Двухступенчатая на ГРД: Solaris_H_2S

Проект: "Двухступенчатая на ГРД: Solaris_H_2S " - реализуется с целью демонстрации технических возможностей гибридного ракетного двигателя для доставки полезной нагрузки на различные высоты. В том числе и на орбиту. В числе отрабатываемых задач - запуск двигателя второй ступени и её разделение с первой. Предполагается использовать имеющиеся опытные образцы гибридных ракетных двигателей класса I - 1 ступень; класса D - 2 ступень. Сборочный чертёж такой ракеты проекта Solaris _H_2S приводится на рисунке 1. Расчёт стабильности и траектории полёта ракеты проводился в программе SpaceCAD 3.Такой предварительны расчёт траектории необходим для оптимизации средств бортовой автоматики. В частности, выбора времени задержки разделения первой ступени для инерциального выброса парашюта и одновременного запуска двигателя второй ступени.

На рис. 2 приведён общий вид S_H_2S: Stability. На рис. 3 S_H_2S: Flight prediction. Для расчёта траектории в программу были введены данные двигателей Ме_Х_200 (мини ГРД, класс I)и Me_H_10 (микро ГРД, класс D) собственной разработки. О создании этих двигателей сообщалось в топике ГРД: от тактики к практике.

Pис. 3. Высота полёта около 450 - 600 м выбрана для уверенного визуального наблюдения за процессами разделения ступеней и выброса парашютов.

Планер ракеты выполнен из коммерческих стеклопластиковых труб (G11) диаметра 85 и 52 мм. Конус из углепластика. Стенки труб проточены до 1.2 мм. На торцах оставлены пояски жёсткости. Все внутренние стыковочные узлы, шпангоуты, пиротехнические устройства выполнены из дуралюминия. На фото 1,2 представлены сегменты фюзеляжа и узлы крепления двигателя и таймера первой ступени.

Фото 3. G. Satton для масштаба

A ver gue pasa? Удачи,Сань.

Привет. Спрошу малость не в тему: а что с 104мм Солярисом?
Также интересно, как это добро искать потом? И еще, может ламерское предложение. Не стОит ли применить на старте дешевый бустер? Понимаю, что старт будет не столь зрелищным и ракета станет трехступенчатой, зато дешево и сердито и как мне кажется дает некоторые преимущества. И отработать разделение и поиск ИМХО лучше на простых карамельных некрашенных РТТД. В любом случае, я уверен в красивом исполнении и желаю всяческих успехов. Жаль, что мы очень далеко и помочь ничем не могу.

4" Solaris_3000 стоит полностью готовый к пуску позади меня в лаборатории. Была идея с контролем пуска радаром (сама компания их делает)... Самостоятельно решить проблему с местом его пуска я не могу. В Аргентине практически вся земля находится в ЧАСТНОМ ВЛАДЕНИИ. А мест общественного пользования, пригодных для пуска 12 кг ракеты на 3 км рядом нет. Есть зоны контролируемые военными, но там надо серьёзно поработать, чтобы получить разрешение. Скорее всего нужно будет везти ракету на полигон. А это в 2.5 тыс км. Вот такие вот проблемы с большими ракетами. Что касается двухступенчатой гибридной ракеты, то тут сошлись все звёзды, чтобы ее сделать. У меня в наличии есть несколько оттестированных гибридных двигателей. Задача практически ещё никем не решалась. По крайней мере у меня есть только одна публикация о пуске гибридной ракеты (LOх/HTPB) с дартом (дротик) фирмой Локхид в 1999 г. На уровне amateur пока вроде удачных пусков не было. Делать так как ты мне советуешь (на карамели), мне, во-первых, не интересно, во-вторых, зачем??? Там уже все сделано. А в теме гибридов я уже сам достаточно наработал, как в дизайне, так и в исследовании рабочего процесса. Поэтому логично применить их в различных полетных экспериментах. Например кластерную микрогибридную ракету я уже успешно испытал. На очереди двухступенчатая. Ну и потолок такой ракеты - 0.5 км вполне подходит для моего малого полигона (до 1 км). Вот в таком аксепте, уважаемый Анзорий. Ты бы лучше задал вопрос по технике или идеологии бортовых систем. Неужели все всем понятно или не интересно? На вопросы по делу отвечу, как всегда подробно.

