RonniekGC: Блог

 

RonniekGC

втянувшийся

Предисловие
Часто так бывает, что в любительском ракетостроении (ракетомоделировании) географические особенности становятся непреодолимой преградой. Примерно в такой же ситуации оказался и я. Но желание оказалось сильнее преград, начались первые работы, первые полеты.
После нескольких полетов стало ясно, что требуется иной подход и адаптация к условиям. И в какой-то момент пришел в тупик. Простейшим подходом стало бы утяжеление ракет и уменьшение двигателей, что снизило бы высоту полета, а значит, увеличило бы шансы ракете вернутся в границы маленького поля. Но это слишком просто и неинтересно, ведь любое увлечение упирается и подпитывается нашим личным «хочу!» и стремлением к совершенству, а в таком случае первого бы не было. Очень уж не хотелось спускаться до уровня громоздких моделей с маленьким МРД. И как тогда быть?
Так появилась идея сделать проект учебных бюджетных ракет, который помог бы развиваться в своем хобби не только мне, но и любому другому новичку. Ведь наверняка я не один такой, кого привлекли ракеты, но условия далеки от идеальных...
Цели проекта
В начале пути (особенно в сложных условиях) особо велики шансы потерять ракету: не нашлась после высокого полета, разбилась при неудачном приземлении, двигатель взорвался. При таком раскладе глупо тратить много средств и усилий на ракету. Особенно, когда не так уж много свободного времени и лишних финансов на хобби. Значит, ракеты такого проекта должны стать в первую очередь простыми и дешевыми. Они должны подходить без проблем под разные двигатели, разные ССР, разное БРЭО и т.д. (то есть - быть модульными/универсальными), ведь почти весь ракетный путь проходит в экспериментах, редко останавливаясь на чем-то. По понятным причинам, быть обязательно транспортабельными, не доставлять проблем с транспортировкой. Неприхотливыми к внешним условиям (которые зачастую далеки от идеала), а значит и надежными. Взлетать такие ракеты должны не высоко для сведения рисков потери к минимуму, НО очень бодро для обеспечения безопасного старта. А главное, чтобы потеря модуля, или ракеты в целом, не представляла серьезной проблемы, и можно было легко повторить потерянный элемент.
Таким образом, нарисовалась группа основных целей проекта:
• Доступность материалов, необходимых для изготовления ракет;
• Минимальная цена этих материалов;
• Простота в производстве ракет;
• Специфический режим полета;
• Модульность всех конструкций и возможность адаптации под разные условия;
• Неприхотливость.
Сам проект в бОльшей степени представляет собой совокупность технических решений, который позже решил назвать «EcoRocket» (economical rocket).
Подчеркиваю, в этих ракетах задачей является не побитие рекордов, а получение ценного ракетного опыта и проверка/отработка различных систем без удара по кошельку. А значит, приоритетами являются не летные характеристики или КМС, а простота, дешевизна, доступность и несколько специфичный режим полета.
 

RonniekGC

втянувшийся

СергейZ> ...попробуй составить уравнение реакции и посчитать отношения...
Продолжение эпопеи с катализатором:
*** Получение оксида железа (III) ***
После неудач с получением катализированной карамели решил подойти к вопросу чуть серьезнее. "Нет худа без добра" начал догадываться о причинах неудач. Изучил нюансы, вновь вспомнил школьную химию, посоветовался на этом форуме, смог пообщаться с учителем по химии.
В итоге мне удалось получить точные, по любительским меркам, пропорции и чуть доработать рецепт описанный ракетчиком Rocki на его сайте.
Итак, сначала я нашел формулы этих химических реакций:
I. FeSO4 + 2NaHCO3 = Na2SO4 + FeCO3 + CO2 + H2O
FeSO4 + 2NaHCO3 = Na2SO4 + Fe(OH)2 + 2CO2 (Добавление пищевой (питьевой) соды к раствору железного купороса);
II. 2FeCO3 + 3H2O2 = 2FeO(OH) + CO2 + 2O2 + 2H2O
2FeCO3 + H2O2 + 2H2O = 2Fe(OH)3 + 2CO2

