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°С один-два часа. Тут главное - соблюдение температурного режима. При более высокой температуре селитра расплавится и станет непригодна к дальнейшему процессу. Сорбит (заменитель сахара] продается и в аптеках, и в продуктовых супермаркетах. Температура плавления чистого сорбита - 125°С, и по этой температуре его можно отличить от моногидрата сорбита, который иногда продается тоже под видом сорбита. Моногидрат плавится при 84°С и для топлива не годится.
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.
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°С. Перегревать топливо не следует, потому что при 140°С 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.
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.
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.
Схема движка представлена на Рис.1. И сразу первое правило:
1) ничего не делать «на глаз» .
Необходим простейший набор измерительных и чертежных инструментов: линейка, штангенциркуль, карандаш.
Корпус двигателя делается из 10-ти слоев высококачественной офисной бумаги. Для этого из стандартного листа А4
отрезаются по длине две полоски шириной 69 мм. Далее берется оправка – ровный гладкий и прочный,
лучше металлический, стержень (или трубка) длиной более 80 мм и диаметром 15 мм.
Чтобы корпус не прилипал к оправке, можно отрезать кусок широкого скотча по длине оправки и накатать
его на оправку в поперечном направлении.
Затем на оправку наматываются последовательно
полоски бумаги, которые в процессе намотки обильно, без пропусков, промазываются силикатным клеем.
Прилегающую к оправке сторону первого витка промазывать клеем, конечно, не надо.
Наматывать, точнее, накатывать бумагу надо на твердой ровной поверхности, так, чтобы витки ложились
друг на друга практически без сдвига и очень плотно, без пузырей.
Подложите газетный лист, чтобы не только сохранить в чистоте
поверхность, но и убрать излишки клея, выделяющиеся в процессе накатки.
Чтобы не было сдвига витков, я рекомендую сначала накатать полоску «всухую»,
так чтобы она правильно пошла, затем сделать аккуратный «откат» до первого витка,
не отрывая оправку от стола, затем опять начать накатку уже с промазкой клеем. Обязательно надо
промазать начальный край полоски так, чтобы он четко приклеился на первом витке. Нужен, конечно, некоторый
опыт, чтобы эта операция удалась. Однако некондиционные корпуса не выбрасывайте. Они пригодятся для
подгонки диаметра сопла, заглушки, для изготовления разных кондукторов и стопорных колец.
После того как полосы проклеены, можно прокатать корпус на оправке с помощью ровной досочки, чтобы
уплотнить витки. Делать это надо только в направлении намотки.
После этого неплохо прогнать еще сырой корпус через внешнюю оправку – металлический цилиндр с
внутренним диаметром 18 мм. Корпус движка должен достаточно плотно проходить через эту оправку, этого
надо добиться обязательно, поскольку в дальнейшем придется проводить набивку корпуса топливом, что без
плотно сидящей внешней оправки делать нельзя. Если такую трубку найти не удастся, надо будет изготовить
внешнюю оправку намоткой не менее 15-ти слоев офисной бумаги на уже готовый корпус двигателя, так – же
на силикатном клею.
Слегка подсушив корпус, надо снять его с оправки предварительно провернув против намотки.
Дальше, пока корпус полностью не высох надо вставить с одной стороны готовое сопло. Для этого конечно необходимо,
чтобы сопло уже было подготовлено.
Итак, изготавливаем сопло. Рекомендую сделать сразу два сопла, далее будет понятно почему. Обычно
несложно найти деревянный стержень диаметром 16-18 мм, лучше из твердого дерева вроде бука или граба.
Аккуратно торцуем его, т.е. делаем ровный перпендикулярный оси спил на одном конце. Для этого
надо отрезать ровную полосу ватмана, шириной ~100мм и плотно намотать на стержень точно виток над витком.
По краю этой намотки постепенно поворачвая стержень и удерживая ватман на месте делаем круговой пропил.
Слегка зачистив шкуркой место спила получаем четкий торец.
Здесь мы подошли вплотную ко второму правилу, непосредственно вытекающему из первого:
2) при любых операциях требующих геометрической точности использовать всевозможные оправки, шаблоны, кондукторы .
