Обыкновенные водяные ракеты из пластиковых бутылок

PopovIgor> Схема выше не годится для нашего случая, с рулевой машинкой?
Попробую объяснить "как неэлектронщику".
У тебя имеется "ящичек", на выходе которого ноль, если верхний светодиод освещен больше нижнего, плюс пять вольт, если нижний светодиод освещен больше верхнего, и "непонятно что", если "освещенности отличаются меньше, чем помехи от проводов 220 вольт". Кроме того, абсолютный уровень освещенности влияет на скорость переброса от нуля до пяти вольт и обратно - чем ярче небо, тем быстрее переброс.

К этому первому "ящичку" присоединен второй "ящичек", который переводит "ноль вольт" в команду для сервопривода "держать угол -45 градусов от среднего положения", а "пять вольт" переводит в команду "держать угол +45 градусов от среднего положения".

Вследствие максимальной простоты (скорее, примитивности), в электронике отсутствует защита от сильных помех, нет приспособы для "залипания" при срабатывании, время переброса зависит от освещенности. За простоту наказан сервопривод, который при сигнале "непонятно что" дрыгается и жрет ток.
Если "наворачивать" все эти дополнительные условия, получается схема типа "апофигей" (см поиск), которую жалко плющить об землю.

PopovIgor> В выходные хочу попробовать качнуть до предела (Р макс = 12,5атм) армированный 3,5 л.
Никто ставок делать не будет.
Вода, штатив, манометр, видеосъемка.

Gematogen> Если я правильно понимаю, то рулевой машинкой назван сервопривод?
Gematogen> Если "да", то он управляется импульсным напряжением и угол его поворота зависит от скважности импульсов.
Gematogen> Можно конечно выбросить электронные потроха и оставить только мотор с редуктором. Но тогда необходимо предусмотреть выключение двигателя при достижении необходимого угла поворота. Иначе он банально сгорит.
Наших знаний в этой области, как говорит Slavish77, хватает лишь на замену батареек в пульте
Здесь в этом секут Ckona с Брат-2, но никак не мы мы Сергеем .

Gematogen> Ну, если ты не одумался, то хотя-бы накачивай из-за угла. Если будешь накачивать газом (а я думаю, что именно так), то получишь бомбу. Кстати, штатный сброс давления предусмотрен?
Предусмотрен. Бухта шланга 50 м. Газом, но заполнение водой проц. на 90. Издалека с видео, внуков на поводок .
Gematogen> Пока ты не приступил к опасным экспериментам, лови файл.

Gematogen> Считаю работу с файлом завершенной.
То, что ты сделал - это неоценимо. У Ckona (Алексея), насколько я понял, планы на основе твоей работы, выполнить это совместно с тобой в форме программы, написанной на Дельфи или чем-то похожем, в виде ехе файла.
Какие планы по практике? Если есть затруднения со станочным изготовлением деталей, могу помочь.

Ckona>
Прикинь, качалка вместо 60 положенных, перекладывается на 180 гр.
Объяснил суть, более-менее понятно стало.
PopovIgor>> В выходные хочу попробовать качнуть до предела (Р макс = 12,5атм) армированный 3,5 л.
Ckona> Никто ставок делать не будет.
Я имел ввиду не ставки, а предположения, иде порвется в первую очередь.

Ckona> Вода, штатив, манометр, видеосъемка.
Это обязательно, иначе это экскремент, а не эксперимент))))

Gematogen> Я Самое интересное - оптимальный момент включения второй ступени. Это не максимальная высота.
Правильно. Не максимальная высота до разделения, но максимальная скорость связки в момент разделения. Теоретически прикинуть перепад давления на этот момент (если узел стыковки работает по этому параметру) и назначить узлу стыковки отследить это значение.

PopovIgor> Правильно. Не максимальная высота до разделения, но максимальная скорость связки в момент разделения.
Само разделение в файле можно сделать или по моменту, когда связка ракет замедляется сильнее отдельно летящей ракеты или по падению давления в первой ступени. Технически обычно реализуется именно второй вариант.

Для достижения максимальной высоты необходимо использовать инерцию второй ступени после разделения по максимуму. Поэтому первая фаза полета второй ступени после разделения должна быть баллистической. Двигатель пускается с задержкой.
Я не уверен, что это можно реализовать технически.
Если пускать двигатель сразу, то мы вынуждены работать на максимальных скоростях, при максимальном сопротивлении воздуха.