2Fe(OH)2 + 3H2O2 = 2Fe(OH)3 + O2 + 2H2O (Добавление пероксида водорода к 2Fe(OH)2).
Находим необходимые пропорции по молекулярной массе веществ. Все писать не буду, распишу только нужное нам:
I.
(FeSO4) => 55.849+32.064+4*15.999=151.909
(2NaHCO3) => 2*(22.99+1.008+12.011+3*15.999)=168.012
(Fe(OH)2) => 55.849+2*1.008+2*15.999=89.863
Отсюда следует, что соды необходимо в 168.012/151.909=1.106 раза больше, чем купороса в растворе. Исходя из FeSO4 * 7H2O воды в свежем купоросе будет около половины массы. Это необходимо учесть.
Я лично на 40г купороса из свежей пачки взял 27г соды. Ровно этих 27г оказалось достаточно, что бы реакция прекратилась.

В результате мы должны получить сидерита Fe(OH)2 в осадке 89.863/151.909=0.59 от количества купороса.
II.
(2Fe(OH)2) => 2*89.863=179.726
(3H2O2) => 3*(2*1.008+2*15.999)=102.042
(2Fe(OH)3) => 2*(55.849+3*15.999+3*1.008)=213.74
Значит, нам надо добавить пероксида водорода 102,042/179.726=0.57 от количества Fe(OH)2.
Но тут надо учитывать, сколько % пероксида в том, что вы будете добавлять. В моем случае это гидроперит, в котором 30% пероксида. Думаю, тут не составит труда подсчитать, сколько тогда надо гидроперита. На много проще использовать растворы пероксида водорода (3%;6%).
В результате у нас должно получиться 177.71/231.714=0.767 гидроксида железа от количества сидерита.
В результате у нас должно получиться 213.74/179.726=1,189 Fe(OH)3 от количества Fe(OH)2.
В итоге, это можно записать так:
Нужно:
Железного купороса – 40г (В свежем купоросе почти половина воды => его берем почти вдвое больше);
Соды – 43-44г;
Пероксида водорода – 13,5г;
Получим:
Fe(OH)3 – 28,2г.

Теперь само получение:
Воду я использовал дистиллированную (от воды из под крана отказался сразу). Если потом проводить прокаливание в консервной банке, то сначала нужно хорошо прокалить саму банку, чтобы выгорело возможное покрытие банки. Делать это лучше вне дома т.к. возможно будет сильно вонять. Вскипятил 200мл воды в консервной банке. После засыпал и растворил железный купорос.
Соду засыпал по чуть-чуть, периодически поддерживая температуру раствора (он был слегка горячим). В процессе добавления соды, раствор сильно пенится выделяя CO2. Поставил отстаиваться. Как выпал осадок, сливаем раствор с вторичными продуктами реакции. Полученный осадок Fe(OH)2 многократно промыл теплой дистиллированной водой.
Затем снова долил горячей воды и начал добавлять перемолотый гидроперит. В почти высушенный, тщательно промытый осадок добавил раствор пероксида водорода. Пероксид при добавлении распадается на кислород и воду. Убедился в этом проведя простейший тест по совету учителя химии. Тлеющая лучинка (щепка) разгорается, если ее поднести к раствору во время добавления перекиси. Это подтвердило образование Fe(OH)2, а не FeCO3 и, следовательно, правильность формулы.
Ну, а дальше все понятно, изменений никаких. Засыпал, промыл осадок и т.д. а дальше требуется многократная промывка чистой водой, чтобы максимально избавится от вторичных продуктов и не прореагировавших соединений! Затем сушка и прокаливание при высокой температуре.
Не смотря на все это надо учитывать, что в нашей банке будут находиться и появляться и другие продукты. Так там будет и FeO(OH), и FeCO3, и Fe(OH)3 уже на первом этапе.
То есть в любом случае чистый Fe2O3 мы не получим!
Теперь получил практическое подтверждение работоспособности полученного оксида. Причина неудач крылась не в оксиде, а способе получения карамели. Последний тест показал, что полученный таким образом оксид почти не уступает чистому покупному. Разница оказалась незаметна для любительского уровня измерений.
Выделенное - это редактирование с учетом советов, исправлений, полученного опыта.
P.S. В любом случае, покупка готового оксида - самый оптимальный вариант! Цена его еще и дешевле, чем суммарные расходы на получение, если нет необходимых ингредиентов под рукой. И я не советую остальным страдать этой ерундой :DНо если все же нет возможности приобрести готовый оксид, данный способ вам поможет.
 

