Двигатели для моделей ракет — Паркфлаер


Устройство модельного ракетного двигателя.
МРД относится к тепловым реактивным двигателям химического типа. Другими словами МРД преобразует тепловую энергию, выделяющуюся при химической реакции горения твердого ракетного топлива (ТРТ), в кинетическую энергию потока истекающих из сопла продуктов сгорания, который и создает реактивную силу тяги (тут можно вспомнить формулировку 3-го закона Ньютона).

Тягу ракетного двигателя можно описать следующей формулой (1): Р = mVa + Fa(pа — ph)

где Р — тяга двигателя, Н;

m — массовый секундный расход продуктов сгорания, истекающих через сопло, кг/с;

Va, Fa, pa — скорость, площадь поперечного сечения и давление на выходе из сопла;

ph — давление окружающий среды на высоте полёта, Па.

Таким образом тяга ракетного двигателя зависит от того, какую массу в единицу времени мы отбрасываем, с какой скоростью и на какой высоте у нас происходит полёт. Так, при полёте в безвоздушном пространстве (ph->0) тяга двигателя максимальна и совпадает с реактивной силой mV

a+Fapa.

В любом случае, МРД — двигатель не регулируемый, его характеристики заданы при проектировании и изменить их в полёте невозможно. Двигатель после старта в любом случае отработает свою программу, мы не имеем возможности ни регулировать его характеристики, ни, тем более, выключить его.

Устройство модельного ракетного двигателя.

Рассмотрим составляющие МРД в том порядке, в котором они отмечены на рисунке:

1 — Реактивное сопло. Назначение его — максимально разогнать продукты сгорания топлива. Как видно из формулы (1), тяга двигателя напрямую зависит от скорости потока на выходе из сопла, поэтому в большинстве случаев сопла МРД имеют на выходе расширяющийся участок для ускорения потока продуктов сгорания до сверхзвуковой скорости. Минимальное проходное сечение сопла называется критическим, в нем скорость потока достигает скорости звука. Из всех элементов ракетного двигателя именно соплу приходится сложнее всего: по нему протекает поток раскаленных продуктов сгорания, состоящий не только из газов, но и из твёрдых частиц (особенность твердотопливных двигателей). Изготавливается сопло чаще всего из керамики.

2 — Заряд твердого ракетного топлива. Это и запас рабочего тела двигателя, и в то же время запас энергии, выделяющейся при химической реакции горения топлива. Для воспламенения топливному заряду необходим определенный начальный тепловой импульс, который обеспечивает штатный электровоспламенитель МРД. Обратите внимание! Прекратить работу запущенного МРД невозможно!!!

3 — Замедлитель. Отдельный заряд, формирующий задержку по времени от момента сгорания топлива до срабатывания вышибного заряда. Тяги он практически не создает, но часто образует густой дымовой шлейф, чтобы удобней было наблюдать полёт модели.

4 — Вышибной заряд, простейший элемент автоматики, предназначенный для выбрасывания из модели парашюта или включения двигателей верхней ступени для многоступенчатой модели ракеты. Даже легкая модель ракеты из ватмана обладает высокой скоростью полёта, и при посадке в огород страдают все участники встречи: и «морковка», и огород. А в огороде, бывает, и кролики пасутся, так что вывод один — на модели должна быть в обязательном порядке система спасения (или мягкой посадки, кому как нравится) и проверяем перед стартом, какой двигатель вы на модель ставите, чуть забегая вперед отмечу, что на некоторых МРД-шках вышибного заряда нет! В маркировке это конечно же отражается, а потому внимательно смотрим, что куда вставляем.

5 — Передний пыж из бумаги, прикрывающий вышибной заряд. Для эстетики и сохранности.

6 — Корпус двигателя. По совместительству это и ёмкость для хранения топлива, и камера сгорания. И соединяет все части двигателя в единое целое. При работе двигателя внутри корпуса находятся продукты сгорания с высокой температурой и давлением, поэтому требования к прочности корпуса достаточно серьёзные, так что любые повреждения корпуса могут сказаться, чаще всего, его разрушением. Грубо говоря — бабахнет.

Внешне же МРД имеет форму цилиндра, диаметром D и длиной L.
Чаще всего выпускаются МРД одноразовые, один двигатель — один полёт, хотя есть в природе и перезаряжаемые двигатели многоразового использования, к примеру двигатели фирмы AeroTech из рекламного ролика выше.

Следующий рисунок даёт представление о последовательности работы МРД.
Фаза 1 — зажигание, тепловой импульс от воспламенителя поджигает топливный заряд.
Фаза 2 — топливный заряд сгорает с выделением тепла и образованием высокотемпературных продуктов сгорания, которые, истекая из реактивного сопла с высокой скоростью, создают реактивную тягу.

Фаза 3 — топливный заряд передает эстафету замедлителю, он отсчитывает время пассивного участка траектории.
Фаза 4 — замедлитель воспламеняет вышибной заряд, выталкивающий систему спасения из корпуса модели, после чего вся система мягко возвращается на поверхность планеты.

Характеристики модельного ракетного двигателя.
Как правило, модель ракеты строится под какой-то определенный двигатель, характеристики которого известны. Или под серию двигателей, имеющих, допустим, одинаковые геометрические размеры и отличающихся энергетическими возможностями, временем работы замедлителя и т.п. Создавая спортивную модель для участия в соревнованиях вы ограничены по суммарному импульсу двигателей, разрешенных на моделях выбранного класса.

Прежде всего нас интересуют следующие характеристики МРД:

Геометрические характеристики двигателя: внешний диаметр D (калибр) и длина корпуса L. Вам же нужно двигатель куда-то на модели устанавливать, как-то крепить, а для этого нужно знать его габариты.

Полный импульс тяги двигателя, измеряется в Н*с и определяет энергетические возможности МРД. На основании закона о сохранении количества движения изменение импульса движущегося тела вызывается импульсом приложенной силы. Таким образом можно рассчитать скорость модели, которой она достигнет в конце активного участка траектории полёта. По величине полного импульса двигатели разделяются на классы. По суммарному полному импульсу установленных на модели двигателей делятся на классы и спортивные модели ракет.

