Solaris_2S_3000: из практики проектирования и постройки ракеты калибра 104 мм.

Учитывая опыт топика - "ГРД: от теории к практике", мне показалось полезным (и, надеюсь, интересным для участников Форума Авиабазы) представить в одном специализированном топике проект твердотопливной одноступенчатой ракеты Solaris_2S_3000 калибра 104 мм с двигателем Ме_3000 на 65/35 KNSu. Вообще-то основной целью субпроекта "Solaris-2006" является постройка 4 ракет из композиционных материалов с РДТТ и гибридными двигателями и прототипами контейнеров с научной аппаратурой для отработки концепции гибридной ракеты - зонда для исследования верхних слоёв атмосферы южного полушария. С уже построенным Solaris_1S_200 калибра 60 мм я вас знакомил, но буду возвращаться к его конструкции, как технологическому демонстратору проекта, по мере изложения материала по этой теме. Одновременно, в уже открытом топике по тематике гибридного двигателя, будут публиковать информацию о ходе разработки и постройки двух гибридных ракет - Solaris_3H_600 и Solaris_4H_5000. Постараюсь делать краткие и иллюстрированные сообщения. Надеюсь на активность всех участников Форума в обсуждении тем представляемых проектов, только, чур, без затяжной и внетемной полемики. Для этого лучше переносить дискуссию в другие, специальные темы Ракетомодельного Форума. Проект не простой и достаточно амбициозный, учитывая как количество изделий, так и их размеры. Буду благодарен за поддержку и деловые советы. На использованные технические предложения обязательно будут сделаны ссылки в публикуемой информации и отчётах. Следующие сообщения уже будут строго техническими. Saludos,
a_centaurus

Solaris_2S_3000 project.

1. Ракетный мотор.

В данном случае ракета делается под готовый мотор. Экспериментальный РДТТ Ме_3000 был спроектирован в нашей группе и изготовлен в мастерских фирмы INVAP S.E. (INVAP - INVAP) в 2002 году. Расчёт делался в SRM-Beta. 2.8 кг 65/35 KNSu топлива при длине шашки 410 мм и диаметре в 76 мм при Kn = 270 и при давлении в камере в 1000 пси должны будут дать It около 3800 N*s , тяге в 2700 N и времени тяги 1.6 с. При этом Ис предполагается около 135 с. Данные расчёта вполне реальны и совпадают с экспериментальными данными тестов этого топлива на моторах до 1.0 кг.
Корпус камеры выточен из безшовной трубы из нерж. стали диаметром 80/82 мм с приливами на торцах до 86 мм. Передняя крышка выполнена из дюралюминия, а сопловый блок из нерж. стали. В области критики оставлен наплыв, для уменьшения эррозии при наземных испытаниях. Крышка и сопловый блок имеют по два о-ринга и удерживаются гексагональными головками (как шпильками) стальных винтов М6 в количестве 12 шт. на каждую сторону. В крышке внутри сделана выборка для установки пироигнитера. Мёртвый вес мотора - 3200 г. Как вы поняли, мотор пока не проходил стендовые испытания, хотя шашка (1 сегмент из 4) 700 г отливалась и сжигалась на воздухе. Теплоизоляция (кроме бронировки) предполагается из 2 мм картонного стакана на силиконовом герметике или резинового с пробкой (листовой материал). Для полевых испытаний мотора изготовлен переносный (40 кг однако) стенд, позволяющий испытывать моторы соплом вверх. На этом стенде были испытаны моторы массой 200, 400 и 1000 г.

На фото представлен мотор Ме_3000 в различных ракурсах.

Красота !

---

a_centaurus> при длине шашки 410 мм

Здесь имеется в виду суммарная длина 4 шашек?

a_centaurus> Крышка и сопловый блок ... удерживаются гексагональными головками (как шпильками) стальных винтов

В каком смысле "удерживаются гексагональными головками"? Вроде бы головки круглые?

пироигнитер - это воспламенитель

Успешных испытаний!
Кстати, когда они намечаются?

Здесь имеется в виду суммарная длина 4 шашек?

Да.

a_centaurus> Крышка и сопловый блок ... удерживаются гексагональными головками (как шпильками) стальных винтов

В каком смысле "удерживаются гексагональными головками"? Вроде бы головки круглые?
Sorry! Плохая формулировка. Винты типа "Allen" имеют гексагональное углубление. А головка у них круглая 11 мм.

пироигнитер - это воспламенитель
......
Успешных испытаний!
Кстати, когда они намечаются?

Пока задача проекта - разработать и изготовить детали в мастерских и собрать планеры 2 ракет (Solaris_2S_3000 и Solaris_3H_600), для которых есть моторы (РДТТ и гибрид 38 калибра). Говоря о данном моторе - подготовить топливо для стендовых испытаний. А там будет видно. Очень много работы по основным проектам, а уже осень на дворе с ветрами и дождём.

 

интересно. желаю успеха.