RonniekGC

втянувшийся

RonniekGC> Также на этом сопле родилась по своему красивая идея герметизации двигателя для хранения, взятая из охотничьего опыта, но о ней в следующем сообщении.
Идея герметизации двигателя.
После сборки двигателя и установки электровоспламенителя сопло вокруг проводов затыкается комочком целлофана или пищевой пленки, тем самым хорошо фиксируя провода. А дальше мы берем парафиновую свечку, поджигаем и капаем пару раз на нашу затычку так, чтобы вся она была покрыта парафином. Точно также можно "запарафинить" и картонную крышку на пиросистеме. Готово!
Если такой двигатель имеет эпоксидные сопло и заглушку, а сам корпус обклеен слоем скотча, или пищевой пленки, то его хоть в кастрюле с водой искупай, это ничем не грозит (что уже лично мной было опробовано!) :D Это очень ценное преимущество. А чтобы не выдрать случайно воспламенитель из двигателя, его концы достаточно загнуть и временно привязать/примотать к корпусу (я просто загибал и заворачивал в пищевую пленку сразу весь двигатель с загнутыми проводами).
А еще можно при оставлении на хранение взять шприц с тонкой иглой, под углом диффузора по самому краю ввести иглу через нашу запарафиненную затычку и аккуратно начать откачивать воздух (только полностью откачать, конечно, не получится, лишь часть). Прижимаем к игле у парафина ушную палочку и в момент вытаскивания иглы как бы «закупориваем/зализываем» отверстие парафином. Не могу гарантировать, что это прям значительно скажется на сохранности топлива в моторе, но в какой-то степени помочь должно. Проверить это можно только длииииииительным испытанием, чего я пока не делал.
Что касается пуска, то такая затычка никак не мешает удалению проводов из канала мотора, а возможно даже помогает. Парафин не создает никаких проблем и наверняка моментально удаляется раскаленными газами. Ну и наша незначительная откачка воздуха, точно никак не скажется на воспламенении.
Вот еще одна моя идея представлена вам. Жду ваших оценок и для нее :)
*на фото стендовый двигатель без пиросистемы. Позже его и топил перед испытанием.
P_20160915_131312.jpg (скачать) [4096x2304, 2,3 МБ]
 
P_20160915_131335.jpg (скачать) [4096x2304, 2,4 МБ]
 
 
 