Тяга двигателя, единица измерения — Ньютон. Тяга МРД не является постоянной во время его работы, каким образом она меняется можно узнать из

тяговой диаграммы, для каждой марки двигателя тяговая диаграмма своя и вообще это одна из важнейших и интереснейших характеристик, ниже затрону её подробней. Для примера приведу тяговую диаграмму двигателя «Эстес» А10, имеющую типичную для модельных двигателей форму — пик в начале работы и участок, где тяга сохраняется постоянной.

Почему такая форма тяговой диаграммы наиболее распространена?
Быстрое нарастание тяги в начале работы двигателя приводит к энергичному разгону модели по направляющей пусковой установки с тем, чтобы стартующая ракета в момент схода с пусковой имела скорость достаточную для эффективной работы аэродинамических поверхностей-стабилизаторов (если они есть, конечно), которые обеспечивают устойчивость её полёта.
Затем уже происходит набор скорости при постоянной величине тяги двигателя.

Средняя тяга, двигателя за время его работы определяется как частное от деления полного импульса на время работы, измеряется также в Ньютонах. Можно выбирать двигатель

в первом приближении исходя из его средней тяги и планируемой стартовой массы ракеты. Грубо говоря, при равенстве этих величин ракета отработает программу полёта не покидая пусковую установку в лучшем случае, либо сойдет с неё и плюхнется неподалеку, что не есть хорошо. Для гарантированного полёта отношение средней тяги к стартовой массе (тяговооружённость) должно быть больше единицы. Желательно, с запасом.

Время работы двигателя, складывается из времени выгорания основного заряда топлива и времени работы замедлителя. Первое задаёт нам продолжительность активного участка полёта (двигатель создает реактивную тягу), второе — пассивного участка (тяга двигателя отсутствует, модель летит по инерции до ввода в действие системы спасения модели).

Масса снаряженного двигателя. Входит в расчет стартовой массы ракеты, да и при балансировке модели без этого параметра не обойтись.

Масса топлива. Зная это, мы сможем вычислить массу и положение ЦТ модели в конце активного участка полёта. Кроме того, спортивные правила могут ограничивать массу топлива на борту модели.

Тяговая диаграмма.
Очень интересный график зависимости тяги двигателя по времени работы.
Получается этот график при стендовых испытаниях двигателей, производитель такие испытания проводит и для каждой марки двигателей прилагает соответствующую тяговую диаграмму. Что же по ней можно узнать?

Конечно, первое, что бросается в глаза — максимальная тяга двигателя. Но. Интерес представляет и то, в какой момент по времени максимум тяги достигается, и насколько быстро она нарастает. К примеру, существуют двигатели, тяговая диаграмма которых выглядит таким образом:


Различная скорость нарастания тяги двигателя приводит к различному ускорению модели в начале активного участка траектории. Особенно этот момент интересно прорабатывать для моделей-копий ракет, ведь зенитная ракета и ракета-носитель космических аппаратов стартуют с разным ускорением, а характер старта для копии должен бы повторять свой прототип.
Время работы двигателя, то есть время сгорания топлива и создания двигателем тяги отображается на тяговой диаграмме очень наглядно.
Если подсчитать площадь под кривой на тяговой диаграмме, можно определить полный импульс тяги МРД.
А поделив полный импульс на время работы получим значение средней тяги.

Разрабатывать модели ракет можно на бумаге, а можно использовать специальные программы, к примеру SpaceCAD или Open Rocket. Первая мощнее, с большими возможностями, но за деньги. Вторая попроще и бесплатная. Обе позволяют «собрать» модель ракеты из настраиваемых типовых элементов конструкции (оболочки, шпангоуты, бобышки и т.д.), подсчитывать вес получившейся конструкции, определять положение ЦТ и ЦД, т.е. сразу видно, устойчивым ли будет полёт модели и каков запас устойчивости, а также смоделировать траекторию полёта, выбрав требуемый двигатель из базы данных или есть возможность ввести тяговую диаграмму двигателя, в базе отсутствующего.

Обзор существующих МРД.
Ещё с советских времен наши ракетомоделисты используют модельные ракетные двигатели промышленного производства шосткинского ПО «Импульс».

Маркировка двигателей читается так, к примеру: МРД 20-10-4
МРД — модельный ракетный двигатель;
20 — полный импульс 20 Н*с;
10 — средняя тяга 10 Н;
4

— время работы замедлителя: 4 с.

От себя замечу, что из всей линейки шосткинских движков прочные отношения сложились лишь с МРД 2,5-3 и МРД 20-10. «Десятки» взрывались через одного, «пятерки» взорвались все. Возможно мне с ними просто не повезло или партия неудачная досталась, но «рабочей лошадкой» для моделей выбрал «двадцатку» и весьма доволен.

В настоящее время у нас появились в продаже МРД американской фирмы «Эстес».
Двигатели любопытные и при случае планирую опробовать их в деле. Конструкция их идентична отечественным, правда несколько отличаются по калибру. Если серии «Мини» (13 мм) и «Стандарт» (18 мм) практически совпадают с нашими, то более мощные двигатели классов С, D и Е, аналогичные нашим МРД 10-8 и МРД 20-10, выполнены в корпусе калибром 24 мм (наши имеют 20,25 мм), их в готовые ракеты под наши движки уже не установишь.


Маркировка двигателей почти аналогична нашим, только полный импульс обозначают буквой. Например, С11-6 читается таким образом:
С — полный импульс 10 Н*с;
11 — средняя тяга 1,1 Н;
6 — время работы замедлителя: 6 с.

Характеристики двигателей фирмы «Эстес»:

Подробную информацию о продукции фирмы «Эстес» можно найти на сайте http://www.estesrockets.com

Меры безопасного обращения с МРД.
1. Беречь двигатели от механический повреждений, порезов, ударов, падений с высоты на твёрдое основание. Повреждения корпуса приводят к снижению его прочностных характеристик, при запуске такого двигателя корпус может громко разрушиться. Повреждение (растрескивание) топливного заряда приводит к резкому увеличению поверхности горения, а значит и давления внутри, на которое прочность корпуса не рассчитана, что опять же приводит к его разрушению.