Торцанув деревяшку, по той же схеме отпиливаем от нее цилиндр высотой 12 мм.
В этой заготовке по центру вдоль оси сверлим отверстие диаметром 4,0мм.
Делать это лучше на сверлильном станке, хотя бы сделанном из дрели со специальной сверлильной подставкой.
Она не слишком дорогая, но позволяет делать вертикальное сверление. Если такого устройства нет, можно
использовать любой простейший кондуктор, в конце концов сделать сверление вручную. Особая точность в данном
случае не нужна, поскольку фишка в следующей технологии. Просверлить заготовку по центру не удастся даже
на сверлильном станке. Поэтому я просто надеваю заготовку на шпильку М4 и зажимаю с двух сторон гайками.
Затем зажав в патрон дрели, обтачиваю до нужного диаметра (15 мм) напильником и шкуркой.
Если есть отклонения от перпендикулярного направления относительно оси торцевых поверхностей,
это тоже можно поправить при обточке.
Дрель для этого надо, конечно, как-то закрепить на столе, такие приспособления тоже есть в продаже.
После такой операции отверстие сопла находится точно по центру.
На боковой поверхности сопла, так же на дрели, по центру
делаем проточку квадратным или круглым надфилем глубиной 1,0-1,5мм. Подгонку диаметра лучше всего делать,
имея заготовку корпуса двигателя, можно некондиционную, которые у вас появятся в процессе
производства. Наконец сопло готово. Оно не отличается жаропрочностью и в процессе работы движка прогорает до
диаметра 6 - 6,5 мм. Некоторые называют такие движки даже бессопловыми. Я бы не совсем с этим согласился,
поскольку это простейшее сопло все-таки обеспечивает четко направленный стартовый вектор тяги. Кроме того,
такое сопло «автоматом» регулирует давление в движке, позволяя простить некоторые ошибки начинающих
ракетомоделистов.
Теперь надо изготовить заглушку. Это то же сопло, но без центрального отверстия.
Тут можно придумать разные технологии изготовления.
Проще всего использовать в качестве заглушки еще одно сопло, только под него при сборке придется подложить,
например, советскую копейку, ее диаметр как раз 15 мм, или залить отверстие эпоксидкой после установки в корпус.
К тому же оно пригодится для центровки основного сопла.
Первый этап сборки двигателя - установка сопла. Делать это надо пока корпус еще не просох, т.е.
практически сразу после намотки.
Сопло устанавливается в корпус с одного торца на силикатном клею заподлицо
с краем корпуса.
Вот мы и подошли к третьему правилу:
3) строго соблюдать соосность всех центральных каналов и осевую симметричность всех деталей ракеты .
Конечно, это правило интуитивно понятно, но частенько про
него забывают.
Гарантий, что канал сопла направлен строго по оси нет, поэтому делаем простейший кондуктор.
Для этого с противоположной стороны корпуса двигателя вставляем еще одно сопло(которое мы приготовили для заглушки),
без клея естественно, и соединяем
оба сопла металлическим стержнем диаметром 4,0мм. Соосность обеспечена.
Давление при работе в таком несложном движке
может достигать 10 атмосфер, поэтому надеяться, что клей удержит сопло, мы не будем, а сделаем так
называемую «перетяжку». Для этого делаем круговую линию на корпусе, отступив 6мм от края движка со стороны сопла,
отметив, таким образом, положение боковой проточки сопла.
Далее берем прочную капроновую веревку толщиной 3-4 мм,
привязываем ее к чему-то прочно-неподвижному, я, например, к гире 20 кг которую еще удерживаю ногой.
Делаем один оборот веревки по отмеченной линии и, удерживая движок перпендикулярно веревке, сильно натягиваем.
Чтобы не порезать руку можно привязать к концу веревки какую-нибудь палку.
