Как построить ракету

 Введение

Этот вопрос волнует многих пиротехников, а решение его требует довольно большой подготовки в области аэродинамики, химии и материаловедении. В этой статейке будут рассмотрены все проблемы с которыми я столкнулся за время (около года) экспериментирования с ракетами, за которое я добился впечатляющих результатов.

Какое топливо использовать ?

Это был самый первый вопрос, и от него зависело практически все - и начальный импульс ракеты и скорость, и высота ее полета. После нескольких попыток построить ракету на черном порохе, впрочем не увенчавшихся успехом перешел на так называемую "Карамельку".
Это топливо обладает характеристиками, намного превосходящими черный порох. Во-первых удельный импульс немного (совсем чуть-чуть) меньше, чем у черного пороха (в дальнейшем ЧП), количество выделяющихся газов в 2-3 раза превосходит ЧП, продукты горения - красивый белый дым без запаха, не ядовит, скорость горения несколько меньше чем у ЧП, однако это тоже можно считать преимуществом тк двигатель не дает всю мощь на старте, разрываясь, а сравнительно медленно высвобождает свою энергию в течении всего полета.

Как изготавливать "Карамельку"

Карамелька - смесь нитрата калия (калийной селитры, KNO₃) с сахаром (C₁₂H₂₂O₁₁) или другим углеводом в соотношении 65% KNO₃ и 35% сахара (это самое лучшее соотношение, которое я когда-либо видел)
Существует три способа смешивания компонентов:

1. Смешивание с помощью выпаривания водного раствора: Компоненты взвешиваются, кладутся в консервную банку (так делаю я), туда наливается 1/4 часть объемная воды и все это греется на газовой плите до выпадения густой суспензии, затем даем смеси остыть и сушим неделю (я просто выворачиваю все из банки на полиэтиленовый кулек, затем сушу день, размельчаю на мелкие кусочки и сушу оставшиеся) - этот способ я нашел на сайте Pyroboom, правда с другим соотношением компонентов. Достоинства метода - безопасность приготовления, недостатки - содержание воды в топливе, необходимость прессовать, меньшая скорость горения (некоторые ракеты просто не могли подняться в воздух)

2. Смешивание с помощью набивания смеси компонентов в трубку: Этот метод разработал американец Ричард Накка - В кофемолке около получаса отдельно мелются нитрат калия и сахар (сразу после помола необходимо их засыпать в банку с пробкой тк они становятся чрезвычайно гигроскопичными.), затем это все смешивается около часа на специальной мельнице - к мотору присоединяется консервная банка, затем смесь прессуется в форму. Достоинства - самый безопасный метод, недостатки - топливо гигроскопично, скорость горения самая мелкая, необходимость иметь специальное оборудование, гранулы полученные таким образом с разным соотношением компонентов показанны на рисунке:

3. Смешивание расплавов нитрата калия и сахара: Смесь компонентов помещается в консервную банку и нагревается до начала плавления сахара при постоянном перемешивании, как только сахар плавится банка снимается с огня и некоторое время перемешивается (до прилипания смеси к палке, которой ее перемешивают), затем опять разогревается до отлипания смеси от стенок и в таком виде быстро прессуется в ракету. Недостатки - самый опасный метод приготовления, работать необходимо с минимальными кол-вами веществ, смесь имеет цвет, извиняюсь, говна, при остывании может растрескается и тогда при старте произойдет взрыв, достоинства - самые лучшие рабочие параметры, возможность формировать гранулы большой плотности.

Как вы поняли все три способа не идеальны, выбирайте на свой страх, риск и вкус, лично я использую постоянно 1 и 3.

Какой вид стабилизаторов использовать ?

Я приверженец только листовых стабилизаторов: они не тяжелые по сравнению с палочковыми, могут поддерживать полет ракеты в любом направлении, легкоизготовимы и не падают на вас с верху, могут поддерживать ракеты любой массы и размеров. Единственная сложность - приклеить стабилизатор к ракете.