Под идеологией я имел в виду работу бортовой автоматики: что , как и за чем следует. Камера изображена на сборочном чертеже. Как раз с этим проблемы (кроме цены) нет. Полёт ракеты задумывался как безбустерный, используя только тягу двигателя основной ступени. При средней предполагаемой тяге в 5-7 кг в течение 5-6 секунд ему по силам доставить 3 кг ракету на высоту ок. полукилометра. Затем, после срабатывания таймера будет отстрелен парашютный контейнер и одновременно с этим будет подан импульс на запуск двигателя второй ступени. Вторая ступень помещена в пусковой модуль, который добавит ей импульса за счёт выброса газов. Кроме того значительный импульс вторая ступень получит от парашютного контейнера первой ступени. При разделении ступеней будет запущен (скользящим магнитом по геркону) таймер второй ступени. Вторая ступень тяжёлая - 0.7 кг учитывая небольшую тягу ок 1.2 кг в 1.5 - 2 с для микрогибрида. Но со всеми пинками от пиротехники вторая ступени должна подпрыгнуть метров на 80. Для того, чтобы выброс парашюта первой ступени был безопасным, он производится через 6 секунд, после окончания работы первого двигателя. Скорость ракеты при этом падает до 15 м/с. Этого также достаточно для сохранения вертикальной устойчивости. Эта же скорость добавит "прыткости" второй ступени. Вот такая хронограмма и идеология работы бортовой автоматики. Добавлю, что будут использованы готовые элементы бортовой электроники разработанные, изготовленные и испытанные ранее. Впрочем, как и все остальные узлы. То есть ракета фактически изготавливается из стандартных блоков. Разве что в некоторых случаях нужно слегка изменить размеры под планер ракеты.

За выходные довёл (шлифовальной машинкой Makita) до приемлемой формы заготовку обтекателя (углепластик). Его стыковочный диаметр чутть больше диам. сегмента фюзеляжа, но укорачивать не буду. Для этих скоростей небольшой наплыв большой важности не имеет. А в некоторых случаях даже и улучшает аэродинамику. Особенно в многоступенчатом варианте, когда диам. первой ступени больше второй. Такой, имеет, например, знаменитая ракета 60 г.г. Nike-Cajun. Общая масса структурных элементов планера второй ступени составила 318 г. Без стабилизаторов. На фото: обтекатель со стыковочным узлом (PVC).

Обтекатель: масса (с coupler) - 110 г, без - 80 г. Длина - 280 мм, диам - (внеш.) 58 мм. Был сделан для углепластиковых труб диаметра 58 мм. Внеш. диам стеклотекстолитовой трубы - 55 мм. Внутрь будет инжектирована полиуретановая пена.
Системы спасения ступеней ракеты. Лучше их рассмотреть в сравнении.
1 ступень: пиротехническая, инерциальная система вытяжки парашюта. На Рис.1 показаны основные элементы СС: таймер+ПУ+парашютный контейнер. ПУ состоит из генератора пороховых газов, установленного на нижнем сегменте фюзеляжа 1 ступени, запускаемого от таймера 1, поршневого толкателя на пружинной подвеске и упора, соединённого жёсткой связью с верхним сегментом фюзеляжа 1 ступени. На Рис. 2 показана функциональная схема работы СС. Парашют и соединительный фал (в нижней части) крепятся к поршню. Верхняя часть фала имеет упор, которым он фиксируется в шпангоуте верхнего сегмента после полной вытяжки парашюта. Система многажды испытана на ракетах разного калибра (вплоть до 104 мм) как на земле, так и в полёте. Показала высокую надёжность и эффективность.
2 ступень: пиротехническая со свободным поршнем-контейнером. На Рис. 3 показаны основные элементы СС: таймер+ПУ+парашютный контейнер. ПУ состоит из генератора пороховых газов, установленного на верхнем сегменте фюзеляжа 2 ступени, инициируемого от таймера 2. Запуск самого таймера производится вытяжным внешним магнитом, скользящим по геркону (находящимуся внутри фюзеляжа) при отделении 2 ступени. Нижняя крышка парашютного контейнера вставлена в ПУ и играет роль свободного поршня. Обрати внимание, что дизайн генератора газов идентичен для обеих ступеней. Только размер камеры меняется. Он вообще стандартен для всех моих разработок. Я один раз разработал и изготовил серию стандартных игниторов с нихромовой спиралью многократного употребления (перепаивается в микропинах) и использовал её как в двигателях (pyrogen), так и в бортовых системах спасения ракет. Это очень удобно. Внутри порох. камеры ставится диафрагма, засыпается ЧП в нужном количестве, на ножки резистора надеваются микроразьёмы, закручивается накидная гайка - и готово. Всё из дюраля авиационного качества. Гермоввод из керамики (трубка для termocouple) на высокотемп. эпокси Araldit. После срабатывания ПУ контейнер выталкивается пороховыми газами вперёд и в свою очередь отбрасывает сборку обтекателя с контейнером камеры. Потоком воздуха полуцилиндры контейнера разводятся в стороны, высвобождая парашют. СС такого типа также испытана и является надёжной и эффективной для ракет небольшого калибра.

Ris.3

Да, тут все по взрослому, если я не ошибся, ССР также является механизмом разделения ступеней? Мне такие изыски пока не под силу.