2. Беречь двигатели от воздействия воды и повышенной температуры. Многие топлива с водой не дружат, при увлажнении заряда и последующем высыхании возможно растрескивание заряда. Последствия — см. п.1.
При повышении начальной температуры возможно ускоренное химическое разложение топлива, изменяющее его характеристики, а также повышается вероятность самопроизвольного запуска. Так что не стоит оставлять двигатели летом на солнце под лобовым стеклом автомобиля. И уж тем более сушить подмокший двигатель на батарее.

3. Не перекрывать сопла двигателя при установке воспламенителя, МРД не рассчитаны на работу с жёсткой сопловой заглушкой. Самое надежное — пользоваться штатными воспламенителями и штатными их фиксаторами, при отсутствии последних пользуемся мягкими материалами, классический вариант — вата, бинт, кусочек туалетной бумаги (есть недостаток — эти материалы могут тлеть после запуска, так что в этом случае внимательно относимся к выбору места старта).

4. Запрещается вносить изменения в конструкцию двигателя. В инструкции так и пишут — запрещается. Рассверливать или удлинять канал в заряде топлива, высверливать замедлитель и т.д. Двигателей сейчас достаточно и разных, всегда можно найти подходящий по характеристикам. А ковырять готовый — бессмысленно и небезопасно.

5. При отказе на старте подходить к двигателю не ранее, чем через 1 минуту.

6. Модель ракеты должна отвечать требованиям прочности конструкции и устойчивости в полёте. Двигатель должен быть надёжно закреплён на модели, отделение его в полёте от модели в большинстве случаев не допускается. Полёт неустойчивой модели непредсказуем, а значит небезопасен для вас и ваших зрителей, вольных или невольных.

7. Пусковая установка должна быть прочной, устойчивой и обеспечивать надёжный старт модели с углами возвышения 60-90 градусов. Запускать модели ракет по настильной траектории спортивными правилами запрещается. Кроме перечисленного в задачи ПУ входит отвод газовой струи из сопла МРД для защиты модели, места старта и самой ПУ от её воздействия.


Литература по теме.

1. Эльштейн П. Конструктору моделей ракет.
2. Кротов И.В. Модели ракет.
3. Канаев В.И. Ключ — на старт!
4. Рожков В.С. Авиамодельный кружок.
5. Букш Е.Л. Основы ракетного моделизма.
5. Минаков В.И. Спортивные модели-копии ракет.

Полезную для себя информацию можно почерпнуть и на сайте Федерации ракетомодельного спорта России.

Благодарю за внимание!
Успехов в творчестве!

Пороховой ракетный двигатель самолета, ракеты

 

Пороховой ракетный двигатель – это один из простейших вариантов реактивных двигателей для самолетов и ракет. В качестве топлива он использует твердое топливо – пороховой заряд. Как правило, применяют бездымный вид пороха, поскольку он имеет высокую температуру сгорания и придает летательному аппарату мощный импульс. Для ракет он используется в качестве основного двигателя, что касается авиации и самолетов, то может применяться как дополнительный для большого ускорения.

Современный пороховой ракетный двигатель. 1 — пороховые шашки; 2 — диафрагма; 3 — сопло.

Подобные пороховые ускорители сокращают дистанцию разбега при взлете. После расхода всего топлива такие двигатели в большинстве случаев отсоединяются от основной конструкции летательного аппарата.

Исторические данные об использовании пороховых двигателей.

Первые зафиксированные данные об использовании пороха в качестве ускорителя датируются 960 годом. В это время китайцы изготовляли первые пороховые ракеты для военных целей. Очень часто упоминаются в легендах и сказаниях использования пороховых зарядов для осуществления полетов. Так, одна из легенд повествовала о попытке полета Ван Гу на летательном аппарате, заряженном 47 ракетами с порохом.

В 1540 году была напечатана книга «О пиротехнике» автора Ванноччо Бирингуччо. Уже в это время была предоставлена первая схема строения пороховой ракеты с одной и несколькими ступенями. Все же огромное количество писателей-фантастов тех времен использовали свои скромные знания о ракетостроении и пороховых двигателях для возможности их героев попасть в отдаленные уголки планеты или даже на Луну.

Более реальное проектирование и создание действительно успешных пороховых двигателей началось с 19 века. Так, в 1817 году англичанин У. Конгрева смог изготовить ракету с дальностью полета в 2,7 километра. Параллельно с этим российские конструкторы И. Картмазов и А. Засядько изготовили свой прототип, который смог пролететь 2,69 километра. Дальнейшие наработки в данной отрасли позволили достичь еще лучших показателей. В 1881 году отечественный конструктор и исследователь Н. Кибальчич работал над изготовлением пилотируемого летательного аппарата с пороховым двигателем. Еще через 5 лет А. Эвальд провел комплекс опытов с моделью самолета на пороховом заряде.

Конечно же, прорывом стали разработки М. Поморцева, который в 1902 году изготовил ракету с пороховым двигателем. Ее особенностью являются стабилизирующие поверхности на корпусе и более продуманная конструкция двигателя. Все это позволило достичь дальности полета в 9 километров.

В создании пороховых двигателей не отставали и германские конструкторы. Так в 20-х годах прошлого века достаточно известный конструктор автомобилей Фриц фон Опель использовал пороховые заряды для ускорения велосипеда и мотоцикла, после чего провел опыты и с автомобилем. В апреле 1928 года конструктор установил на гоночную модель автомобиля Opel-Rak 12 ракет с твердым топливом. Данный ускоритель позволил достичь скорости в 112 км/час. В мае этого же года на автомобиль установили 24-зарядный блок ракет, который разогнал машину до скорости 200 км/час.

После проведенных опытов Ф. Опель начал проводить тестирование пороховых двигателей на летательных аппаратах. Был создан самолет-ракетоплан под названием Opel RК 22 в 1928 году. Параллельно с этим А. Липпше создал подобную летающую машину под названием «Утка», она смогла за одну минуту пролететь 1,2 километра на пороховом ускорителе. Что касается аппарата Опеля, то он смог достичь скорости 152 км/час в полете. Через год, а именно в октябре 1929 года, провел испытания своего летающего агрегата конструктор Г. Эспенлауб. Ракетоплан был оснащен 15 ракетными зарядами, которые смогли поднять машину в воздух, но во время полета летательный аппарат загорелся.

