Обыкновенные водяные ракеты из пластиковых бутылок

Ckona> Неудовлетворительно проработана конструкция тяг. Главный недостаток - габаритная высота, 130 мм. С этим придется мириться - если только не пытаться интегрировать воедино поршневой узел и шланговый захват.

Приходится согласиться с новым участником. Конструкция слишком сложна, чтобы быть работоспособной и надёжной одновременно. Кстати, ты не можешь выкладывать эскизы с большим разрешением? Очень трудно разобрать на уровне деталей. Я вижу следующие слабые места: 1 - большое количество стыков в размерной цепочке, удерживаемых только тягами и фиксаторами; 2 - отсутствие достаточной жёсткости в перпендикулярном направлении: вся система держится только на запорных связях; 3 - возможен отказ в системе размыкания фиксаторов из-за незначительного перекоса в одном из узлов. Ведь работоспособность устройства основана на строгой симметрии приложения усилий.
Конструкция может быть усилена проставкой. Тогда, при условии обеспечения необходимой последовательности срабатывания всех звеньев в цепочке в условиях динамического торможения в полёте, устройство может и сработает. Вот только сложно будет воссоздать условия срабатывания в статических тестах на земле. Тем не менее, попробуй дойти хотя бы до полной сборки. Тогда многое прояснится.

Ckona> Иссык-Куль - внизу в котловине.
Жалко, что у вас не было поляризационного фильтра. Снимки выжжены. Это в зоне Тюпа? А поднимались с Тамги?

Брат-2, не создавай лишнего шума. Пиши в положительном ключе.

Брат-2> Во-первых, не представляю, кто прилепил мне эту симпатичную мордашку

Движок форума вставляет случайную картинку, если ты сам не выбрал себе аватар.

Ура ! Я самый молодой - мне 48.

Брат-2> ...крайне сложно представить, как добиться герметичности системы.

Вот как раз по герметичности объемов ВД1, ВД2, ВД3 - никаких сомнений.
Брат-2, все уплотнения - промышленные и абсолютно проверенные.
Красные "поршни" - это фрагменты пробок от пластиковых бутылок, так назваемое "радиальное самоуплотняющееся соединение". Синие "цилиндры" - это горлышки от пластиковых бутылок, на которые навернуты зеленые пробки. Герметичность системы обеспечена группой товарищей, которые придумали пивные пластиковые бутылки - именно у них "правильная" пробка, с эдаким венчиком внутри. Кстати, в пределах резьбы конусность горловины пластиковых бутылок не превышает 10 мкм.

Не уверен, видел ли ты вот эту конструкцию для запуска водяных ракет. В ней используется аналогичное уплотнение - и оно единственное, которое никогда не травило, в отличие от штуцеров с хомутами, фланцев с прокладками и резьбовых стыков.

Попробую экспромтом выдать классификацию известных мне механизмов разделения ступеней водяных ракет.
Группа 1 - давление в первой ступени через эластичный шланг обжимает стержень, удерживающий вторую ступень. Большой разброс в моменте срабатывания, задержка срабатывания не регулируется.
Группа 2 - удержание производится кулачковым шланговым фиксатором, затвор сдергивается электрическим сервоприводом с контроллером, давление в первой ступени измеряется электрическим датчиком. Недостатки - вес и повреждения электроники при работе второй ступени.
Группа 3 - плунжерный затвор с пружиной. Ступени разделяются давлением из второй ступени после сброса давления в первой ступени и выталкивания плунжера пружиной.
Недостаток - неприемлемые гидравлические потери в плунжерном канале (вторая ступень).
Группа 4 - поршневой привод для сдергивания затвора на кулачковом шланговом фиксаторе.

У меня были две неудачные кустарные попытки конструирования механизма разделения ступеней.
Инициатором срабатывания являлось сдавливание бутылки первой ступени двумя рычагами-стабилизаторами.
Сейчас есть токарный станок, пробую еще ...

a_centaurus :
- полностью согласен с замечанием 2 (отсутствие достаточной жёсткости в перпендикулярном направлении). Пока не раздобыл металл для деталей - макетировал силовую проставку, фото будут, чертеж переделаю с бОльшим разрешением.
- по замечанию 1 (размерная цепочка) - буду просчитывать. У меня опасений нет (пока нет ), дело в том, что расстояние между поршнями и между цилиндрами, а также их взаимное расположение могут меняться на 2-3 мм без ущерба для работы. Ход затвора у шлангового разъединителя - 4,5 мм., а поршни могут елозить туда-сюда на 12 мм.
- по замечанию 3 (перекосы) : "теоретически" опять все упирается в проставку, а вообще-то надо изготовить и проверять.