For Laska_2879:

Я "дружу" с герконом уже 30 лет. Его ставили на крышки бортовых приборов. То есть ТУ на изделие соответствуют механическим нагрузкам космического полёта. В моей собственной практике не было отказов таймера из-за геркона (RED-switch). Использование геркона в качестве датчика вибраций у меня вызывает сомнение. Какие параметры могут меняться у этого в общем-то простого ключа в зависимости от частоты??? Потом, в ракете геркон стоит в вертикальном положении, то-есть продольные перегрузки на него не действуют. Вместе с тем геркон позволяет сделать запуск таймера бесконтактным способом. И более надёжным (в смысле электрического контакта в запаянной капсуле). Система "падающего магнита" была успешно опробована на ракете Cluster One (2 микрогибрида). Так что, с твоего позволения, я продолжу мою "дружбу" с этим устройством и далее.

For Anzoriy:
Nobleza nos obliga.

Я стараюсь следовать принципам и философии экспериментальных разработок. Тем, чем я занимаюсь профессионально уже почти 40 лет. Так что тебе пока рано грустить. У тебя ещё всё впереди. Но учиться и следовать этому нужно с истоков. Мне повезло - были хорошие учителя. Да и Система нас стимулировала. Проект Solaris существует и развивается уже 6 лет. И эта двухступенчатая ракета с двумя гибридными двигателями - верхушка того, что было сделано. Поэтому и материалы и технологии и дизайн должны быть на уровне по крайней мере фирмы, которая этот проект спонсирует.
Что касается СС 1, то она, всё-таки, не есть напрямую, система разделения ступеней. Напомню механизм разделения ступеней и запуска двигателя второй ступени: после 5-6 секундного delаy от окончания работы двигателя первой ступени, когда скорость ракеты замедлится до 15-12 м/с, сработает от таймера пиротехническое устройство СС 1. Одновременно, параллельным импульсом по внешнему каблю, будет запущен двигатель второй ступени. Пороховыми газами будет придан дополнительный импульс верхнему сегменту фюзеляжа первой ступени с разделительным модулем и второй ступенью с запускаемым двигателем. Обычно этот запуск длится ок. 0.2 с. Примерно такое же время необходимо для отстрела верхнего сегмента и парашюта первой ступени. То есть вторая ступень получит дополнительную (к тем 15 м/с) скорость (общая ок. 20-25 м/с) перед выходом из модуля. Плюс, миномётный старт второй ступени за счёт выталкивания газами от игнитора, накопленными в полости разделительного модуля. Движение всей системы будет коллинеарным вектору, заданному тягой ГРД 1 ступени, то есть вверх. Ракета имеет хорошую аэродинамическую стабильность, а все стыковочные узлы выполнены (механически) с запасом по удержанию направления при срабатывании пироустройств. Надеюсь на успех, поскольку вся идеология вышла из уже отработанных технологий. Ну и элементарной механики. Помещая здесь подробное описание всего техпроцесса, думаю не о собственной "тусовке" (мне уже, правда, не нужно самоутверждаться в моей жизни и профессии), как изволил выразится один из попутчиков Форума, а чтобы помочь тем, кто вроде тебя пытается карабкаться вверх... Смотри, подсматривай, потом компиллируй... А потом и своё пробьётся. Успехов тебе. И спрашивайте, мальчики, спрашивайте. Не бойтесь вопросов, какимими бы глупыми они не казались. На самом деле нет глупых вопросов в науке и технике, просто на них иногда не хватает умных ответов... Для иллюстрации вышенаписанного помещу фотограмму наземных испытаний отстрела вернего сегмента ракеты S_3000 (На видео это ещё более impressionante). Там точно такая же система спасения, как и на S_H_2S. 0.2 г ЧП выбросили 3 кг сегмент на высоту 4 м (длина фала). Такова пиротехническая эффективность данной системы.

For Laska:
"А можно поучится этому процессу?Как будешь заливать,чтобы пузырек был мелкий,а сама пена,плотной?"

Не понял проблемы. Берётся аэрозоль полиуретана (хорошего качества. Здесь ок. $15 -20) с транспортной трубкой. Хорошенько взбалтывается. В выходное отверстие обтекателя устанавливается технологическая крышка из подходящего материала (я использую 6 мм ДВП)с двумя отверстиями: одно - диаметра транспортной трубки, другое поменьше, для стравливания газа. Трубка (длина 20 см) опускается до упора (направить вниз) и нажимается осторожно курок баллона. Инжектируемый полиуретан, дойдя до дренажного отверстия, полезет наружу. Закрыть отверстие пальцем (в перчатке) и подождать несколько сек. для полного заполнения всей полости ПУ под давлением. Затем отпустить и подставить какую-нибудь ёмкость для стравливаемого при расширении материала. Через 24 часа готово. Пена получается плотной, без крупных ячеек. В лаборатории делаем таким образом термоизоляции для фотохимических реакторов длиной до 2 м (в полусегментах из трубы ПВЦ с торцевыми крышками). Да, не забудьте подложить полиэтилен. плёнку под тех.крышку, а то приклеится намертво. Посмотрю, если найду образец, то сфотаю и выложу.