Что касается разработок СССР в данной отрасли, то они активно начались с 30-х годов. Удалось построить самолет, в котором использовались пороховые заряды в качестве дополнительных, он имел название У-1. Тестирование прошло отлично, после чего решили установить подобные ускорители на бомбардировщике типа ТБ-1. Для качественного разгона было установлено по 3 пороховых заряда с каждой стороны корпуса аппарата. Стоит отметить, что масса всего комплекта ускорителей составляла только 60 килограмм. При этом в течение двух секунд работы они выдавали тягу в 10 400 кгс. Данной мощности было достаточно для того, чтобы 7-тонный бомбардировщик смог сократить свой разбег при взлете от 330 метров к 80 метрам.

Подобные испытания были проведены и на советских истребителях в 1935 году. Несмотря на получение огромной тяги, подобные установки так и не получили широкого применения в авиастроении.

Во времена Второй мировой войны пороховые ускорители для своих самолетов широко использовала Япония и Германия. Кроме того, во время ухудшения состояния этих стран под конец войны ими были проведены разработки ударных самолетов, которые использовали твердотопливный двигатель в качестве основной силовой установки самолетов. На основе таких проектов были созданы самолеты для самоубийственных миссий по кораблям. Такие самолеты широко использовала Япония, наиболее ярким примером является аппарат «Ока».

Все дальнейшие разработки только улучшили показатели дальности и точности полета. Все же в большинстве случаев пороховые двигатели больше использовали и используют для строения ракет, нежели в авиации. Хотя подобные ускорительные установки с твердым топливом оказали немалую помощь в самолетостроении.

Особенности строения и работы порохового двигателя

Пороховой двигатель самолета часто называют ракетным двигателем твердого топлива, сокращенно РДТТ. При работе таких двигателей используется объединение окислителя и твердого топлива в единую массу. Все это находится непосредственно в камере сгорания, а не в дополнительных топливных баках, как в жидкостных моделях. Кроме облегчения конструкции, она становится более надежной и простой, поскольку исключается система подачи горючего. Самым простым и ярким примером такой конструкции является обычная пороховая ракета.

Прежде всего, стоит отметить, что применение РДТТ в авиации необходимо для достижения определенных задач. Конечно же, основная задача, которую решают дополнительные пороховые двигатели, – это значительное увеличение тяговооруженности самолета на определенном этапе полета. В большинстве случаев это необходимо при взлете. Не всегда существуют отличные условия для взлета и нормального разбега самолета. Особо актуально это было во времена поршневой авиации и на первых этапах развития реактивных установок на жидком топливе. Это позволяло значительно сократить дистанцию разбега летательного средства. Подобный быстрый старт помогал избежать плотного обстрела орудий противника. Также были модели истребителей, которые использовали пороховые ускорители для быстрого достижения воздушной цели противника. Повышение тяговооруженности в определенный экстремальный момент полета позволяет решать боевые задачи более легко и эффективно.

Недостатки преимущества пороховых двигателей

Неоспоримым преимуществом является простота конструкции, а также исключение утечки топлива, высокая степень безопасности в использовании и надежность. Подобные конструкции могут храниться на протяжении долгого времени.

Что касается недостатков, то здесь нужно подчеркнуть невысокие показатели удельного импульса и сложность в управлении тягой. Уменьшить или отключить тягу невозможно. При работе возникают сильные вибрации корпуса летательного аппарата. Выхлоп отработанных газов достаточно токсичен и наносит урон окружающей среде.

Используемое топливо:

  • Гомогенный тип топлива, который являет собой твердый раствор нитроцеллюлозы в нитроглицерине. Как правило, подобное горючее используется для запуска больших ракет.

  • Смесевый тип горючего. Это, как правило, смесь окислителя с основным твердым горючим.

Первым топливом для ракетных двигателей была смесь из селитры, серы и древесного угля. Далее начали использовать в качестве окислителя перхлорат аммония совместно с полимерным горючим (в космическом ракетостроении).  В современном мире подобные типы двигателя используют для ракетомоделирования. При этом создают более простые смеси на основе более доступного нитрата калия и органически связывающих веществ, таких как сахар или сорбит.

В итоге стоит подчеркнуть, что пороховые двигатели не являются актуальными для современного самолетостроения. Даже космическая отрасль проводит разработки более эффективных и доступных пусковых механизмов для ракет. 

Ракета на карамельном топливе | Журнал Популярная Механика

Почти все ракетостроители начинали свой путь в космос с ракетомодельных кружков, кухонь, домашних мастерских в гараже и самодельных ракет. Добрая половина нашей редакции в детстве дырявила небо своими самоделками, как и команда частной российской ракетостроительной компании «Лин Индастриал».

Самое главное в ракетостроении, по мнению легендарного конструктора ракетных двигателей академика Валентина Глушко, — именно двигатели. Его фраза «Если есть ракетный двигатель, то к нему хоть забор привяжи — он полетит!», пожалуй, одна из самых цитируемых в отрасли. Чтобы вы не повторяли все наши ошибки молодости, главный конструктор по системам управления «Лин Индастриал» Андрей Суворов расскажет, как сделать один из самых доступных, безопасных и эффективных домашних ракетных двигателей, работающих на карамельном топливе. Все начинали с этого.

Поговорим о классике

Классикой ракетомоделисты называют топливо, состоящее по весу из 35% сорбита и 65% калийной селитры, без каких-либо добавок. Это топливо достаточно хорошо изучено, имеет характеристики не хуже, чем у черного пороха, но изготовить его гораздо проще, чем правильный порох.

Для классики годится только калийная селитра. Если вы не найдете ее в продаже, придется изготовить самостоятельно из натриевой или аммиачной и сульфата или хлорида калия. Все это легко купить в магазинах, торгующих минеральными удобрениями. Раньше в фотомагазинах продавали еще поташ (карбонат калия), он тоже годится для получения калийной селитры из аммиачной. При смешивании горячих насыщенных растворов натриевой селитры и хлорида калия калийная селитра сразу выпадет в осадок. Самодельную селитру придется очистить перекристаллизацией, для этого ее нужно растворить в небольшом количестве горячей кипяченой воды, профильтровать через вату и поставить раствор в холодильник. Затем слить раствор, селитру высушить на батарее, а потом и в духовке при примерно 150 °C один-два часа. Тут главное — соблюдение температурного режима. При более высокой температуре селитра расплавится и станет непригодна к дальнейшему процессу.