Операцию повторяем несколько раз, провернув движок относительно оси,
пока не образуется четкая канавка-перетяжка. Промазываем ее клеем и наматываем 10 витков х/б
нитки №10. Нитку сверху промазываем еще раз клеем. Для завязки нитки очень удобно использовать рыбацкий
узел. Теперь можно считать сопло полностью установленным, надо только хорошенько просушить корпус двигателя
не менее суток.
| | | | р-с | т-у | ф-ц | ш-я
Состав №1: 60% (9KNO 3) + 30% (9СОРБИТА) + 10%(9S)9 - более высокая пластичность
Состав №2: 63% (KNO 3) + 27% (СОРБИТА) + 10%(S) - максимальная удельная тяга
Это ракетное топливо является новой и значительно более усовершенствованной разновидностью сорбитового топлива. Его более высокая скорость горения и высокий удельный импульс, позволяют использовать его как в средних, так и в больших ракетных двигателях. Разработано оно было мною недавно, т.е. доработано, т.к. использовать сорбит в качестве связующего придумал не я. Однако подобные ему составы были опубликованы на некоторых веб-страничках Интернета. Но они так и не стали популярными среди ракетостроителей. И я думаю, что вы знайте почему.
В состав нового сорбитового топлива входит сера, которая участвует в реакции горения:
6C 6 H 14 O 6 + 26KNO 3 +13S = 13K 2 S + 36CO 2 + 13N 2 + 42H 2 O (теоретически)
На самом деле реакция протекает по более сложному механизму, по окислительно-восстановительным свойствам элементов можно утверждать, что в самом начале, реакция будет протекать именно по простому механизму, а уже потом продукты реакции будут взаимодействовать между собой, давая уже другие соединения. Правильное соотношение компонентов обеспечивает высокую эффективность этого топлива. Данное топливо обладает сравнительно высокими энергетическими характеристиками. Дело в том, что сера участвует здесь как восстановитель и вытесняет оставшийся атом кислорода из молекулы K 2 O , вследствие чего увеличивается энергетический выход реакции. К тому же K 2 S не забирает СO 2 , как это делает K 2 O . Выделяющейся энергии хватает на то чтобы сместить равновесие в сторону образования таких низкомолекулярных продуктов, как CO и H 2 . Это способствует значительному увеличению удельной тяги топлива. Таким образом КПД двигателя в среднем повышается на 15 - 20% (по грубым прикидкам), а может и больше. Так что можно сказать что данное ракетное топливо является достойной заменой пороху и обычной карамели.
Недостатками этого топлива по сравнению с обычным сорбитовым, являются: сложность в изготовлении, низкая пластичность, невозможность заливки состава в корпус двигателя, быстрая скорость затвердевания, при недостаточном нагревании сорбита топливо быстро затвердевает. Опыт показал, что данное топливо хорошо приготавливать и использовать в холодное время года, так как влажность в воздухе значительно ниже, чем в летнее время. Пожалуй самой главной проблемой этого топлива является быстрая скорость затвердевания и невозможность заливки топлива прямо в корпус двигателя. Ещё у этого топлива есть очень неприятная вещь - при недостаточном уплотнении массы внутри топливного заряда образуются пустоты, что сильно сказывается на равномерности горения всего заряда. Проще говоря, структура становится пористой, что способствует возникновению аномального горения - неустойчивое прерывистое горение, вызванное уменьшением подвода тепла к непрореагировавшему топливу, длящееся от нескольких долей до 2 секунд . Особенно эта проблема характерна только для малых двигателей, с зарядом топлива 30 - 35 грамм - запрессовка "Мощной карамели" в такие двигатели - работа весьма кропотливая и сложная, ну а на больших двигателях такая вещь практически не сказывается, т.к относительно всего объёма топлива воздушные пустоты незначительны. Хоть это топливо и быстро затвердевает, но эту проблему можно легко устранить, поставив ёмкость с топливом на разогретую песчаную баню. Это очень удобный способ, ну смотрите не переборщите с температурой, а то сера в топливе расплавится и смесь станет неоднородной.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ
По началу, при его изготовлении, возникали серьёзные проблемы. Трудно было найти баланс между температурой плавления сорбита и температурой плавления серы, а при смешивании расплавов обоих компонентов топливо получалось крайне не однородным. Был рассмотрен вариант с использованием глицерина, чтобы масса сохраняла пластичность длительное время. Но использование глицерина приводило к снижению прочности топливной шашки и повышенной гидроскопичности.
