Карамельный торцевик и ракета для него

Посетила мысль, когда принимал ванну. Почти как Архимеда. Итак...

Цель проекта - максимально разогнать карамель, и тем самым обеспечить торцевик разумных геометрических пропорций достойной тягой, которая была бы сопоставима с тягой двигателей традиционной (канальной) конфигурации.

Разгон состава путем добавления различных катализаторов, себя, по всей видимости, уже исчерпал. Остались два пути - максимально доступное измельчение НК перед замешиванием его в расплав сахара с добавкой сорбита, и введение в заряд медных струн, ускоряющих распространение фронта горения вдоль заряда.

Измельчение НК в шаровой мельнице влечет за собой сильное загущение состава. Медные же струны (оптимальное количество - семь штук) исключают работу с густыми массами. Предлагается технология формирования заряда, обходящая эти ограничения.

В качестве бронировки используется витая двух- трехслойная трубка из тонкого паронита, проклеенная загустевшим эпоксидным клеем.

Торцевой заряд составляется из нескольких (10 .. 15) низких цилиндров-"таблеток" со сформированными (просверленными по кондуктору) семью отверстиями, куда при сборке вводятся медные струны - таблетки нанизываются на них, как бусы.

Формовка заряда производится следующим образом. Под заглушкой штатного корпуса РДТТ крепится шайба с закрепленными на ней концами семи медных струн. На струны одевается бронировка, и нанизываются "таблетки" заряда, которые при этом оказываются внутри бронировки. Диаметр "таблеток выбирается несколько меньшим, чем диаметр бронировки - они свободно скользят по струнам и опускаются друг на друга.

После заполнения бронировки "таблетками", в верхнюю таблетку упирается пуансон, и в канал корпуса вводится штатный сопловой блок с О-рингами. Двигатель обматывается сверху нагревательным элементом (нихром в керамических бусах), теплоизолируется. В заглушке предусмотрено небольшое отверстие со штуцером, куда подключается всасывающий патрубок компрессора бытового холодильника. В заглушке также предусмотрены гермовыводы для термометра сопротивления, с помощью которого контролируется температура нагрева "таблеток" внутри корпуса.

Двигатель располагается горизонтально на дне небольшой ямы (вкопанная в землю негодная 200-литровая бочка). Включается компрессор, включается нагреватель. Под действием температуры таблетки размягчаются, и вакуумированные пустоты схлопываются под атмосферным давлением, которое воздействует на наружную поверхность соплового блока. Получаем высококачественный монолитный торцевой заряд.


Преимущества технологии:

1. Дистанционность.

2. При воспламенении топлива образование осколков полностью исключено - двигатель просто "стреляет" незакрепленным сопловым блоком.

3. Возможность формирования зарядов для двигателей ОЧЕНЬ разных размеров с одной и той же оснасткой, поскольку основная часть оснастки и есть сам корпус двигателя.

4. Снимается психологический барьер работы с большими количествами быстрогорящего топлива - заряд разбивается на малые части; самая опасная работа производится дистанционно.


Недостатки:

1. Проблема с натяжением струн, которые должны проходить сквозь двигающийся сопловой блок. Возможное решение - использовать технологический поршень с гермовводами для струн вместо штатного заглушенного соплового блока. По-моему здесь все решаемо...

2. Проблема "мертвого пространства" - усадка заряда при формовке. Поскольку ожидаемая усадка не будет превышать нескольких десятков миллиметров по высоте заряда, то образовавшуюся полость легко будет заполнить вручную, после формовки и остывания основной части заряда.

Что-то уж слишком сложно.
Я думаю, работать будет, причём наверно даже проблемы с натяжением струн не будет. Если они чуть искривятся - ничего страшного, это практически никак не повлияет.

Одно замечание: шайба с концами проволок должна быть вклеена в бронировку, иначе возможно воспламенение топлива, торчащего в щели между ними.

А максимальное измельчение (или близкое к максимальному) даёт упаривание. Скорость горения заметно возрастает.

Раз уж создана тема по торцевикам, дам свою ссылку:

Ну, это пока просто прикидки. Слов много, а в металле все будет выглядеть гораздо проще, я думаю. Старался подробнее описать, чтобы уж с избыточной ясностью.

Основная идея - вакуумирование с одновременным подпрессовыванием при помощи компрессора. Большие карамельные торцевики можно так делать, наверное. Реально большие.

Проблема: разогрев корпуса во время работы. Но тут уж надо экспериментировать, словами и размышлениями тут не поможешь. Скорость горения выжать всю, что можно, плюс хорошая теплоизолирующая бронировка... Должно вроде бы прокатить...