В слетавшей ракете использовалось улучшенное топливо на базе сорбита. Но ради улучшения энергетики (удельного импульса) нитрат калия был заменен перхлоратом калия. Такая замена потребовала введения еще двух компонентов — катализатора, стабилизирующего горение, и активированного угля, задерживающего тепловое излучение. В отличие от «классики», такое топливо нежелательно плавить. Поэтому компоненты придется измельчить и перемешать как можно тщательнее. Для этого пригодится фарфоровый пестик — он инертен почти ко всем веществам и не дает искр, что важно для приготовления пиротехнических составов. Подготовленная порошкообразная смесь загружается в корпус двигателя.

Сорбит (заменитель сахара) продается и в аптеках, и в продуктовых супермаркетах. Температура плавления чистого сорбита — 125 °C, и по этой температуре его можно отличить от моногидрата сорбита, который иногда продается тоже под видом сорбита. Моногидрат плавится при 84 °C и для топлива не годится.

Вместо попкорна - оливье: 10 сериалов на новогодние каникулы

Несмотря на несерьезное название, карамельное ракетное топливо — это в первую очередь ракетное топливо, и обращаться с ним надо уважительно. Первое и главное правило техники безопасности — ни в коем случае не готовьте карамель на открытом огне! Только электроплитка с закрытым нагревателем и регулятором температуры. Если нет подходящей электроплитки, можно воспользоваться обычным утюгом, только нужно сделать подставку, удерживающую его в перевернутом положении, подошвой вверх. Положение регулятора «три точки» отлично подходит для изготовления карамели.

Не следует отмеривать компоненты на глазок или по объему — только на весах. На вид кучки в 35 г сорбита и 65 г калийной селитры по объему почти одинаковы. И это нам на руку, так как легче смешивать топливо. Если селитра крупная, ее придется растолочь в ступке или смолоть в кофемолке. Но не перестарайтесь: кристаллики должны быть как у мелкой соли — если смолоть селитру в пыль, с топливом будет трудно работать, так как оно станет слишком вязким. 20 секунд — то что надо.

Вместо попкорна - оливье: 10 сериалов на новогодние каникулы Заготовка двигателя, заполненная порошком, вставляется в алюминиевый цилиндр, где и будет происходить термовакуумное прессование. Алюминиевый стержень в центре — для приложения усилия к пуансону, а короткая трубка рядом — для подключения вакуумного насоса. Подготовленный для прессования цилиндр погружается в водяную баню с раствором хлористого лития, который кипит примерно при 130 °C.

Теперь можно смешать порошки селитры и сорбита и выложить слоем не больше сантиметра толщиной на сковороду. Желательно мешать смесь непрерывно. Для перемешивания удобно использовать деревянную палочку от эскимо. Постепенно сорбит начнет плавиться, через некоторое время, по мере перемешивания, порошок превратится в однородную субстанцию, похожую на жидкую манную кашу. В расплавленном сорбите часть селитры растворяется, поэтому готовое топливо остается достаточно жидким и при 95 °C. Перегревать топливо не следует, потому что при 140 °C растворимость селитры скачком увеличивается и так же, скачком, увеличивается вязкость этого состава.

Как только последние комочки селитры размешаны, топливо готово — теперь его надо заливать в форму. Идеальная простота! Хорошо бы и двигатель сделать максимально простым, и такой вариант существует — если не требуются рекордные параметры, предпочтительным становится бессопловик. Он состоит только из корпуса и заряда. Несмотря на то что без сопла часть энергии топлива расходуется впустую, за счет экономии веса корпуса и сопла можно залить больше топлива и скомпенсировать потери.

Вместо попкорна - оливье: 10 сериалов на новогодние каникулы После окончания прессования, когда объем, занимаемый топливом, уменьшится почти вдвое, цилиндр с двигателем нужно вынуть из бани и остудить в обычном ведерке с водой. Готовый двигатель выглядит так. Для того чтобы привести его в такой вид, придется отрезать часть картонной трубы (топливо теперь занимает лишь половину), оставив лишь несколько сантиметров для сопла. Сопло в этом двигателе керамическое, держится на шести винтах и герметизируется заливкой эпоксидной смолы.

Для корпуса понадобится картонная трубка с толщиной стенок 1−2 мм. Диаметр ее может быть от сантиметра до трех, но для первых опытов лучше брать не самую маленькую, так как с маленькими двигателями неудобно работать — и топливо застывает быстрее, и сложно его упаковать в маленькую трубку. Длина ее должна быть в 7−15 раз больше диаметра. Можно и в 20, но заливать топливо уже очень неудобно.

Еще потребуется стержень для формирования канала в топливе — в двигателях на карамели топливо горит по поверхности канала, а не с торца заряда, у торца не хватает площади. А для центрирования стержня потребуется деревянная или пластиковая бобышка, подходящая по диаметру и к картонной трубе, и к центральному стержню. Диаметр канала должен быть примерно втрое меньше внутреннего диаметра трубы.

Вставив бобышку в нижний конец трубы и стержень в нее, в оставшееся пространство заливаем «манную кашу» из селитры и сорбита. Топливо остывает и затвердевает, но не до конца. Из его остатков надо скатать палочку-образец — обычно размером с мужской мизинец. По ней измеряют скорость горения получившегося топлива — для этого ее снимают на видео и по видео засекают время. Конечно, длину палочки надо измерить до поджигания. Нормально изготовленная сорбитовая карамель должна гореть со скоростью от 2,6 до 2,8 мм/с, то есть палочка длиной 5 см сгорит за 17−19 с.

Вместо попкорна - оливье: 10 сериалов на новогодние каникулы Скорость белой струи выхлопа на этом снимке намного больше километра в секунду! К сожалению, сама ракета не так быстра, но зато не очень сложно искать её после приземления.