Сорбит при сильном нагревании и последующим охлаждении затвердевает не сразу и сохраняет пластичность достаточно длительное время, которого хватает на заправку 2 - 3 небольших двигателей. Сорбит должен быть разогрет до достаточно высокой температуры (около t кип). Когда я его разогреваю до такой температуры, то он немного дымит, становится прозрачным (слегка желтоватым), и на дне образуются небольшие пузырьки, что свидетельствует о начале кипения.
Перед тем, как вы начнёте плавить сорбит следует заранее приготовить все компоненты.
1. Сначала отвесьте необходимую порцию сорбита и отложите его подальше от места работы
2. Далее вам нужно будет измельчить нитрат калия. Перед помолом его следует тщательно просушить, можно на батарее, но я просушивал в печке при t ≈ 200 0 C , больше этой температуры нельзя, т.к. начинается его плавление и затем разложение. Просушенный нитрат калия легче измельчается и меньше прилипает к стенкам электрокофемолки, нежели влажный. Помол я производил в электрокофемолке где-то секунд 40 . Если он прилип к стенкам, то его можно соскоблить ватными палочками или руками, только не голыми, а используя одноразовые перчатки.
3. После помола отвесьте необходимую порцию селитры и поместите в чистую баночку, я использовал пластиковую, т.к. к стеклу он у меня прилипал.
Сера, которая я используется в топливе, содержит уголь в следующем соотношении:
100% (S)
+ 5% (С) (по массе)
.
При использовании угля масса образует меньше комочков, становится более
рассыпчатой и практически не прилипает к стенкам электрокофемолки во время
помола. Однако нужно молоть с перерывами, чтобы сера не расплавилась от
излишнего трения. После помола она остаётся сильно наэлектризованной и будет
образовывать комочки. Как я заметил, требуется достаточно длительное
время, чтобы сера стала рассыпчатой после помола, так что производить её помол
следует заранее. ()
5. Только после того, как вы всё отмерили можно плавить сорбит. Для этих целей я использовал мою любимую миниатюрную печь, но когда у меня её не было я обходился плитой. Сорбит помещается в металлическую ёмкость, а лучше в ёмкость из нержавеющей стали (лично я использую кружку из нержавейки, которую я приобрёл в магазине "Всё для рыбалки и охоты" ) и нагревается до температуры, приближённой к температуре его кипения.
6. Затем в него добавляется мелкоизмельчённый и просушенный нитрат калия (калийная селитра). Перед тем как вы её будете засыпать, хорошенько встряхните пузырёк с селитрой, чтобы она стала более рассыпчатой.
7. Смесь перемешивается до полной однородности. При таком соотношении селитры и сорбита смесь начинает быстро затвердевать, поэтому вам придётся снова разогреть содержимое стакана, до тех пор пока смесь не станет пригодной к перемешиванию.
8. После того как смесь остынет до температуры, которая ниже температуры плавления серы, в неё добавляют саму серу. Температуру можно проверить, бросив небольшое количество серы в выше полученную смесь селитры и сорбита, если температура слишком велика, то сера будет плавиться и образовывать мелкие, блестящие капельки на поверхности. Перемешивать все компоненты нужно очень быстро, чтобы смесь не успела затвердеть.
10. После этого вытащить пластичную массу (желательно использовать одноразовые полиэтиленовые перчатки) ножом или другим металлическим предметом. Смесь также следует соскоблить и со стенок кружки и всё ещё раз перемять руками для большей однородности (использовать полиэтиленовые перчатки!).
Хочу заметить, что топливо начинает быстро затвердевать, поэтому я снова помещаю его кружку и ставлю в прогретую печь, но только уже выключенную, т.к. она сохранила в себе тепло и отлично помогает сохранять температуру расплава топлива и оно не остаётся пластичным достаточно долгое время. В печь можно также положить какие-нибудь теплоёмкие материалы: чистый сухой песок, металлически гайки, гвозди, отлично подойдёт свинец. По мере необходимости кусочки топлива отщипываются от основной массы и тщательно запрессовываются в корпус двигателя.