Gematogen> Само разделение в файле можно сделать или по моменту, когда связка ракет замедляется сильнее отдельно летящей ракеты или по падению давления в первой ступени. Технически обычно реализуется именно второй вариант.
Gematogen> Для достижения максимальной высоты необходимо использовать инерцию второй ступени после разделения по максимуму. Поэтому первая фаза полета второй ступени после разделения должна быть баллистической. Двигатель пускается с задержкой.
Gematogen> Я не уверен, что это можно реализовать технически.
Gematogen> Если пускать двигатель сразу, то мы вынуждены работать на максимальных скоростях, при максимальном сопротивлении воздуха.

Михаил, я тоже думал над этим вопросом. Как лучше, как выгоднее (имея ввиду максимум высоты) назначить момент разделения? То ли использовать максимально (оптимально) высоту баллистики связки до разделения (вариант 1), то ли максимум скорости связки (вариант 2) в момент разделения.
И пришел к следующим выводам.
Вариант 1
1. Трудно выполним технически. Без акселерометра не обойтись, чтобы отследить заданный момент и он д.б. связан физически с механизмом разделения.
2. Максимум высоты баллистики связки нельзя использовать в связи с тем, что с падением скорости связки до нуля ракета теряет устойчивость и ложится, грубо говоря, в горизонтальный полет, тогда и стартовать вторая ступень будет в горизонт.
3. Поэтому надо оставлять не менее 15 м/с для устойчивости в вертикали.
Обсчитывая свою двухступенчатую получил след данные (только по воде):
Вариант 2 - разделение по максимуму скорости.
Вторая ступень 1,68 кг после отработки дв. 1 ст. имеет скорость 28 м/с с учетом выталкивания. Если разделять по максимуму скорости, то вторая ст. 0,68 кг со скоростью 68 м/с достигнет суммарной высоты 29+166=195 м.
Вариант 1 - разделение по достигнутому максимуму высоты связки.
Оставим 15 м/с для сохранения устойчивости вертикального полета.
Тогда суммарная высота составит около 100 метров.
Парадокс? Отнюдь.
Подбросим груз весом 1 кг вверх со скоростью 30 м/с. Высота будет 43 м (сила сопрот. возд. по ракете). В высшей точке еще раз подбросим этот груз с той же скоростью. В итоге суммарная высота составит 86 м.
Теперь подбросим тот же груз с той же суммарной скоростью 60 м/с однократно. Суммарная высота составит уже 149 м.
Для чистоты без сопротивления воздуха (V²/2g). Первый вариант - 46+46=92 м. Второй - 184 м.
Как видим, первый вариант явно проигрывает.
Второй же вариант разделения по давлению более осуществим практически.
Поэтому делиться и размножаться,наверное, надо всё же по максимуму скорости связки, то бишь по расчетной разнице давления в ступенях.

Serge77> PopovIgor, персонально для тебя ещё раз:
Уже второе ))) .
Serge77> (и для всех остальных тоже)
Serge77> Не дописывайте ничего в сообщение, когда оно уже отправлено! Редактирование используйте только для исправления ошибок. Хотите что-то добавить - пишите новое сообщение.
С чем связано помимо неудобства чтения? С техническими проблемами?
ПС. Как насчет использования схемы с выходом на серву? Подкупает кажущаяся простота и минимум деталей, вес, габариты и отсутствие настройки.

mansy> Ещё раз спасибо форумчанам, что разрабатываете тему интересную!
Приветствуем нового сотоварища сообщества! Ждем фото-видео, а также иных подробностей.

...
Gematogen> Для достижения максимальной высоты необходимо использовать...

Подобные рассуждения уже ближе к практической истине, а теперь необходимо ввести вводную, которая задает реальный полезный вес крайней ступени.

PopovIgor> С чем связано помимо неудобства чтения? С техническими проблемами?

Если человек прочитал твоё сообщение, а потом ты его исправил, он это не заметит, потому что это никак не отразится на форуме.

PopovIgor> ПС. Как насчет использования схемы с выходом на серву? Подкупает кажущаяся простота и минимум деталей, вес, габариты и отсутствие настройки.

Так ты же её уже так и используешь.
Я тоже использую, вот тут начало моих мыслей:

Нестандартное управление рулевой машинкой

А вот тут реализация:

mansy> Немного о себе - я из Ханты-Мансийска, зовут Игорь. Тут уже мошка одолевает. От этого создаётся ненужная суетливость (меня они любят особо).

Северяне прибывают! ))) Игорь, от мошкИ ванилин помогает (делай кашицу из воды или смешивай с детским кремом).

mansy> Наделал кучу ошибок, одним словом.