Примерно через шесть часов — пока топливо еще мягкое — нужно вынуть бобышку и стержень. Осталось сделать заглушку из эпоксидной смолы там, где была бобышка: на обнажившуюся поверхность топлива наклеить кружок скотча, чтобы прикрыть канал, и из скотча сделать бортик вокруг картонной трубки, после чего залить туда эпоксидную смолу с отвердителем. Уровень смолы должен быть на 0,5 см выше края трубки, чтобы смола впиталась в торец. Иногда еще делают три-четыре отверстия диаметром 3 мм, в свободной от топлива части трубки, чтобы эпоксидная пробка лучше держалась. После затвердевания клея двигатель к запуску готов. Для его воспламенения отлично подходят китайские «электрические спички», продающиеся в интернет-магазинах, надо лишь удлинить провода и вставить запал в двигатель до упора, до эпоксидной заглушки — если двигатель загорится в середине, полной тяги он не выдаст.

Но, полетав на «классике», ракетолюбитель часто чувствует потребность ее как-то усовершенствовать. Тут и начинается изобретение разных составов и технологий. Волшебное слово «перхлорат» волнует сердца конструкторов-самодельщиков. Но напрямую заменить нитрат калия на перхлорат калия не получится — топливо будет иметь другие характеристики. Без третьего компонента — катализатора — состав демонстрирует пульсирующее горение вплоть до взрыва. А с катализатором плавить топливо опасно, вот и приходится использовать вакуумное прессование с подогревом и прочую экзотику, большинству любителей недоступную.

Статья «Карамельная ракета» опубликована в журнале «Популярная механика» (№9, Сентябрь 2016).

Карамельное ракетное топливо — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 30 июля 2014; проверки требуют 8 правок. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 30 июля 2014; проверки требуют 8 правок. Готовая шашка из стандартной сорбитовой карамели без бронировки. Для профиля тяги, близкого к нейтральному, следует забронировать наружную поверхность. У небронированных шашек предпочтительны другие пропорции

Караме́льное то́пливо — твёрдое ракетное топливо, относящееся к смесевым топливам с органической связкой. Названо так из-за внешнего вида и использования в его составе сахара или сорбита. Англоязычный термин «rocket candy» точно так же характеризует отношение к нему. Пионером использования карамельного топлива считается Билл Колбёрн, использовавший его впервые в 1948, а широкую известность в США это топливо приобрело с выходом книги Бертрана Бринли в 1960 году. Широко применяется в импровизированных реактивных снарядах из-за доступности компонентов.

Состав и свойства[править | править код]

Образцы свежеприготовленного топлива, слева — базовый состав, справа — с добавлением 1 % оксида железа (III)

Базовый, наиболее изученный и часто используемый состав — 65 % КNО3 и 35 % сорбита (по массе). Такой состав близок к оптимуму по достижимому удельному импульсу при небольших степенях расширения, характерных для модельных РДТТ. Умеренный показатель степени в законе горения делает топливо пригодным для работы в широком диапазоне давлений, и, как следствие, подходящим для кустарно изготавливаемых РДТТ с заметным разбросом геометрических характеристик.

Готовое топливо состоит из твёрдого раствора селитры в сорбите и взвешенных в нём мелкодисперсных частиц нерастворившейся селитры. Температура плавления готового топлива значительно ниже, чем исходных компонентов. Растворимость селитры в сорбите в твёрдом виде гораздо меньше, чем в расплаве, поэтому топливо при остывании набирает прочность постепенно, так как по объёму идёт выделение кристаллов из твёрдого раствора, при этом выделяется некоторое количество тепла. Крупные шашки остаются мягкими более суток.

Энергетические характеристики данного состава очень умеренные. Теоретический удельный импульс карамельного топлива на нитрате калия — 153 кгс×с/кг, а практически достижимый не превышает 125 кгс×с/кг. Это меньше, чем у дешёвых баллиститных топлив на основе нитроцеллюлозы, поэтому промышленно этот состав не применяется. Однако, это существенно больше, чем у дымного пороха, к тому же, изготовление карамельного топлива не требует специфического оборудования, необходимого для производства пороха, поэтому популярно у изготовителей модельных ракетных двигателей, как кустарных, так и серийных коммерческих.

При замене в составе топлива сорбита на сахарозу скорость горения возрастает довольно значительно, на 40 % при атмосферном давлении, но другие свойства топлива (плотность, удельный импульс, показатель степени в законе горения и т. д.) почти не меняются. Главный недостаток сахарозного состава — гораздо более опасный процесс приготовления, так как требуется более сильный нагрев сахарозы.

Недостатки[править | править код]

Несмотря на относительную его безопасность, по сравнению с другими составами, карамельное топливо требует таких же мер предосторожности при использовании, как и любое другое ракетное топливо, так как является высокоэнергетическим составом.

Главные недостатки этого топлива — гигроскопичность и большое количество конденсированной фазы в продуктах горения. Также следует признать недостатком хрупкость этого топлива, что сужает выбор конструкций РДТТ с его использованием. Наконец, недостатком является значительная усадка (уменьшение объёма) при затвердевании, что может вызвать искажение формы шашки или отслоение бронировки.

Исходное топливо малотоксично, но продукты его горения могут раздражать слизистые и органы дыхания, так как карбонат калия, выделяющийся в сильно диспергированной форме, и имеющий щелочную реакцию, может вызвать химический ожог даже после остывания до комнатной температуры. Температура горения базового состава примерно 1400 ℃, этого достаточно для размягчения стального корпуса РДТТ при воздействии на него без теплозащиты.