Производить запрессовку топлива следует малыми порциями, потому что если топливо запрессовывать не под достаточным давлением, то внутри топливной шашки останется много пузырьков воздуха. Как показал опыт для запрессовки лучше использовать графитовую палочку пропитанную парафином, и с отполированным кончиком. Для этих целей так же подойдёт фторопласт, однако топливо всё равно к нему прилипает и желательно иметь по рукой тряпочку с помощью которой вы будете удалять налёт. Все работы желательно проводить в сухом помещении. Как я уже отметил, данное топливо больше подойдёт на изготовление крупных топливных зарядов (от 70г ) для больших двигателей.
От автора: Я не знаю, станет ли данное топливо популярным среди ракетостроителей и химиков, но в ходе длительной работы с ним я пришёл, что это единственное мощное топливо, которое можно получить без особого труда, по сравнению с перхлоратным. А более низкое содержание сорбита делают его немного более выгодным в использовании, если конечно у вас сера стоит дешевле, чем сорбит. С первого раза, приготовить его так как надо, у вас не получится, но в ходе длительной работы с ним, вы действительно увидите разницу. Возможно вам покажется, что данный способ изготовления этого топлива небезопасен, но за всю мою практику не было ни одного ЧП , потому что я строго соблюдаю чистоту реактивов и не допускаю попадания веществ, которые воспламеняются ниже 200 0 C . При строгом соблюдении чистоты рабочего места данный способ является сравнительно безопасным.
Внимание! Если у вас есть какие-то замечания, вопросы или предложения по данной теме, просьба сообщить мне об этом.
Иногда хочется чего-то странного. Вот, недавно меня потянуло на ракетомоделизм. Так как я строю ракеты на нубовском уровне, для меня ракета состоит из двух частей – двигателя и корпуса. Да, я знаю, что все намного сложнее, но даже с таким подходом ракеты летают. Естественно, вам интересно, как делается двигатель.
Хочу предупредить, что если вы соберетесь повторить то, что написано в этой статье, то будете делать это на свой страх и риск. Я не гарантирую точность или безопасность предложенной методики.
Для корпуса двигателя я использую толстостенные ПВХ трубы диаметром 3/4 дюйма. Трубы такого диаметра относительно дешевы и широкодоступны. Лучше всего трубы режутся специальными ножницами. Я очень много намучался, пытаясь резать такие трубы электролобзиком – всегда получалось очень криво.
Трубу я размечаю так:
Все размеры в дюймах. кто не знает, размер в дюймах нужно умножить на 2.54 и получится размер в сантиметрах. Эти размеры я нашел в замечательной книге
Там есть и куча других конструкций. Верхний кусок двигателя (который пустой) я не делаю. Там должен быть вышибной заряд для парашюта, мне пока далеко до этого.
Отрезанный кусок трубы вставляется в специальную приспособу. Покажу все приспособы сразу, дабы не возникало вопросов:
Длинная палка играет роль “пестика” Ей утрамбовывается глина и топливо. Вторая деталька – это кондуктор. Он служит для того, чтобы просверлить сопло точно по центру двигателя. Вот их чертежи:
Сверло используется длинное – длинной 13см. Его как раз хватает для того, чтобы просверлить канал через все топливо.
Теперь нужно замешивать топливо. Я использую стандартную “карамельку” – сахар и селитра в соотношении 65 селитры/35сахара. Плавить карамель я не хочу – занятие это рискованное, да и не стоит это того геморроя. Я не пытаюсь вытянуть из топлива все возможное. Это ведь любительское ракетостроение. Я просто смешиваю сахарную пудру и селитру в порошках:
Забиваем порошок по разметку. Бить нужно довольно сильно.
Забивка топлива и заглушки ничем не отличается. Кажется, что по топливу стучать опасно, но карамелька трудно воспламеняется даже от спички. Естественно, базовые меры предосторожности соблюдать стоит – не склонятся над двигателем, работать в защитной маске, итп.
Последние 5мм заглушки я оставляю для термоклея. Я несколько раз пробовал сделать ракету без заглушки из термоклея, верхнюю пробку вырывало давлением. Термоклей обладает отличной адгезией к пластику и не успевает расплавится при горении двигателя.
