Как я делаю ракетные двигатели Как сделать новорожденному подгузник

Двигатель своими руками для модели ракеты Двигатель своими руками для модели ракеты Двигатель своими руками для модели ракеты Двигатель своими руками для модели ракеты Двигатель своими руками для модели ракеты Двигатель своими руками для модели ракеты