RonniekGC

втянувшийся

Наконец испытал очередную идею и спешу поделиться ей с вами, ракетчики. Интересно узнать вашу оценку :)
Уточняю – эта, как и другие мои идеи, относится к одноразовым моторам, то есть к начальному уровню. Для опытных серьезных ракетолюбителей с многоразовыми моторами и крутыми ракетами она будет мало полезна.
Предисловие: С самого начала моего хобби я столкнулся с множеством проблем, как, наверное, и каждый начинающий ракетчик. Так медленно сформировалось понимание о необходимости на данном этапе создать такой проект двигателей, постройка которых будет максимально проста, максимально быстра, будет требовать минимальных финансовых и моральных затрат, при этом они будут иметь хорошее качество. Главное, чтобы все необходимое для него мог достать любой желающий при необходимости повторить. Идея, о которой идет речь, входит в этот проект.
Большинство из вас знают о "полусопле" и простоте его создания. Просто залил, подождал сутки, готово. В тоже время оно имеет прогнозируемый и не слишком большой разгар. Прекрасно для наших любительских целей.
Так же многие знают о непрогораемых вставках в сопло. Они принимают на себя наибольшую тепловую нагрузку, устойчивы к эрозии и т.д. Тоже прекрасная штука.
Вот и попробовал объединить одно с другим. Я не претендую на авторство идеи! Просто не знал, о том, что это испытано до меня, но для себя открыл ее все же сам.
Суть: На чертеже представлена простейшая оснастка для заливки сопел. Основная форма легко делается из чего угодно (я намотал из бумаги, вставил в кусок пп трубы, покрыл секундным клеем бумагу и обточил до нужной формы). Верхняя часть формы четко подогнана под диаметр шайб (в моем случае М5). "Стаканчик" оснастки тоже можно сделать как угодно, лишь бы была гладкая внутренняя часть (я намотал из бумаги на силикатном клею поверх одного слоя скотча намотанного на оправку обратной стороной). Перед заливкой рабочая часть оснастки хорошо смазывается ЛИТОЛОМ24 (подозреваю, что подойдут и другие густые смазки), толщина слоя на "форме" должна быть 0.2-0.4 мм, на "стаканчике" и 0.1 мм будет достаточно. Только не перебарщиваем. Для заливки используется эпоксидка с алебастром в пропорции 50/50. Получается довольно густая смесь, но работать с ней можно. Для удобства заливки конечно можно слегка нагреть. Смесь заливается до начала крит.сечения, затем надеваются на форму шайбы (в моем сопле использовал 4 не усиленных, сверху одну усиленную). Если шайбы будут разные, то сначала не усиленные и доливаем смеси до верха шайб, затем усиленные и доливаем смеси с небольшим запасом. В зависимости замеса могут появляться пузыри, для этого мы и налили с запасом, потом вся эта "пена" сверху будет просто сточена. Так сопло сохнет 24 часа. После этого вытаскиваем сначала форму из стакана, а затем и снимаем сопло. Если смазки на форме было достаточно, отойдет без проблем. Все липкое просто протираем бумажной салфеткой насухо. Торцы подтачиваем наждачной бумагой или сеткой и готово! Перед вклейкой в двигатель гладкую поверхность надо оцарапать наждачкой.
Результат: Отличное прочное и приятное на вид сопло мы получаем за сутки, потратив на его постройку 10 мин времени, не применяя никаких инструментов, кроме наждачки. Сопло соответственно не имеет разгара критики, но имеет разгар диффузора. Двигатель, имеющий прогрессирующий график тяги, требует сначала меньшего расширения, а затем большего. Наше сопло прекрасно выполняет его прихоти, имея сначала меньшее расширение, затем разгораясь до бОльшего. Нужно только подобрать расширение изначально. Но разгар не идеален по длине, разгораясь больше ближе к критике, меньше к срезу. Получается эдакая парабола в сечение, что сильно не сказывается на эффективности (я так думаю). Разгар на срезе в моем случае составил с 11мм до 12 ±0.5мм, что довольно не плохо. Испытывалось сопло пока на слабом карамельном двигателе (чертеж добавил).
Кстати сопло можно легко дополнить конфузором, но пока я не вижу в этом необходимости.
Недостатков 2, но оба условны: Сопло получается тяжелее керамического, но не на много. И мы ограничены в выборе диаметра критического сечения. Зависит от применяемых шайб.
Также на этом сопле родилась по своему красивая идея герметизации двигателя для хранения, взятая из охотничьего опыта, но о ней в следующем сообщении.
Как мне кажется, это удачное объединение двух хороших идей. Жду ваших оценок и комментариев. Такое явно должно пригодиться многим новичкам.
К сожалению, не додумался сделать фото отработавшего сопла, прошу прощения.
*чертеж стендового двигателя без пиросистемы. Сопло тестировалось на нем
Станок.jpg (скачать) [971x486, 127 кБ]
 
P_20160914_210928.jpg (скачать) [4096x2304, 2,2 МБ]
 
P_20160913_104024.jpg (скачать) [4096x2304, 2,1 МБ]
 
 
 

RonniekGC

втянувшийся

Уважаемые ракетчики. Выношу на ваше рассмотрение для последующей оценки свою идею.
Идея родилась в процессе обсуждения топлив карамельного типа

Твердые ракетные топлива карамельного типа ХII [СергейZ#09.09.16 19:25]

… у меня такой же. … у меня он менее текуч, застывает быстрее. и "рассыпчат" в конце охлаждения. … никакого шлака. … скорее всего. выпаривал как из сорбита, ждал пока пузырьки не начнут всплывать. завтра затестю свои образцы. есть подозрение что в русскоязычных источниках калорийность ксилита указанна не правильно. или по другой методике. за счет чего он калорийнее, не циклов, не двойных связей же нет в нем?// Ракетомодельный
 