фигня! на ошибках учатся)))

mansy> Вот ссылка, полюбопытствуйте, кому интересно... Мой фильм 5.mp4 - YouTube
нормальное видео. только близко к ракете под давлением подходить не следует.
по конструкции стартовой: манометр лучше вынеси ближе к компрессору.

slavich77> Северяне прибывают! ))) Игорь, от мошкИ ванилин помогает (делай кашицу из воды или смешивай с детским кремом).
Спасибо за совет! У меня аллергия на укусы этих гадов, сегодня хожу с большим ухом и весь в шишках на руках. Домочадцы также демонстрируют всяческие раны... Получается, при ветре запускать нельзя по причине - унесёт не туды, но зато мошка не кусает. Лето у нас нынче рекордное по температуре, +30. Такого не помнят старожилы в это время года. На ЯМАЛе в этом смысле комфортнее;))
*
slavich77> нормальное видео. только близко к ракете под давлением подходить не следует.
slavich77> по конструкции стартовой: манометр лучше вынеси ближе к компрессору.
Да, что-то расслабился, ребёнка и прочих отгонял, сам же вертелся, инстинктивно прикрывая глаза стоиком (им и снимал). Надо эту практику заканчивать.
*
Хочу отбалансировать ракету; иголочку в носик, иголочку в пенопластовый шарик в сопло, и поворачивать, чтоб устойчивой во всех положениях была. Не знаю, правда, на сколько это актуально...
И ещё, кто-то писал, что в воду хорошо Фэри добавить несколько капель, чтобы пенный раствор получился.
Ну, и соосность сопла, тоже задача.
Я его не вклеивал, а из переходника сделал, в пробке отверстие, проеладка, вот и всё.

mansy> Переходник между бутылками. Маловат диаметр трубки, однако... 6мм, диаметр сопла - 8мм.
mansy> Вопрос форумчанам - насколько критично?

Игорь, не критично.
По поводу переходников бОльшего диаметра - нужно в автомагазинах смотреть. что-то подходящее для нас я видел.

Фэри в воду - это хорошо, но просто так вода не вспенится. Посмотри австралийский сайт, технология JetFoaming.

Ckona> от 01.05.2012 10:15 PopovIgor 01.05.2012 07:09
Ckona> Игорь, надуй.
PopovIgor> В выходные хочу попробовать качнуть до предела (Р макс = 12,5атм) армированный 3,5 л. Или течи появятся из-за некачественной склейки (все же первый раз), или "армировка" оторвется, или сам баллон лопнет, или шланг с хомута вырвет, или крышку сорвет

Эксперимент провел. Надул.
Ф89 мм. Объем - 3,55 л с пеногенератором – на фото видно его деформированное внутреннее горлышко. 5 слоев армирования лентой (скотч армированный стекловолокном с продольным расположением нитей). Последовательность слоев и длина продольных лент на рис. слева.
Полностью залито водой с температурой прим. 20 гр. С.
Штатив на дачу взял, а вот что-то стукнуло, что камера на даче (((, она естественно осталась в Москве.
Накачивание из баллона сж. азотом.
Результаты.
6 атм - выдержка 3 мин - без изменений.
9 атм - выдержка 2 мин - без изменений.
11 атм - выдержка 1 мин - без изменений.
11,5 - 12 атм - начало течи воды из кольцевого шва.
12,5-13 атм - разрыв.
Предполагаемая последовательность деформаций.
1. Слой герметика 1 (зеленый) не предназначен для противодействию осевым усилиям при расталкивании. Эти усилия воспринимаются слоем армировки.
Какие допущены ошибки?
Длина продольных лент короткая, по 50 мм в сторону от шва, а первая поперечная лента (красным) не держит продольную нагрузку и спокойно удлиняется. Значит на продольную остается уже 25 мм длины. При 11,5 атм. произошло отклеивание (отрыв) одной или нескольких полос (синим) ленты от поверхности ПЭТ (см. рис слева - т.2). При дальнейшей осевой деформации шов "поплыл", пошла течь воды.
2. Все усилие сосредоточилось на оставшихся лентах. Осевое усилие при этом составило 730 кгс или 253 МПа/см. Заявленная изготовителем прочность одной ленты 250 МПа/см.
3. Дальнейшее повышение давления до 13 атм привело к разрыву оставшихся лент. Усилие при этом на них составило 826 кгс или 287 МПа/см, а с учетом ранее отклеившихся - порядка 320 МПа/см.
4. При отрыве части изделия в оставшейся части с пеногенератором из-за резкого перепада давления внутреннюю часть горлышка пеногенератора вмяло внутрь (вывернуло горлышко наизнанку) и уже затем с изломом разорвало саму ПЭТ. Это видно на фото.