...справа от фото действительно Тюп ! Поднимались со стороны Куйлю.

a_centaurus>> А этот дизайн ... ?
Ckona> ... отложил на специально выделенную почетную полочку.

И извлек, основательно разобравшись с механикой двухступенчатого разгона.
Макетик "проставки" несколько вправил мозги.

Ckona> Эта сила может быть приложена к любой точке на окружности соприкосновения проставки со второй ступенью.

Наверно не к одной точке, а к какой-то дуге.
Проставка работает на потерю устойчивости. Умеешь считать?
Что повышает устойчивость? Шпангоуты, соты?

Serge77> Проставка работает на потерю устойчивости. Умеешь считать?
В данном контексте устойчивость ракеты в полете не обсуждается, речь идет о выборе конструкции.
Наверное, не хватает фотографии "макета" проставки - она была раздавлена кирпичами при статических испытаниях, а на второй сохнет клей.
Но все равно непонятно -
1)как проставка может повлиять на устойчивость ракеты ? как тяжелая деталь ?
2)Что считать, какая величина имеется в виду ?

Serge77> Что повышает устойчивость? Шпангоуты, соты?
Спасибо, родился еще один вариант жесткой конструкции, со стеклопластиковым шпангоутом.
Я так понимаю, вместо слова "устойчивость" следует читать "механическая прочность" ?

Прилагаю обещанный Центаурусу эскиз механизма разделения ступеней со вдвое увеличенным разрешением.

Serge77>> Проставка работает на потерю устойчивости. Умеешь считать?

Я имею в виду термин, обозначающий устойчивость например трубы к сминанию при приложении сжимающей нагрузки вдоль оси. Это не прочность на разрыв, здесь другой расчёт.

Проставка будет именно сминаться, а не разрываться, поэтому важна не прочность материала, а жёсткость конструкции. Для увеличения жёсткости трубы в ней делают шпангоуты или усиливают стенку сотовой конструкцией. Т.е. добавляют элементы жёсткости.

Serge77> Проставка будет именно сминаться, ... Для увеличения жёсткости ... добавляют элементы жёсткости.
Да, именно это и произошло от третьего кирпича (полуторного) !
А главный вывод - проставка должна исключать взаимный проворот ступеней.
Этому условию соответствует вариант Центауруса.

У меня практически во всех ракетах, использовавших инерциальную схему разделения, посадка по трению. На больших калибрах ещё стоят полиэтиленовые штифты для усиления от поперечных нагрузок. На 2 ступенчатом S_H_2S также вторая ступень просто установлена в гнездо разделительного узла и удерживается давлением потока. И на всех 2 ст. ракетах класса sound 50-70 гг использовалась подобная система. Считается, что ракета этого класса должна совершать полёт по баллистической траектории, то есть поперечные нагрузки у неё должны быть минимальны. Ситуации в виде сильного бокового ветра или прорыва движка идут в расчёт как "нештатные". Поэтому проставка на твоей ракете должна играть роль направляющей. То есть, вторая ступень должна быть утоплена в проставку на глубину ок. 1/2 калибра по свободной посадке, которая не мешает свободному выходу дарта, но ограничивает поперечные колебания небольших амплитуд 1-2 мм. Речь идёт о сумме всех возможных угловых/осевых смещений, направленных в одну сторону. Я бы тебе порекомендовал следовать изначальной схеме, добавив проставку. И рассматривать эту проставку в общей схеме, как посадочное место для 2 ступени, обеспечивающее соосность посадки и вылета с точностью... Думаю, что ±0.5º& ± 1.0 мм будет вполне достаточно и достижимо. Только не забывай, что проставка должна позволять свободный монтаж и зачековку системы на старте и занимать рабочее положение в последную очередь. Для этого в моём дизайне предусмотрена проставка из двух секций "антенного" типа (забыл термин), соединяемая в центральной части после сборки 4 винтами по косым пазам. В этом плане этот дизайн имеет большее количество степеней свободы, чем твой. И мне видится более рациональной закачка второй ступени отдельно от первой, через дополнительный ниппель. Тогда тебе не нужно заморачиваться с таким количеством герм. соединений и утяжелять конструкцию мёртвым весом, тащимым с собой. Это не есть рациональный дизайн, батенька.