Сверлим сопло через кондуктор:
Топливо очень плохо сверлится – сахар плавится и липнет на сверло, поэтому его приходится часто вытаскивать и счищать налипшее топливо. Проверяем сопло:
Заливаем последние 5мм трубки и ее торец термоклеем
Все, двигатель готов. Вот так выглядит двигатель на статических испытаниях. К сожалению, видео не показательно – в этом двигателе канал был просверлен на половину, и фотоаппарат не правильно записал звук. В реале “рев” двигателе очень громкий и серьёзный, а не такой игрушечный как на записи.
Мало кто из моих ровесников не увлекался постройкой моделей ракет. Может, сказывалось всемирное увлечение человечества пилотируемыми полетами, а может, кажущаяся простота постройки модели. Картонная трубка с тремя стабилизаторами и головным обтекателем из пенопласта или бальсы, согласитесь, намного проще даже элементарной модели самолета или автомобиля. Правда, энтузиазм большинства молодых Королевых, как правило, улетучивался на этапе поиска ракетного двигателя. Оставшимся ничего не оставалось, как осваивать азы пиротехники.
Александр Грек
Между Главным конструктором наших ракет Сергеем Королевым и Главным конструктором наших ракетных двигателей Валентином Глушко шла негласная борьба за звание Самого Главного: кто же действительно важнее, конструктор ракет или двигателей для них? Глушко приписывают крылатую фразу, якобы брошенную им в разгар такого спора: «Да я к своему двигателю забор привяжу — он на орбиту выйдет!» Впрочем, эти слова — отнюдь не пустое бахвальство. Отказ от «глушковских» двигателей привел к краху королевской лунной ракеты H-1 и лишил СССР каких-либо шансов на победу в лунной гонке. Глушко же, став генеральным конструктором, создал сверхмощную ракету-носитель «Энергия», превзойти которую до сих пор никому не удается.
Двигатели из патронов
Та же закономерность работала и в любительском ракетостроении — выше летала ракета, у которой был более мощный двигатель. Несмотря на то что первые ракетомодельные двигатели появились в СССР еще до войны, в 1938 году, Евгений Букш, автор вышедшей в 1972 году книги «Основы ракетного моделизма», взял за основу такого двигателя картонную гильзу охотничьего патрона. Мощность определялась калибром исходной гильзы, а производились двигатели двумя пиротехническими мастерскими ДОСААФ вплоть до 1974 года, когда было принято решение об организации в стране ракетомодельного спорта. Для участия в международных соревнованиях потребовались двигатели, подходящие по своим параметрам под требования международной федерации.
Их разработка была поручена Пермскому НИИ полимерных материалов. Вскоре была выпущена опытная партия, на основе которой и начал развиваться советский ракетомодельный спорт. С 1982 года с перебоями заработало серийное производство двигателей на государственном казенном заводе «Импульс» в украинской Шостке — в год выпускали 200−250 тысяч экземпляров. Несмотря на жесткий дефицит таких двигателей, это был период расцвета советского любительского модельного ракетостроения, который закончился в 1990 году одновременно с закрытием производства в Шостке.
Двигательный тюнинг
Качество серийных двигателей, как нетрудно догадаться, для серьезных соревнований не годилось. Поэтому рядом с заводом в 1984 году появилось мелкосерийное опытное производство, обеспечивавшее своей продукцией сборную страны. Особенно выделялись двигатели, частным образом изготовленные мастером Юрием Гапоном.
А в чем, собственно, сложность производства? По своей сути ракетомодельный двигатель — простейшее устройство: картонная трубка с запрессованным внутри дымным порохом марки ДРП-3П (дымный ружейный порох 3-й состав для прессованных изделий) с керамической заглушкой с соплом-дыркой с одной стороны и пыжом с вышибным зарядом — с другой. Первая проблема, с которой не справлялось серийное производство, — точность дозировки, от которой зависел и конечный суммарный импульс двигателя. Вторая — качество корпусов, которые часто давали трещины при прессовании под давлением в три тонны. Ну и третья — собственно, качество запрессовки. Впрочем, проблемы с качеством возникали не только в нашей стране. Не блещут им и серийные ракетомодельные двигатели другой великой космической державы — США. А лучшие модельные двигатели делают микроскопические предприятия в Чехии и Словакии, откуда их контрабандой провозят для особо важных мероприятий.