Выводы.
1. Данную технологию армирования корпуса использовать можно.
2. При осмотре «останков», а также при накачивании никаких деформаций в поперечном направлении не выявлено. Никаких выпячиваний в районе горлышек нет.
3. Ленты продольного направления д.б. сплошной неразрывной длины от горла до горла. Расположение слоев – как показано на рис. справа.
Прочность в поперечном направлении несоизмеримо больше, чем в продольном, самое слабое место - кольцевая склейка. Поэтому основное внимание - продольное направление.

Но тем не менее, достигнутые 11 атм внушают некоторый оптимизм. В следующие выходные попробую качнуть просто склеенную пару с расположением слоев, как на рис. справа.

Опыты по изучению адгезии ленты к ПЭТ и усилиям на сдвиг см. отсюда и далее:

Здесь я теоретически оценивал предельное рабочее давление в 10,7 атм, эксперимент показал 11.

Короче, данная технология показывает, что рабочее давление можно поднять как минимум до 10 атм, что позволяет повысить энергетику двигателя на 40% по сравнению со "стандартным" давлением 7 атм.

Наверное можно совместить две технологии:
1. Усиление герметизирующего шва дополнительным наружным швом по методу Ckona
затем
2. Общее упрочнение корпуса предложенным методом.

Игорь, если вдруг захочешь сменить аватар, то:
1. Клик по своей существующей аватаре
2. Профиль на старом форуме
3. Профиль - индивидуальный
4. Заменить аватар

PopovIgor> При дальнейшей осевой деформации шов "поплыл", пошла течь воды.
PopovIgor> 2. Все усилие сосредоточилось на оставшихся лентах.
Снимая слои армировочной ленты с разорвавшихся частей, обнаружил влажность под ними на расстоянии не менее 100 - 120 мм от шва. Т.е. при появлении течи воды, последняя под давлением 11,5 атм проникла под ленту, нарушая её приклейку к ПЭТ, лишая ее опоры в виде клея, оставляя наедине с расталкивающим усилием от давления и ускоряя тем самым разрыв изделия в целом.

Брат-2> Подобные рассуждения уже ближе к практической истине, а теперь необходимо ввести вводную, которая задает реальный полезный вес крайней ступени.
Файл делает расчет без учета технической возможности реализации рассчитываемого варианта.
Хотелось бы знать - возможно ли осуществить пуск двигателя второй ступени не сразу после разделения, а с задержкой? И за счет чего тогда происходит разделение?
А также - возможна ли техническая реализация разделения ступеней не по остаточному давлению (его падению ниже порогового) в первой ступени, а по другим условиям? Например, по таймеру.
У меня закрадываются подозрения, что пока можно реализовать только разделение по давлению с немедленным пуском двигателя второй ступени. Тогда мы теряем около трети высоты.
PopovIgor> Подбросим груз весом 1 кг вверх...
Вот если бы...
Мы подбрасываем вверх отнюдь не 1 кг. Чтобы было понятней - представь, что мы подбрасываем вверх 1 кг пенопласта. (примерно 30 литров) Что получим?
Для одноступенчатой ракеты есть оптимальная для достижения максимальной высоты масса воды и самой ракеты (конструкция + балласт). Для первой ступени масса второй является балластом. Таким образом, для максимума высоты первой ступени есть оптимальная масса второй ступени.
Любое отклонение от оптимальной пропорции должно привести к снижению высоты.
И если ты увеличиваешь массу балласта, то получив прибавку в инерции ты вынужден тратить энергию именно на преодоление этой инерции при разгоне.
Если не пренебрегать сопротивлением воздуха, то надо помнить, что оно пропорционально квадрату скорости. А ракета при максимуме скорости уже пустая. При Сх=0,4 на ракету 110 мм при скорости 50 м/с (максимум при 6 атм для 2х литровой ракеты) действует сила сопротивления воздуха 5,8 Н. Нетрудно догадаться, что при предполагаемом удвоении скорости она вырастет в четыре раза и составит 23,2 Н. Прибавка равносильна балласту около 1,7 кг.