Ckona> фото будут.
Макетирование как минимум позволило более четко представить задачу.

Ckona> В стабилизаторы второй ступени вклеиваются трубчатые гнезда, куда входят штыри (тоже трубчатые). Окончательная фиксация+подгонка выполняется после защелкивания осевого фиксатора (условно не показан) с помощью гаек на штырях.
Ckona> Все соединения - швейцарский полиуретановый клей-герметик.

Боюсь тебя разочаровать, но такая система с 4 направляющими цилиндрической формы в условиях несбалансированного движения с боковыми составляющими нагрузок не годится. ОБЯЗАТЕЛьНО заклинит. Должна быть кольцевая направляющая дополнительно. А то и две. Это я тебе устройство собственной системы разделения ракеты поршневым пороховым активатором описываю. Там первая кольцевая направляющая - коаксиальный цилиндр + поршень. 2 - сегменты фюзеляжа. А 4 стержня служат направляющими только для поршня. И стенки поршня не цилиндрические... Только тогда не клинит. Проверено многочисленными испытаниями.
Спасая твою схему, я бы сделал наоборот: в стабиках трапецевидные вырезы, а в колпачках - направляющих - пазы. Тогда дарт будет самоцентрироваться в посадочных гнёздах. И не беда, если будет небольшой люфт на земле. Когда приложится давление скоростного напора всё стабилизируется. Но стержни должны быть прочными. Иначе может начаться вибрация.

a_centaurus> ОБЯЗАТЕЛьНО заклинит. Я бы сделал в стабиках трапецевидные вырезы, а в колпачках - направляющих - пазы. Тогда дарт будет самоцентрироваться в посадочных гнёздах.

Согласен.
В момент отпускания осевого фиксатора - случись боковая нагрузка - и стержень в трубке заклинит.
Твое предложение принимаю, тем более что оно исключает вклеивание трубок в плоскости стабилизаторов.

Мои аргументы (о первом выше ты сам упоминал):
- Проставка не должна препятствовать доступу к поршневому узлу и фиксатору при установке в фиксатор сопла второй ступени,
- масса проставки не более 40 граммов,
- самые жесткие опорные поверхности - у бутылок под давлением, никакие их фрагменты подобную жесткость не обеспечат.

"Удалив лишнюю массу" из "коаксиального цилиндра с поршнем", я пришел к стержневой конструкции из дюралевых трубок диаметром 10 мм., с гайками на концах для выбирания люфтов в фиксаторе.

Ckona> Согласен.

Ckona> "Удалив лишнюю массу" из "коаксиального цилиндра с поршнем", я пришел к стержневой конструкции из дюралевых трубок диаметром 10 мм., с гайками на концах для выбирания люфтов в фиксаторе.

Констукция может быть работоспособной и лёгкой. Только как ты избавишься от провисания проставки после отработки первой ступени? Ведь корпус "обмякнет" без избыточного давления?
Как бы тебе не пришлось ставить кольцо жёсткости.

Serge77> Брат-2, не создавай лишнего шума. Пиши в положительном ключе.

Спасибо, понятно, исправлюсь.
И все-таки Ckona, в чем преимущество именно Вашей системы? Почему бы все же не использовать электронику, ведь можно построить проще. Используя инерционный датчик можно получить два однозначных сигнала – это точный момент начала ускорения, далее фиксированная выдержка времени и второй старт, или по иному, начало момента торможения и второй старт, то есть налицо возможность большего маневра. Еще интересно, в какой фазе работы первой ступени, будет оптимальным старт второй? И еще, Вы были приверженцем сопла в 23мм, но перешли на 9мм, разница есть или все сводится к зрелищности?

Брат-2> в чем преимущество? Почему не использовать электронику ?

Брат-2, на форуме все на "ты" - перед ракетами мы равны, а все различия - в результатах.
При разделении двух связок надутых бутылок, электроника - это существенное усложнение.
Событие, по которому надо "отстегивать" вторую ступень, есть окончание работы первой, плюс некоторая задержка (о ней позже).