Теперь к сути.
Цель "возни" - проверка возможности простым путем, без усложнения конструкции, выжать бОльшие характеристики из стандартного одноразового двигателя с пиротехнической системой выброса парашюта простой/стандартной конструкции. В ходе моего исследования за основу был взят двигатель такой компоновки:
Диаметр камеры сгорания - 20 мм, длина - 158 мм (основной заряд+трассер+4 шайбы воспламенителя по 2мм);
3 шашки стандартной карамели диаметром внешним - 20 мм, внутренним - 8 мм;
Трассер диаметром - 20 мм;
Сопло длинной - 20 мм, массой - 4 г;
Заглушка длинной - 20 мм, массой - 5 г;
Корпус длинной - 198 мм, толщина зависит от давления.

Для исследования позволил себе некоторые пренебрежения и условности:
Скорость горения карамели с НК - 2.7 мм/сек, с НН, - 0.66 мм/сек. Они имеют равный УИ и равную степень в законе горения (отличается только сг);
Плотность топлива 1.8 г/см3;
Катализатор дает прирост скорости горения 80%;
В конструкции двигателя пиротехническая система упрощена до одного только трассера-замедлителя, т.к. остальное не влияет на характеристики мотора и не будет изменяться в данном исследовании;
Бронировка шашек не учитывается - условно включена в толщину корпуса.

Далее исследуется применение различных трассеров в таком двигателе. Но так, чтобы не изменилась работа самой системы спасения - время замедления было неизменным, а работа замедлителя надежной.
Вариант 1: Стандартный трассер из карамели с НК длинной 30 мм. Длина шашек 40 мм.
Вариант 2: Трассер разбит на 2 части. Активная часть катализированная в 1.8 раз длиннее стандартной. Пассивная часть без изменений - 24 мм обычной карамели, как и в вар.1. Длина шашек уменьшилась (чтобы влезли).
Вариант 3: Трассер из катализированной (для стабильности горения) карамели с НН. Трассер в 2.7/(0.66*1.8)=2,27 раз короче вар.1.
Все записывал в листе Excel, прикладываю скрин для наглядности. Далее расчеты самих двигателей делал в программе Rocki-Motor (выбор программы не имеет особого значения) и в программке расчета прочности корпуса, обе от Rocki.
В результате варианты 1 и 2 практически не имеют отличий. Отличия могут разниться в незначительной степени в ту или иную сторону, в зависимости от диаметра трассера (если бронировку трассера делать толще). А вот вариант 3 дает явный выигрыш в тяге в случаи, если освободившееся пространство будет использовано под основной заряд.
Выводы:
1. Первоначальная мысль "ускорение трассера" не дает практического результата, а лишь приводит к усложнению технологии.
2. Т.к. увеличивать заряд при уменьшении трассера никто не будет (просто сделают трассер меньше, корпус короче), то использование в трассере-замедлителе более медленного топлива даст двигателю выигрыш по массе и длине самого двигателя, но проигрыш по тяге. Потеря тяги будет многократно больше, чем экономия в массе.
3. Из второго вывода => Использование более медленного топлива ТОЛЬКО в замедлителе (пассивной части трассера, не участвующей в образовании тяги) не приведет к потере тяги и даст выигрыш по массе и длине мотора(7-15% экономия массы. В лично моем, не описанном тут, 14%).
В случае, когда хотим выжать максимум для побития рекордов без перехода к другим технологиям, аналогично проекту "Экстрим" ракетчика Rocki, данный способ экономии массы может быть применен ;)
***Разумеется, топливо может использоваться любое. Тут важен только сам принцип. Использование медленного топлива именно в ОБЫЧНОМ трассере (двигателях без пир.систем), думаю, не оправданно из-за более медленного дымообразования (след будет не такой густой). Хотя конечно, это нужно проверять. Возможно и там получим небольшую экономию массы без значительного ущерба дымному следу.
А теперь жду вашего мнения относительно своей идеи:)
Подозреваю, что возможно это было придумано до меня. Но я этого лично пока не встречал.
Var.jpg (скачать) [1340x820, 152 кБ]
 
 
 

в начало страницы | новое
 
Поиск
Настройки
Твиттер сайта
Статистика
Рейтинг@Mail.ru