Самодельные ракеты — ракета своими руками

Наверное, нет таких мальчишек, которые не пробовали что-нибудь запустить. Но в мои времена возможности для «диких» любителей были весьма ограничены. Как ни крути — прошлый век. Прорыв случился, когда достал книжку по ракетомоделизму и когда в доме появилась кофемолка :). Тогда первый раз сделал карамельное топливо и получил первые приличные результаты. Но начались институты, работа, семья и процесс ракетостроения протекал очень вяло. Главным достижением тогда стала двухступенчатая ракета на базе «Москита»(см.проект РК-1)

Со временем появился свободный доступ к интернету. Из сети на меня обрушилась лавина информации и, в частности, по ракетной тематике, что и возродило былой интерес. К тому же, с высоты прожитых лет все кажется намного проще, но не менее увлекательно. Несколько напрягало только то, что информация в сети достаточно разрознена и не всегда качественно представлена. Недавно заинтересовался созданием сайтов, и почти сразу возникла мысль сделать цикл статей, объединяющий весь собственный опыт в области ракетостроения. Писать какие-то отдельные статейки не имело смысла. Хотелось действительно помочь особенно начинающим ракетчикам, чтобы они могли, не рыская по просторам всемирной паутины, найти на моем сайте всю необходимую информацию. Причем проверенную информацию, позволяющую получить реальный результат. Не секрет ведь, что в сети все пишут обо всем, даже о том чего не знают. А в области любительского ракетостроения неверная информация может обернуться большими неприятностями.

Я не претендую на роль гуру, и свои возможности оцениваю достаточно трезво, но до некоторого среднего уровня моих материалов может оказаться вполне достаточно. Кроме того, даю ссылки на первоисточники, тоже проверенные. Ну, а кто пойдет дальше (и выше, и быстрее!), то пойдет уже не с нуля, и сможет сам заценить качество любой информации, предлагаемой сетью.

Насколько все задуманное получится, сказать трудно. Но уже на данный момент, вырисовывается что-то реальное. Буду надеяться, что труды не пропадут даром.

Если что-то непонятно, можете написать в гостевую книгу. Указывать мыло и URL там не обязательно. По-возможности отвечу. А сейчас отсылаю заинтересованного читателя к моим ракетным проектам: РК-1 для новичков, Проект Арлекин и РК-2 для ракетчиков посерьезней и, наконец, относительно несложный, но претендующий на звание «классического любительского проекта» РК-3. Кое-что уже сделано и в рамках нового, довольно амбициозного, проекта РК-4.

Часть разработок носит не этапный характер, а целевой. Например, ЦИКЛОН — простая надежая ракета, эдакая рабочая лошадка, ЦИКЛОН-2 — конструкция для отработки модульной схемы, а ракета ЭКСТРИМ — это попытка выжать максимум летных характеристик и технологичности из уже имеющихся наработок, а БЛИК — для отработки системы спасения на светодиодном датчике апогея,

ракета Эврика-1 — для отработки радиопоиска.

Ракета Экстрим-2 — коммерческий проект.

Поэтому они выделены в отдельные проекты.

Есть уже и рекордная ракета Циклон-5М.
/03.09.2007 kia-soft/

***

Модель ракеты для летнего лагеря. — Паркфлаер

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».

Корпус цилиндрической формы склеивается из ватмана «Гознак» в один слой. Длина цилиндра 470 мм, калибр — 51 мм. Получилось очень удачно: развертка такого цилиндра имеет ширину 160 мм и ещё на этапе вычерчивания её удобно разметить места приклейки 4-х стабилизаторов, все размеры получаются целыми и прекрасно увязываются друг с другом. В качестве оправки для склеивания цилиндра использован отрезок серой полиэтиленовой сантехнической трубы, наружный диаметр которой 50 мм.

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.

Узел крепления двигателя (из расчета на «двадцатку» и ей подобные) сделан в форме катушки, в основе которой втулка из ватмана в один слой внутренним диаметром 21 мм, длиной 50 мм. На двигательную втулку с торцов приклеиваются колечки-шпангоуты, передний — из потолочки, задний — картонный. Готовый узел вклеивается в кормовую часть корпуса, но каждый  шпангоут на свой клей: передний из потолочки на жидкий «Титан», задний картонный — на «Секунду». Одна из самых ответственных операций, по её успешности вся ракета либо допускается к полётам, либо становится макетом на добрую память и бесценным творческим опытом.

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.

Направляющие кольца из ватмана, система спасения — тормозная лента 100х1800 мм, вырезали из солнцезащитной лавсановой пленки, но потом перешли на мусорные пакеты. Пыж из туалетной бумаги. Дополнительно ленту помещали в контейнер из салфетки, классика. Чтобы система уютно чувствовала себя на старте в приличного размера корпусе, в него вклеен шпангоут на расстоянии 150 мм от переднего среза, чаще всего на это шли бракованные шпангоуты из потолочки от двигательного узла. Не плавятся, не горят, свою задачу выполняют — от вышибного далеко.

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!

Мотор для ракеты — Записки сумасшедшего ракетчика — ЖЖ

Несомненно, двигатель — самая важная часть ракеты и одна из самых сложных. Задача двигателя — смешивать компоненты топлива, обеспечивать их сгорание и с большой скоростью выбрасывать получающиеся в процессе горения газы в заданном направлении, создавая реактивную тягу. В этой статье мы рассмотрим только используемые сейчас в ракетной технике химические двигатели. Существует несколько их видов: твердотопливные, жидкостные, гибридные и жидкостные однокомпонентные.


Любой ракетный двигатель состоит из двух основных частей: камера сгорания и сопло. С камерой сгорания, думаю, все понятно — это некий замкнутый объем, в котором происходит горение топлива. А сопло предназначено для разгона получающихся в процессе горения топлива газов до сверхзвуковой скорости в одном заданном направлении. Сопло состоит из конфузора, канала критики и диффузора.

Конфузор — это воронка, которая собирает газы из камеры сгорания и направляет их в канал критики.

Критика — самая узкая часть сопла. В ней газ разгоняется до скорости звука за счет высокого давления со стороны конфузора.

Диффузор — расширяющаяся часть сопла после критики. В ней происходит падение давления и температуры газа, за счет чего газ получает дополнительный разгон до сверхзвуковой скорости.

А теперь пройдемся по всем основным типам двигателей.

Начнем с простого. Самым простым по своей конструкции является РДТТ — ракетный двигатель на твердом топливе. Фактически это бочка, загруженная твердой топливно-окислительной смесью, имеющая сопло.

Камерой сгорания в таком двигателе является канал в топливном заряде, а горение происходит по всей площади поверхности этого канала. Нередко для упрощения заправки двигателя заряд делают составным из топливных шашек. Тогда горение происходит также и на поверхности торцов шашек.