---

Тяга первой ступени прекращается со сбросом давления. Усложнение1 - преобразователь сброса давления в электрический сигнал.
По этому сигналу надо "нажать на механический спусковой курок" с помощью Усложнения2 - сервопривода с редуктором и веревочкой или какой-нибудь тягой.
Соответственно, для сервопривода нужно Усложнение3 в виде печатной платы с радиодеталями и Усложнение4 в виде электрического источника питания (батарейки).
Все это хозяйство надо поиметь, куда-то в ракете более-менее грамотно приткнуть, но самое противное - его надо возить по воздуху, особенно батарейку.

---

А сила перемещения поршня в цилиндре - в 100 раз больше, чем у летающего сервопривода... и не надо никаких датчиков, чтобы отследить сброс давления - вторая ступень сама вытолкнет поршень, как только первая отработает. Так как нет Усложнений 1,2,3,4 - то и считаем чисто механическую систему в четыре раза проще !

Задержка в запуске второй ступени отпределяется по критерию максимальной высоты полета, с учетом аэродинамического торможения. Нужна модель, огнедышащие ракетчики пользуются программой SRM (вроде как), у меня доморощенная, для водоиспускания.
Если есть вода, давление и трубочка - грех не использовать гидротаймер !

По поводу диаметра сопла. Привожу "усредненно-обобщенные" цифры для одноступенчатых "аппаратов".
Горлышко бутылки дает расход воды 5 литров в секунду и тягу 400 Ньютон, разгоняя "водобутылочную ракету" с ускорением 20...50 (двадцать и более) ЖЕ ! В течение долей секунды (0,15с). Это неинтересно.
Сопло диаметром 9 мм дает тягу 60 Ньютон в течение аж одной секунды, разгоняя "изделие" с ускорением 3 ЖЕ. Уже можно успеть отследить старт видеокамерой и получить удовольствие от визуального наблюдения. Да и бортовое оборудование не сплющивается.

Разделив одну секунду на 0,15 секунды - получаем во втором случае в 8 (восемь) раз больше удовольствия.
Акциз за это удовольствие - высота полета.

Проектируемая в настоящее время двухступенчатая ракета "Пеликан" имеет стартовый вес до 7 кГ, поэтому первая ступень - 21,5 мм, а вторая - 9 мм.

Брат-2> И все-таки Ckona, в чем преимущество именно Вашей системы?

Надеюсь, что Ckona тебе ответит на вопрос о "преимуществе". Но поскольку тут все участники равноправны в словоизвержениях, попробую от себя в двух словах пояснить ситуацию. В ракетной технике используются две ( в данном конкретном случае) системы: 1 - сбора данных и выработки команд; 2 - исполнительная. В случае 2 ступенчатой ракеты нужно разделить ступени в наивыгоднейшей точке траектории. То есть 1 ступень должна разогнать и передать импульс без потерь 2 ступени. Так как в случае водноракетного двигателя запас по импульсу небольшой, достаточно определить, что рабочее тело уже выброшено из камеры 1 ступени и сразу же подать команду на разделение со второй с одновременным запуском её двигателя. В описываемой конструкции это делается автоматически, при помощи гидромеханического устройства, когда давление в камере бустера сравнивается с атмосферным. То есть за счёт энергии сжатого воздуха, запасённой в камере 2 ступени. Все остальные способы будут иметь большее количество событий в командно/исполнительной цепочке и зависеть от внешних источников энергии. Твой аксселерометр (питаемый от батареи) определит момент смены ускорения и даст сигнал на исполнительное устройство размыкания связей со второй ступенью и открытия стартового клапана второго двигателя. Это можно сделать при помощи электромеханического, либо пиротехнического реле. Обоим нужен ток не менее 0.3-0.5 А. То есть батарея. А это от 16 до 28 г лишнего веса. Кроме того, не забываем, что активаторы исполнительных устройств остаются механическими, то есть несут все присущие им недостатки.
Так что, технический выбор автора вполне соответствует событию.