Эскиз конструкции Ме_3000 есть на сборочном чертеже ракеты проекта Solaris_2S_3000, поэтому отдельно не буду его выкладывать. Здесь представлен СЧ в формате jpg., а на страничке в формате dwg в е_Drawing.exe file. В этой программе (она приходит в комплекте Solid Works) можно смотреть в динамике все известные графические (2Д и 3Д с анимацией )файлы. Програма самозапускающаяся и отправляемая по почте. Один раз установленная позволяет читать более компактные файлы. Так что если у кого есть возможность скачать 2.2 Мб, скачивайте, потом не пожалеете. На фото также представлен моторный отсек ракеты в процессе сборки. Подробнее о нём расскажу в теме: Конструкция планера ракеты. Кстати на третьем фото моторный блок представлен на фоне габаритно-весового макета аргентинского спутника SAC_C, стоящего у меня в лаборатории. Вполне символично. Его FM (flight model) уже 6 год успешно работает на орбите.

Полностью согласен с Ol29 красота , удачных пусков.

Здесь можно посмотреть сборочный чертёж в формате dwg в е_Drawing.exe file.
И спрашивайте, пожалуйста, не стесняйтесь. Понятно-непонятно. Как действует, почему так, а не иначе. Из какого материала. Какая технология. И так далее. Не пишите, чтобы пожелать удачных пусков. Это в другой топик. И пуск здесь будет только один.

http://www.albe76.newmail.ru/Solaris_MEx_3000_public.exe

Впечатляет!
Желаю всяческих удач.

Меня заинтересовало соединение крышек с корпусом, поскольку у похожих двигателей в промышленности используются резбовые соединения. Причина - они немного легче, но зато дороже в исполнении, да и контроль требуется жесткий.

Varban!
В экспериментальном ракетостроении двигатель проектируется под ту номенклатуру материалов, которая имеется в наличии. Мне также больше нравятся резьбовые соединения и в большинстве спроектированных моторов из дюраля я использовал именно их. Однако данная труба имела всего 3 мм толщины при указанном диаметре и резьба там не вписывалась. Поэтому приняли решение использовать болтовое соединение (по головкам болтов), а на трубе оставить приливы, чтобы избежать деформаций и усилить места соединений.

Потрясающий проект!
Удачи!

Очень интересно как реализована система спасения ракеты. Помнится год назад ты выкладывал подробную схему и фото. Это та же конструкция? Можно ее еще раз описать, по возможности с фото.

Да, впервые эта конструкция (инерциальная система выпуска парашюта) была разработана для первой ракеты этого проекта - Solaris_1S_200. На сборочном чертеже я дал полную схему функционирования этой системы. Если чуть потерпишь, то дам подробное описание, когда дойду до топика: Parachute ejection system, в описании проекта планера ракеты. А сейчас тот же узел в миниатюре на ракете калибра 60 мм. Посмотри на фото. Потом выложу видео статических испытаний системы

Solaris_01 parachute ejection system ground test: video

Спасибо, за информацию!
Красивая схема.
Если возможно выложи фото камеры в разобранном состоянии (со снятым поршнем) и обратную сторону поршня.
Верхняя и нижняя части фюзеляжа ракеты в собранном состоянии фиксируются плотной посадкой или в конструкции есть какие ни будь дополнительные фиксаторы, например пластиковые элементы работающие на срез?

На сборке видны хорошо все профили в конструкции узла. В других ракетах этот узел уже собран, а для данной находится в производстве. Когда дело дойдёт до сборки, обязательно покажу весь процесс (для этого и открыл этот топик). В ракетах меньшего калибра (58 - 65) верхний сегмент на скользящей посадке, а на Solaris_S_3000 имеются полиэтиленовые (shear pins) шпильки, заливаемые после сборки и укладки парашюта.
Но вернёмся к моторному отсеку и самому мотору. На фотографиях видны детали разобранного мотора. Разборка производится только гексагональным ключом и руками. Разводной ключ для масштаба. Завтра дам пояснения.

спасибо за интересную информацию.

=====

Еще б мясца Аргентиского в Россию ... а то на голодный желудок, чертежи не очень всасываются ...

"Католицкий носит крест и Постами мясо ест..." (В. Ершов, "Конёк-горбунок")
Это про тебя, `термостат`. "Хрен вам, а не мяса... "- сказал El Presidente de la Nacion Нестор Киршнер. И блокировал лихим ребятам от мясного бизнеса экспорт говядины за рубеж, пока не снизят цены на внутреннем рынке до разумных пределов. Протекционизм, однако (цены, кстати пока не снизили, по крайней мере у нас в Bariloche).
Но, вернёмся к нашему мотору. Вернее к способу его крепления в нижнем сегменте фюзеляжа. Фронтальная крышка мотора упиратеся в шпангоут (thrust bulkhead) из дюралюминиевого сплава (фото 1), крепящийся к фюзеляжу 8 винтами М4 с коническими головками. Поверхность (обращённая к мотору) имеет специальный профиль, позволяющий центрировать мотор при установке. В шпангоуте сделано отверстие для вентиляции. Между крышкой мотора и шпангоутом устанавливается прокладка-амортизатор из специальной резины (с пробковым наполнителем). Со стороны соплового блока мотор крепится и центрируется (по дивергентному конусу)специальным саппортом также из дураля (фото 2). Саппорт к фюзеляжу фиксируется 4 винтами М4. Кроме указанных функций саппорт играет роль теплорадиатора, снимая и рассеивая поток тепла от сопла. В нём сделаны 8 отверстий для конвекционной вентиляции. Небольшой (1 мм) буртик сделан для удобства сборки. На фото 3 вместе с саппортом мотора показан шпангоут крепления таймера. Он слегка облегчен 8 радиальными и одним центральным отверстием. Слегка, потому что желательно сохранить взлётную массу ракеты в пределах 10.5 - 11 кг, чтобы не увеличивать потолок. Кстати, по этим же соображениям был пока зарезервирован двухступенчатый вариант с второй ступенью на моторе Ме_1000. Сначала надо научиться контролировать обьект. На Фото 4 хорошо виден конический профиль кромки шпангоута. Он позволяет иметь хорошо развитую поверхность контакта с фюзеляжем при уменьшенной (по сравнению с диском) массе.