Тем не менее при социализме двигатели, пусть неважные и с дефицитом, но были. Сейчас же их нет вообще. Отдельные детские ракетомодельные студии летают на старых, еще советских запасах, закрывая глаза на то, что срок годности давно вышел. Спортсмены пользуются услугами пары мастеров-одиночек, а если повезет, то и контрабандными чешскими двигателями. Любителям же остается единственный путь — перед тем как стать Королевым, сначала стать Глушко. То есть делать двигатели самим. Чем, собственно, и занимались я и мои друзья в детстве. Слава богу, пальцы и глаза у всех остались на месте.
Из всех искусств
Из всех искусств для нас важнейшим является кино, любил поговаривать Ильич. Для ракетомоделистов-любителей середины прошлого века — тоже. Ибо кино- и фотопленка того времени делалась из целлулоида. Туго свернутая в небольшой рулончик и засунутая в бумажную трубку со стабилизаторами, она позволяла взлететь простейшей ракете на высоту пятиэтажного дома. У таких двигателей было два главных недостатка: первый — небольшая мощность и, как следствие, высота полета; второй — невозобновимость запасов целлулоидной пленки. Например, фотоархива моего отца хватило всего на пару десятков запусков. Сейчас, кстати, жалко.
Максимальная высота при фиксированном суммарном импульсе двигателя достигалась при кратковременном четырехкратном скачке мощности на старте и дальнейшем переходе на ровную среднюю тягу. Скачок тяги достигался формированием отверстия в топливном заряде.
Второй вариант двигателей собирался, так сказать, из отходов деятельности Советской армии. Дело в том, что при стрельбах на артиллерийских полигонах (а один из них как раз находился неподалеку от нас) метательный заряд при выстреле выгорает не до конца. И если хорошенько поискать в траве перед позициями, можно было найти довольно много трубчатого пороха. Самая несложная ракета получалась в результате простого заворачивания такой трубки в обычную фольгу от шоколадки и поджигания с одного конца. Летала такая ракета, правда, невысоко и непредсказуемо, зато весело. Мощный двигатель получался при собирании длинных трубок в пакет и заталкивании их в картонный корпус. Из обожженной глины изготавливалось и примитивное сопло. Работал такой двигатель очень эффектно, поднимал ракету довольно высоко, но часто взрывался. К тому же на артиллерийский полигон не особо походишь.
Третий вариант представлял собой попытку почти промышленного изготовления ракетомодельного двигателя на самодельном дымном порохе. Делали его из калиевой селитры, серы и активированного угля (он постоянно заклинивал родительскую кофемолку, на которой я его измельчал в пыль). Признаюсь честно, мои пороховые двигатели работали с перебоями, поднимая ракеты всего на пару десятков метров. Причину я узнал лишь пару дней назад — запрессовывать двигатели нужно было не молотком в квартире, а школьным прессом в лаборатории. Но кто бы, спрашивается, меня в седьмом классе пустил запрессовывать ракетные двигатели?!
Два редчайших двигателя, которые удалось достать «ПМ»: МРД 2, 5−3-6 и МРД 20−10−4. Из советских запасов ракетомодельной секции в Детском доме творчества на Воробьевых горах.
Работа с ядами
Вершиной же моей двигателестроительной деятельности стал довольно ядовитый двигатель, работавший на смеси цинковой пыли и серы. Оба ингредиента я выменял у одноклассника, сына директора городской аптеки, на пару резиновых индейцев, самую конвертируемую валюту моего детства. Рецепт я почерпнул в жутко редкой переводной польской ракетомодельной книжке. И двигатели набивал в папином противогазе, который хранился у нас в кладовке, — в книжке особый упор делался на токсичность цинковой пыли. Первый пробный запуск был проведен в отсутствие родителей на кухне. Столб пламени из зажатого в тисках двигателя с ревом устремился к потолку, прокоптив на нем пятно диаметром в метр и наполнив квартиру таким вонючим дымом, с каким не сравнится и коробка выкуренных сигар. Вот эти-то двигатели и обеспечили мне рекордные запуски — метров, наверное, на пятьдесят. Каково же было мое разочарование, когда через двадцать лет я узнал, что детские ракеты нашего научного редактора Дмитрия Мамонтова летали в разы выше!