Как должна выглядеть из себя ракета ?

На следующих рисунках объяснены все параметры ракеты:               

Теперь пояснения:

На первом рисунке - изображение всех параметров ракеты:
1. Длинна (L) в идеале должна быть равна от 16 до 20 диаметров (L)
2. Основание стабилизатора (So) = двойному диаметру
3. Часть стабилизатора, прилегающая к ракете(Sk) = двойному диаметру

На втором рисунке - расположение всех частей ракеты:
1. Наконечник - может быть из бумаги, пенопласта, дерева.
2. Парашют - если вы хотите сделать ракету с парашютом, то это место для вас. Эта статейка не охватывает вопросы конструирования и оборудования системы выброса парашюта.
3. Топливо заправляется в зависимости от наличия парашюта и от вашего желания на 1/4 - 2/3 части высоты ракеты.
4. Воронка - часть ракеты, которая увеличивает площадь сгорания топлива. По сути является кумулятивной (те в первые секунды полета фокусирует поток газов) Она уже делается по вашему выбору, я обычно обхожусь без нее.
5. Сопло - самая важная часть двигателя ракеты, оно создает давления для расширения газов. Я делаю сопло диаметром равным половине внутреннего (не считая стенок) диаметра ракеты.
6. Система зажигания будет рассмотрена подробнее далее.
7. Стабилизаторы см первый рисунок.

Как и из чего делать корпус ракеты ?
Как делать Сопло ?

Корпус я делаю наматывая чертежную бумагу (она плотнее обычной) на алюминиевую трубку обильно проклеивая силикатным (обязательно !!!) клеем, затем изготавливаю сопло - беру трубку алюминиевую (ту, на которую это наматывалось) и разрезаю на 2 части (одна из них 2-3см, другая длиннее), надеваю на них бедующий корпус и наматываю медную проволоку так, чтобы она продавила сопло нужного диаметра, если этого не получается, сматываю проволоку и наматываю снова, затем отрезаю ту часть проволоки что осталась на корпусе и заклеиваю ее бумагой с силикатным клеем. и дня 3 сушу (с учетом того что дома у меня температура выше +20 не подымается).
На рисунке показано как нужно делать сопло и готовый образец :

Система зажигания

Я всю свою сознательную жизнь использовал электрозажигание. Оно не самое дешевое (в 10-20грн вам обойдется точно). Самое дорогое (и нужное) - аккумуляторы: я использую два шт. Ni-Cd системы с емкостью 600мА/ч каждый. Если у вас есть автомобильный или мопедный аккумулятор, то пользоваться лучше им. Зажигатель у меня выглядит так: 

Теперь пояснения:
1. К проводам припаивается нихромовая нить длинной около 3мм.
2. Эта конструкция вешается на головку спички и приматывается ниткой.
3. Конец нитки который норовит отмотается я приклеиваю силикатным клеем.

Аккумуляторы нужны чтобы создать большую силу тока (тут напряжением не отделаешься) и разогреть нить, кроме того их можно перезаряжать. Загорится спичка, а что дальше - думайте сами.

Стартовая площадка

Это устройство представляет из себя всего-лиш три доски сбитых между собой (см рис.) в верхнюю доску воткнута и закреплена снизу металлическая проволока диаметром около 3мм и длинной около 60см (можно и меньше это зависит от вас). На ракете же крепится дополнительно бумажное кольцо диаметром на 2-3мм больше чем у проволоки. ракета должна спускаться и подниматься без заметного трения.

Заключение

Этот текст был подготовлен BSVi. В нем достаточно полно была освещена проблема создания ракет с листовыми стабилизаторами. Любые замечания, предложения принимаются по адресу bsvi@mail.ru

BSVi

Здесь можно скачать видео запуска и полёта ракеты (1.05мб) , запуск ракеты от Олега (295кб)
и Взрыв большой ракеты на старте (772кб)

Вернуться на Пиротек - пиротехника и изготовление взрывчатых веществ, напалм и СВУ