Для получения разной зависимости тяги от времени применяют разные поперечные сечения канала:

РДТТ — самый древний вид ракетного двигателя. Его придумали еще в древнем Китае, но по сей день он находит применение как в боевых ракетах, так и в космической технике. Также этот двигатель ввиду своей простоты активно используется в любительском ракетостроении.

Первый американский космический корабль Меркурий был оборудован шестью РДТТ:

Три маленьких отводят корабль от ракеты-носителя после отделения от нее, а три больших — тормозят его для схода с орбиты.

Самый мощный РДТТ (и вообще самый мощный ракетный двигатель в истории) — это боковой ускоритель системы Спейс шаттл, развивавший максимальную тягу 1400 тонн. Именно два этих ускорителя давали столь эффектный столб огня при старте челноков. Это хорошо видно, например, на видеозаписи старта челнока Атлантис 11 мая 2009 года (миссия STS-125):

Эти же ускорители будут использованы в новой ракете SLS, которая будет выводить на орбиту новый американский корабль Орион. Сейчас можно увидеть записи с наземных испытаний ускорителя:

Также РДТТ установлены в системах аварийного спасения, предназначенных для увода космического корабля от ракеты в случае аварии. Вот, например, испытания САС корабля Меркурий 9 мая 1960 года:

На космических кораблях Союз кроме САС установлены двигатели мягкой посадки. Это тоже РДТТ, которые работают доли секунды, выдавая мощный импульс, гасящий скорость снижения корабля почти до нуля перед самым касанием поверхности Земли. Срабатывание этих двигателей видно на записи посадки корабля Союз ТМА-11М 14 мая 2014 года:

Главным недостатком РДТТ является невозможность управления тягой и невозможность повторного запуска двигателя после его останова. Да и останов двигателя в случае с РДТТ по факту остановом не является: двигатель либо прекращает работу по причине окончания топлива либо, в случае необходимости остановить его раньше, производится отсечка тяги: специальным пиропатроном отстреливается верхняя крышка двигателя и газы начинают выходить с обоих его торцов, обнуляя тягу.

Следующим мы рассмотрим гибридный двигатель. Его особенность в том, что используемые компоненты топлива находятся в разных агрегатных состояниях. Чаще всего используется твердое горючее и жидкий или газообразный окислитель.

Вот, как выглядит стендовое испытание такого двигателя:

Именно такой тип двигателя применен на первом частном космическом челноке SpaceShipOne.
В отличие от РДТТ ГРД можно повторно запускать и регулировать его тягу. Однако, не обошлось и без недостатков. Из-за большой камеры сгорания ГРД невыгодно ставить на большие ракеты. Также ГРД склонен к «жёсткому старту», когда в камере сгорания накопилось много окислителя, и при зажигании двигатель даёт за короткое время большой импульс тяги.

Ну а теперь рассмотрим самый широко применяемый в космонавтике тип ракетных двигателей. Это ЖРД — жидкостные ракетные двигатели.

В камере сгорания ЖРД смешиваются и сгорают две жидкости: горючее и окислитель. В космических ракетах применяются три топливно-окислительные пары: жидкий кислород + керосин (ракеты Союз), жидкий водород + жидкий кислород (вторая и третья ступени ракеты Сатурн-5, вторая ступень Чанчжэн-2, Спейс шаттл) и несимметричный диметилгидразин + тетраоксид азота (ракеты Протон и первая ступень Чанчжэн-2). Сейчас также проводятся испытания нового вида топлива — жидкого метана.

Преимуществами ЖРД являются малый вес, возможность регулирования тяги в широких пределах (дросселирование), возможность многократных запусков и больший удельный импульс по сравнению с двигателями других типов.

Главным недостатком таких двигателей является умопомрачительная сложность конструкции. Это у меня на схеме все просто выглядит, а на самом деле при конструировании ЖРД приходится сталкиваться с целым рядом проблем: необходимость хорошего перемешивания компонентов топлива, сложность поддержания высокого давления в камере сгорания, неравномерность горения топлива, сильный нагрев стенок камеры сгорания и сопла, сложности с зажиганием, коррозионное воздействие окислителя на стенки камеры сгорания.

Для решения всех этих проблем применяется множество сложных и не очень инженерных решений, отчего ЖРД зачастую выглядит как кошмарный сон пьяного сантехника, например, этот РД-108:

Камеры сгорания и сопла хорошо видны, но обратите внимание, сколько там всяких трубок, агрегатов и проводов! И все это нужно для стабильной и надежной работы двигателя. Там есть турбонасосный агрегат для подачи топлива и окислителя в камеры сгорания, газогенератор для привода турбонасосного агрегата, рубашки охлаждения камер сгорания и сопел, кольцевые трубки на соплах для создания охлаждающей завесы из топлива, патрубок для сброса отработанного генераторного газа и дренажные трубки.

Более подробно работу ЖРД мы рассмотрим в одной из следующих статей, а пока переходим к последнему типу двигателей: однокомпонентному.

Работа такого двигателя основана на каталитическом разложении пероксида водорода. Наверняка многие из вас помнят школьный опыт:

В школе используется аптечная трехпроцентная перекись, а вот реакция с использованием 37% перекиси:

Видно, как из горлышка колбы с силой вырывается струя пара (в смеси с кислородом, разумеется). Чем не реактивный двигатель?

Двигатели на перекиси водорода используют в системах ориентации космических аппаратов, когда большое значение тяги не нужно, а простота конструкции двигателя и его малая масса очень важны. Разумеется, используемая концентрация перекиси водорода далеко не 3% и даже не 30%. Стопроцентная концентрированная перекись дает в ходе реакции смесь кислорода с водяным паром, нагретую до полутора тысяч градусов, что создает высокое давление в камере сгорания и высокую скорость истечения газа из сопла.

Простота конструкции однокомпонентного двигателя не могла не привлечь к себе внимание ракетчиков-любителей. Вот пример любительского однокомпонентного двигателя: http://mosgird.ru/102/01/401.htm.

Работу однокомпонентных ЖРД можно увидеть на примере двигателей причаливания и ориентации космического корабля Союз ТМА-18М (съемка с борта МКС):

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о