Возможны подводные камни, которые не видны без рисунка. Нужен проработанный эскиз.


> А максимальное измельчение (или близкое к максимальному) даёт упаривание. Скорость горения заметно возрастает.

Т.е. ШМ не нужна? Ну и чудненько. Я думал, что выпадающие кристаллы крупнее, чем после ШМ.

Кристаллы наверняка крупнее, чем после шаровой мельницы, но намного мельче, чем после обычного размола. И ещё важно то, что при упаривании катализаторы оказываются включёнными в кристаллы окислителя, это тоже увеличивает скорость горения.

Я вообще не уверен, возможно ли замешать топливо на нитрате после мельницы. Наверно будет такое густое, что не размешать.

> при упаривании катализаторы оказываются включёнными в кристаллы окислителя

А топливо с окислителем на кристаллическом уровне не смешиваются при упаривании?

***
Во вторник буду движок паковать с длиной заряда около 100 мм. Если добавить актив. уголь в замес с FeO - не загорится при плавлении?

Подсчитал, что при диаметре заряда 50 мм и остаточном давлении в КС 0,2 кгс к торцу заряда будет приложено усилие порядка 15 кг. Должно сработать, как для пластилина!

Прикидки.

Средняя тяга торцевика с беспроволочным зарядом калибра 12 мм была 250 г. Следовательно, тяга торцевика с калибром заряда 50 мм будет около 4 кг. Добавляем струны: 4 х 1,5 = 6 кг.

Скорость горения базового состава составляет 11,5 мм/с. Добавив струны, получаем 11,5 х 1,5 = 17 мм/с. Для десяти секунд работы (старт с соблюдением масштаба скоростей и подъем на высоту до 50 м) необходимая длина заряда составит 180 мм. Считаем в SRM массу заряда: 630 г. Плюс килограмм на корпус - получаем массу движка 1,7 кг.

Риторический вопрос: можно ли уложиться с массой корпуса ракеты 6 х 2/3 = 4 кг (медленный старт, тяга на треть превышает вес ракеты); 4 - 1,7 = 2,3 кг (масса корпуса ракеты без двигателя); 2,3 кг минус масса автомата УВТ и источника питания = кот накакал.

Ответ отрицателный. Динамическая копия старта Фау-2 на карамельном торцевике не получается. Нужна как минимум вдвое бОльшая скорость горения, или вообще другое топливо, с бОльшим УИ.

А что там такого будет в ракете, что не уложится в 2.3 кг? Две машинки - 100г, батарея - 100г, корпус 300г, парашют 100г, разного железа 200-300г. Итого 1 кг. А что ещё?

а для торцевого двигателя состав нитрат калия + аскорбиновая кислота + оксид железа не пробовал использовать? он вроде как существенно большую скорость горения имеет, чем сахарная карамель.

Сегодня прикинул в Компасе - обвел по фотке контур А-4 :), смасштабировал, и получилось, что при 130-миллиметровом отверстии в корме (кормовой срез, где газовые рули) длина корпуса получается 1600 мм. Это если нормальную, четко масштабную копию делать. Почему именно 130 мм? Такой получается внешний диаметр кардана под движок. Правда, это я ваял под другой проект, для усилия 40 кг (резкий старт пятикилограммовой ракеты с учетом стартовой перегрузки 8 g). А тут вес конструкции на активном участке практически не увеличивается, но все равно - самый минимум диаметра это около 100 мм по внешнему кольцу кардана.

Кардан вместе с движком, однако, можно сместить вверх - туда, где корпус расширяется... Но тогда нужно как-то теплоизолировать корму, чтобы не поджечь корпус выхлопом. В принципе, решаемо, я думаю. Тогда кардан вписывается в максимальный диаметр корпуса, а не в кормовой срез (см. рисунок). При 130-мм кардане длина корпуса получится уже 1100 мм; при 100-мм - 850 мм. Это уже ближе к телу.


> А что там такого будет в ракете, что не уложится в 2.3 кг?

Ну, не знаю... Я думал, что копус тяжелый будет. В развесовке я совершенно не ориентируюсь. Впрочем, как и во многом другом. В этой связи хотелось бы услышать мнение людей, которые занимались постройкой моделей-копий подобных габаритов. Чтобы хотя бы примерно узнать, что почём.

А вообще знаю, что будет тяжелым: голова. А именно - балласт. ЦТ, наверное, нужно все-таки будет сместить в голову, чтобы облегчить задачу УВТ. Я думаю, что для того, чтобы перевесить килограммовый движок, одной батареи питания в ГО будет недостаточно - придется догружать балластом. А может и без балласта УВТ прекрасно вырулит... Туман, короче.