1, 2, 4) При наличии заводского ракетного двигателя с постройкой простейшей ракеты справится и школьник начальных классов. 3) Продукт самодеятельного творчества — двигатель из патронной гильзы.
На удобрениях
Двигатель Дмитрия был проще и технологичнее. Основной компонент его ракетного топлива — это натриевая селитра, которая продавалась в хозяйственных магазинах как удобрение в мешках по 3 и 5 кг. Селитра служила окислителем. А в качестве горючего выступала обычная газета, которая и пропитывалась перенасыщенным (горячим) раствором селитры, а затем высушивалась. Правда, селитра в процессе сушки начинала кристаллизоваться на поверхности бумаги, что приводило к замедлению горения (и даже гашению). Но тут вступало в действие ноу-хау — Дмитрий проглаживал газету горячим утюгом, буквально вплавляя селитру в бумагу. Это стоило ему испорченного утюга, но зато такая бумага горела очень быстро и стабильно, выделяя большое количество горячих газов. Набитые свернутой в тугой рулон селитрованной бумагой картонные трубки с импровизированными соплами из бутылочных пробок взлетали на сотню-другую метров.
Карамель
Параноидальный запрет российских властей на продажу населению разных химреактивов, из которых можно изготовить взрывчатку (а ее можно изготовить практически из всего, хоть из древесных опилок), компенсируется доступностью через интернет рецептов практически всех видов ракетного топлива, включая, например, состав горючего для ускорителей «Шаттла» (69,9% перхлората аммония, 12,04% полиуретана, 16% алюминиевой пудры, 0,07% оксида железа и 1,96% отвердителя).
Картонные или пенопластовые корпуса ракет, топливо на основе пороха кажутся не очень серьезными достижениями. Но как знать — может, это первые шаги будущего конструктора межпланетных кораблей?
Безусловным хитом любительского ракетного двигателестроения сейчас являются так называемые карамельные двигатели. Рецепт топлива прост до неприличия: 65% калиевой селитры KNO3 и 35% сахара. Селитра подсушивается на сковородке, после чего измельчается в обычной кофемолке, медленно добавляется в расплавленный сахар и застывает. Итогом творчества становятся топливные шашки, из которых можно набирать любые двигатели. В качестве корпусов двигателей и форм прекрасно подходят стреляные гильзы от охотничьих патронов — привет тридцатым! Гильзы в неограниченном количестве есть на любом стрелковом стенде. Хотя признанные мастера рекомендуют использовать не сахарную, а сорбитовую карамель в тех же пропорциях: сахарная развивает большее давление и, как следствие, раздувает и прожигает гильзы.
Назад в будущее
Ситуация, можно сказать, вернулась в 1930-е годы. В отличие от других видов модельного спорта, где недостаток отечественных двигателей и прочих комплектующих можно компенсировать импортом, в ракетомодельном спорте это не проходит. У нас ракетомодельные двигатели приравниваются к взрывчатым веществам, со всеми вытекающими условиями по хранению, транспортировке и провозе через границу. Не родился еще на земле русской человек, способный наладить импорт таких изделий.
Выход один — производство на родине, благо технология тут вовсе не космическая. Но заводы, имеющие лицензии на производство таких изделий, за них не берутся — им этот бизнес был бы интересен лишь при миллионных тиражах. Вот и вынуждены начинающие ракетомоделисты из крупнейшей космической державы летать на карамельных ракетах. Тогда как в Соединенных Штатах сейчас стали появляться уже многоразовые модельные ракетные двигатели, работающие на гибридном топливе: закись азота плюс твердое горючее. Как вы думаете, какая страна лет через тридцать полетит к Марсу?