Раз разрешено задавать дурацкие вопросы, то задам. Тяга превышает массу ракеты примерно в 2 раза. Конечно, у ракеты тяжелый нос и хорошие стабилизаторы, но все-же интересует длина направляющей и ее профиль.

Это совсем не дурацкий, а очень даже умный вопрос. Действительно, при таких соотношениях F/P =2.5-3 (Тяга/взл.вес) длина направляющей играет роль в обеспечении вертикальной стабильности на старте. Я использую для старта ракет массой до 4 кг переносный станок-рампу (см. Фото 1). Сделал я его давно почти целиком из элементов кульманов, которые в середине 90 наша фирма полностью изьяла из обращения ввиду замены на электронные CAD (Свой я использую вот в таком качестве ,Фото 2) Направляюшие кульмана имеют т-образный паз в боковой стенке, который идеально подходит для направляющей (Фото 3). Для ракет на РДТТ длина направляющей 1.5 м. Для находящейся в разработке двухступенчатой S_H_2S направляющая (составлена из двух) имеет длину 3.2 м. На самом деле масса 3.1 кг указана предварительно, по расчётам максимальных весов в SCADe. Сейчас я заканчиваю деталировку и срезаю все лишнее со структурных и функциональных элементов. Надеюсь довести взлётный вес ракеты до 2.7 - 2.5 кг. С тягой нужно тоже определиться. У меня пока в запасе не испытанный Me_H_300 с 3-х портовым инжектором, который должен дать увеличение УИ (и тяги) в тех же габаритах (длиннее на 3 см). То есть, оперативная задача довести Ф/П = 3 - 3.2, для уверенного схода с направляющей.

Foto 3. Profile-T

Узел разделения ступеней (Рис 1) состоит из камеры дефлектора газов, направляющего упора и направляющего редуктора с 4 пазами для стабилизаторов 2 ступени. Я ещё не решил (может у кого-то будет мнение) поместить на дно дефлектора керамическую вату, для поглощения пламени, или оставить гладкий пол для отражения и дополнительного импульса для осуществления "миномётного пуска". В окончательном варианте направляющий упор выполнен за одно целое с донышком. А само донышко стало плоским, для уменьшения веса. Кабель от таймера 1 входит в микроразьём в донышке. Ведь предстартовая подготовка этой ракеты - достаточно сложная последовательность операций по заправке бака ГРД первой ступени от баллона с закисью азота, затем декапсуляция микро ГРД второй ступени, установка его в отсек фюзеляжа, установка ретейнера, соединение кабеля с игнитором и установка 2 ступени в разделительный модуль. И, на последнем этапе, включение питания БРЭО и проверка цепей с пульта.

Заправка бака криогенным окислителем - всегда непростая задача. Особенно в поле. Микрогибридный двигатель, в этом отношении, проще. По сути дела - как выстрел из короткоствола: воткнул магазин (капсулу), передёрнул затвор (декапсулировал, поворотом крышки) и готово... Для более простого оперирования на старте нужно иметь баллон с закисью соответствующей емкости. Например, для полукилограммового бака надо иметь баллон с ёмкостью не менее 3 - 5 л. Чтобы запас давления в баке позволял быструю заправку. Поэтому я сейчас заказал 25 кг баллон. Вместо 60 кг, который, практически не операбелен. А имеющийся 1.5 кг маловат для полигона. Ну и очень важен фактор тренированности пусковой команды. Одному такой запуск не под силу. Идеально - 3 человека. Большее количество людей на старте мешает да и опасно.
Про пуски ракет с воды. Живу на берегу большого озера. Да и других озёр в округе полно. Но мысль такая даже в страшном сне не приходила. Стартовое оборудование и ракетный арсенал позволяет пускать хоть с машины, хоть с лодки, хоть с крыши сарая. Однако, зачем? Вероятность потери ракеты - почти 100%. А поскольку ракета-зонд экспериментального класса - достаточно дорогое изделие, лучше не делать подобных упражнений. Да и вопрос легальности стоит ещё более принципиально. Налететь на патруль Prefectura Naval (здесь пограничная зона) было бы совсем нежелательно. Я построил много ракет и двигателей. Но пустил далеко не все. Всё-таки, пуск ракеты - огромная ответственность. Как выстрел из огнестрельного оружия. Нужно быть абсолютно уверенным в безопасности такого пуска для окружающих.