Как устроена подвеска двигателя? Нарисуй хоть примерно двигатель, кардан и приводы.

Нет, туфта все это. Надо сдвигать все вниз - так, чтобы критика была на одном уровне с кормовым срезом. А то так получаются паразитные моменты - УВТ рулит в одну сторону, а газы, отражаясь от внутренней стенки корпуса - в другую.

Меньшие подшипники в кардане применить, центральное кольцо потоньше... Думаю, можно втиснуть.

Да все уже давно нарисовано.

Схема тестирования автомата УВТ с учетом перегрузок активного участка.

А почему бы кардан не сместить на верхнюю крышку двигателя? Точнее чуть выше, причём кардан заменить шаровым шарниром.

Ты хотел сказать - В СТОРОНУ верхней крышки? Центральное положение кардана относительно корпуса было выбрано из условия максимального угла отклонения в трубе корпуса. Смещая кардан в любую сторону от центра, мы будем уменьшать угол отклонения, хотя рулить приводу будет легче. Точнее легче, если кардан сдвинут к соплу.

Насчет шаровых шарниров (spherical bushings) - они не работают с осевыми нагрузками. Я пробовал, нашел в одном магазине - кольцо слегка прижимаешь пальцами, и уже его не развернешь. Это не то, что надо. Нужен именно кардан.

> Нет, именно выше крышки. Тогда снимается ограничение на размер кардана.

Это уже совсем другая схема, надо все думать-рисовать сызнова. А проект в кинематической его части уже детально проработан. Это уже по сути дела не эскизы, а чертежи - размеры только не проставлены, и рамки нет со штампом. Понятно, что я ничего не считал - все на интуиции, но все зазоры, все люфты реальных железяк учтены, все должно работать. Да кинематика уже и работает, по крайней мере в режиме маятника - электронику паять надо...


> Это как-то считается, но я не знаю как.

Те, кто знают, надувают щеки и шевелят усами. А у тебя ни щек, ни усов. Чисто интуитивно - величина угпа отклонения ВТ при стартовых ускорениях, близких к нулевым, не играет большой роли. Пускаем в безветренную погоду, в идеальных условиях... Я думаю, что и пяти-семи градусов будет вполне достаточно.

Что там еще приходит на ум... Расстояние между ЦТ и точкой приложения ВТ: чем больше этот рыгач, тем вроде бы меньшим может быть угол отклонения.

Вообще я думаю, что эти нюансы проще отработать на Кобре, чем считать - сразу все станет на свои места. Не удивлюсь, что все будет стабилизироваться и так, и сяк, и эдак, с небольшими вариациями - как это и было с Гелиостатом.

Да, насчёт усов у меня слабовато ;^))
А какие планы насчёт Кобры?

Наполеоновские!

В принципе, все железо есть. В кач-ве подающего шланга планирую либо резиновый, типа кислородного, шланг (канал больше, чем у кислородного - есть такие) + горячая вода, градусов 60, чтобы шланг был помягче.

Либо, как вариант - гофрированный, гибкий тонкостенный газовый шланг из нержавейки - там уже дырка нормальная, миллиметров 12 в диаметре. Но это дороговато - 80 грн стОит кусок сантиметров 60 .. 70. И непонятно, как поведет себя гофра при 10 кгс внутри - растянется, небось, как гармошка и гибкость потеряет. А попробовать нельзя - покупать надо. Такие вот пирожки с котятками.

Воду заливаем в газовый баллон, наддуваем его компрессором до 10 кгс, и - вперед, заре навстречу! Расход посчитал - баллон секунд за 10 .. 15 выдувается, чего вполне достаточно.

Наполеоновские!

В принципе, все железо есть. В кач-ве подающего шланга планирую либо резиновый, типа кислородного, шланг (канал больше, чем у кислородного - есть такие) + горячая вода, градусов 60, чтобы шланг был помягче.

Либо, как вариант - гофрированный, гибкий тонкостенный газовый шланг из нержавейки - там уже дырка нормальная, миллиметров 12 в диаметре. Но это дороговато - 80 грн стОит кусок сантиметров 60 .. 70. И непонятно, как поведет себя гофра при 10 кгс внутри - растянется, небось, как гармошка и гибкость потеряет. А попробовать нельзя - покупать надо. Такие вот пирожки с котятками.

Воду заливаем в газовый баллон, наддуваем его компрессором до 10 кгс, и - вперед, заре навстречу! Расход посчитал - баллон секунд за 20 выдувается, чего вполне достаточно.

А что планируешь первым - испытания Кобры или отработку торцевика?