Чтобы пока закончить тему с мотором и его отсеком в фюзеляже, представляю очередные фото. На первом картонный стакан, который будет служить термоизоляцией для составной (4) шашки. Лежит резиново-пробковая прокладка, которая будет установлена перед передней крышкой. Другая такая же послужит амортизатором между шпангоутом и передней крышкой мотора. На другом фото таймер в рабочей позиции (перевёрнуто) на шпангоуте. Собственно этот таймер стоит на ракете Castor (65 мм). Но как и многие другие стандартные элементы может использоваться на ракетах других проектов.

2. Стабилизаторы ракеты.
Solaris_2S_3000, как и его прототип Solaris_1S_200 имеет 4 стабилизатора трапецеидальной формы с задней кромкой, опущенной за срез сопла. Такая форма и расположение позволили создать при тяжёлой кормовой части ракеты достаточный запас статической устойчивости (3.7 калибра). Стабилизаторы выполнены из листа 2.5 мм стеклотекстолита (марка G11). Учитывая, что S_S2. должен достигнуть скорости М 0.8-0.9, стабилизаторы имеют заострённые кромки атаки и схода потока. Чтобы не усложнять производства было решено оставить плоской боковую поверхность. Высота стабилизатора (200 мм) примерно равна удвоенному калибру ракеты (2х104 мм). Основание - 220 мм. Угол скоса кромки атаки к основанию - 50º. Поскольку одной из целей проекта является испытание технологий, используемых при изготовлении орбитальных платформ фирмы ИНВАП, то было решено как и на S_S1 соединение стабилизаторов с фюзеляжем выполнить с использованием композитных клеевых технологий. Для этого на моторном отсеке фюзеляжа выфрезерованы по три продольных щели для каждого стабилизатора, а в основании стабилизатора - по три шипа. Глубина шипа - 3 мм. Соединение будет произведено при помощи упрочнённой специальным наполнителем полиэфирной смолы. У основания стабилизаторы будут также усилены стеклотекстолитовым профилем. На фото 1,2 показаны стабилизаторы в изготовлении и сегмент фюзеляжа с выфрезерованными щелями.

У основания стабилизаторы будут также усилены стеклотекстолитовым профилем.

 

Это как?
Кстати, а почему именно 104 мм?

Уголок из тонкого стеклотекстолита. 104 мм это 4" (дюйма).

4" дюйма - это 101.6 мм

Диаметр труб мерится по просвету. А 104 мм - это 4-х дюймовая труба снаружи.
Один раз меня проектировщики с этим делом так сурово подставили.... Понадеялся на них....

Спасибо, что вы обращаете внимание на такие детали. У меня глаз уже "замаслен" на эти размеры. Конечно же, 4" это внутренний диаметр. Так эти трубы обозначены в каталоге фирмы, их изготавливающей. На самом деле внутренний диаметр трубы - 100 ± 1 мм. А толщина стенок - 2 мм. То есть эти трубы (изначально - изоляторы) не относятся к группе изделий высокой точности. Хотя по просьбе заказчика фабрика может сделать обьект любой формы с заданной точностью и с меньшим отклонением (за отдельную плату).
Я прочитал пост RLANa в Конструкции Ракет. Я, конечно также думал о прочности стабилизатора и проблеме флаттера. По критерию прочности и на таких размерах 2.5 мм G11 стеклотекстолит проходит (о крайней мере в такой толщине он не уступает дюралюминию). Нет сомнений и по поводу клеевого соединения. Оно по необходимому пределу прочности (25 МПа не уступает болтовому, но гораздо легче. Дело в используемых материалах и технологических возможностях. Мы можем использовать материалы и технологии специфицированные для Aerospace (9001 стандарт).
Что касается толщины профиля, то тут пока сомнения остаются. Но в запасе есть вариант наклейки треугольного профиля (0.8 mm G11, или проклеенный эпокси плотный пенопласт) на каждую сторону всех 4 стабилизаторов уже после сборки узла. Скорее всего так и будет сделано. Использование 4 - 5 мм текстолита увеличивает мёртвую массу конструкции, а перфорация ослабляет. А в незакрытом виде резко увеличивает аэродинамическое сопротивление.