Ckona> Брат-2, на форуме все на "ты" - перед ракетами мы равны, а все различия - в результатах.
Да, исправлюсь!
Ваше (обоих) разъяснение мне понятно, спасибо! В чем-то безоговорочно согласен, а в чем-то нет! Действительно старт с 23мм соплом – это фактически выстрел! После сброса воды получаем около 10% дополнительной тяги от сжатого воздуха, впрочем, вода и воздух фактически являются одним рабочим телом. Лобовое сопротивление ракеты растет пропорционально квадрату скорости, то есть чем медленнее ракета будет лететь, тем больше высота подъема. Отсюда вытекает: сопло в 9мм обязано добавить метры высоты, а оптимальный старт второй ступени будет на высоте 20-30м, то есть при уменьшении скорости связки примерно до 70км/час. Да, но сопротивление связки больше чем одиночной второй ступени, поэтому, возможно, что старт будет оптимальным на высоте не более 10м. Не так, поправьте.
А теперь в чем – нет! Почему сервопривод? Это действительно энергоемкий, тяжелый, а главное медленный механизм, а мы оперируем 10-ками мс. Есть проверенный веками способ, когда аккумулятор потенциальной, механической энергии (в импульсе сколь угодной величины) включается пережиганием капроновой нити, при этом электрическая батарея уже есть, в парашютной системе. У меня две батарейки ААА (самые маленькие) напряжением 3В, гарантированно выбрасывают 20 парашютов!
А теперь главное. Ckona! В твоей системе есть одна фатальная ошибка! Дело опять в поршнях! Действительно, на них будет развиваться огромное усилие, но когда? При площади около 3см(кв), конечно сразу после начала старта, то есть старты практически будут синхронными, и ни как, в оптимальной фазе. Остается уповать на инерцию да на дополнительную пружину, так это, почти как на Бога! Заметь, в системе, когда вторая ступень удерживается обжимаемой давлением резиной трубкой, разъединение будет в конце сброса давления!

Брат-2> У меня две батарейки ААА (самые маленькие) напряжением 3В, гарантированно выбрасывают 20 парашютов!

Вот это интересно! Расскажи, как это делается?

Брат-2> сопло в 9мм обязано добавить метры высоты
Грубая ошибка ! Поработай с численной моделью !
Чем медленнее расходуется рабочее тело, тем тяжелее взлетать - приходится поднимать не только ракету, но еще и топливо.
Самое правильное - учитывать в модели как реактивный разгон, так и аэродинамику.
Картина будет сложнее, основным параметром будет отношение силы инерции и силы аэрод.торможения.
Описание модели - здесь.

Пережигание капроновой нити - хороший и экономный ОДНОРАЗОВЫЙ способ.
Если пойду по этому пути - сделаю пироболт.
По поршневой системе отвечу позже. Давление-то с обеих сторон...

Брат-2> У меня две батарейки ААА (самые маленькие) напряжением 3В, гарантированно выбрасывают 20 парашютов!
Опиши конструкцию, пожалуйста !

Ckona> Грубая ошибка ! Поработай с численной моделью !....
Ckona> Опиши конструкцию, пожалуйста !

Ckona! Умоляю, «покажи пальцем»! Для меня - это дело, временное увлечение и изначально была задача развлечь племянника (7лет), да вот немного увлекся сам! Нет, мат.модель, конечно посмотрю, спасибо. Наспех сверстал в Visio «отчет о проделанной работе», моменты, при необходимости, разъясню потом. 20 парашютов, это конечно стендовые испытания, причем батарейки самые дешевые на наши 20руб., упаковка 4шт. Всего у меня было 5 парашютных спусков, из них 1- неудачный, запутались стробы. Летаем высоко, но вот с соплом меньшего диаметра были проблемы, теперь подсмотрел у тебя, попробую.
1.Стартовый механизм собран из походящих деталей из хозмага. Особенность механизма в том, что он позволяет производить запуски ракет с любым типом сопла. В эксплуатации надежен, можно качать давление до критических значений.
2. Выброс парашюта осуществляется поднятием носового обтекателя при помощи резинки (6), штока (2), пережиганием капроновой нити (3). Нить петлей крепится к штоку, а другим концом, с узелком, вставляется в паз размыкающего контакта (11), включая питание управляющей схемы. Питание 3В (2хААА), хорошо работают светодиоды зеленого свечения. В качестве ОУ LM-358, он сдвоенный, в одном из вариантов на втором собран одновибратор, подающий короткий импульс на нагреватель, что экономит питание, но с размыкающим контактом проще и надежней.
3.Бутылки в ракете собираются только горлышком в дно. Это проще, можно собрать любую конфигурацию, или легко выполнить ремонт. Все проставки и аппаратный отсек крепятся скотчем. Хорошо получается стабилизатор, особое внимание аэродинамике.

Брат-2> 2. Выброс парашюта ...