Gematogen> У меня закрадываются подозрения, что пока можно реализовать только разделение по давлению с немедленным пуском двигателя второй ступени. Тогда мы теряем около трети высоты.
PopovIgor>> Подбросим груз весом 1 кг вверх...
Gematogen> Вот если бы...
Gematogen> Мы подбрасываем вверх отнюдь не 1 кг. Чтобы было понятней - представь, что мы подбрасываем вверх 1 кг пенопласта. (примерно 30 литров) Что получим?
Давай ничего подбрасывать не будем, тем более пенопласт, - на кой он нам нужен?, - а переведем все в практическую плоскость, чтобы все было предметно и наглядно.
У тебя замечательная программа. Вот и давай в нее засунем параметры "стандартной" двухступенчатой ракеты, а именно:
общие: Сх = 0,4 ; калибр 90 мм ; Р = 6 атм ; Сопла - 10 мм ; Внутренняя напр. -ф10*1000
Допущения: полет вертикальный, потери воды по направляющей - ноль.
1-ая ст. - Мо1 = 0,4 кг ; V1 общ = 6 л ; Вода - 1,5 л
2-ая ст. - Мо2 = 0,5 кг ; V2 общ = 3,5 л ; Вода - 1 л.
Вполне укладывается в практику - общая высота не более 2 м, соотн. L/D = 18-20.
В итоге находим
1. Vo - скорость выталкивания и Ho (1 м).
2. V1 и Н1 - скорость и высоту после воды
3. V2 и Н2 - скорость и высоту после пневмовыхлопа
4. V3 и Н3 - баллистическая высота неразделенной связки, скорость V3 при этом = 0.
Далее стартует 2-ая ст. по двум вариантам:
1. С начальными V2 и Н2 - разделение по заданному порогу давления (по максимуму скорости )
2. С начальными V'2 и H'2, где V'2 в диапазоне от V2 до 10 м/с (не стоит забывать о потери устойчивости в реальности) и соответствующей ей при этом высоты H'2.
Возьмем несколько значений H'2 из диапазона от Н2 до Н3 и соответствующей им начальной скорости V'2 старта второй ступени.. Сравним максим. высоты при этом второй ступени.
Если расчет по второму варианту покажет существенную прибавку суммарной высоты в целом, то тогда и будем думать:
1. об алгоритме отыскания оптимальных параметров ракеты в целом
2. о техническом решении узла стыковки по заданным параметрам (V'2 и H'2).
А если нет, значит нет.
Если нет, то ориентируемся на разделение по V2, но и тогда возникает вопрос об оптимальном соотношении ступеней, который для водяных ракет пока еще не решен.

PopovIgor> Если расчет по второму варианту покажет существенную прибавку...
Однако ты прав. При твоих условиях максимальная высота больше, если отделять при давлении около 1 атм. Тогда Н=94 м. (Если во вторую ступень заправить 0,69 л воды.). При пуске на максимальной высоте Н=70 м.
Но меня смущает, что обе ступени перегружены - нагрузка существенно выше оптимальной.

Кстати, я в выходные провел десяток пусков двухлитровой ракеты. Средств объективного контроля не было. По косвенным данным удалось достичь высоты порядка 45 - 50 метров при Р=5 атм. (примерно).

По результатам сделано несколько выводов:
1 - Радиус зоны безопасности должен быть не менее запланированной высоты подъема;
2 - Недостаточная точность изготовления (скорее всего стабилизаторов) не позволила добиться четкого вертикального старта;
3 - при встрече с землей деформируется обтекатель, а также происходит смещение обтекателя вдоль оси ракеты на 15 - 20 мм (с незначительным перекосом).

Основная задача на ближайшее время - добиться стабильного вертикального полета. Буду модернизировать стабилизаторы.
Также размышляю о модернизации крепления обтекателя к основному корпусу.
Если ничего не поможет - придется делать другую ракету.

Задумался о составной одноступенчатой ракете.

Побочный продукт - в файл добавил блок расчета пуска под углом. Очень поучительные результаты. Особенно для двухтупенчатой ракеты.

Gematogen> Но меня смущает, что обе ступени перегружены - нагрузка существенно выше оптимальной.
Меня тоже. Параметры взял примерные, по наитию. А как рассчитать вторую на основе первой не знаю.
Gematogen> Кстати, я в выходные провел десяток пусков двухлитровой ракеты. Средств объективного контроля не было. По косвенным данным удалось достичь высоты порядка 45 - 50 метров при Р=5 атм. (примерно).
Ты съемку ведешь? Где пускаешь? А я в эти выходные наконец-то дорвался до баллона с азотом. Результаты чуть выше.
Альтиметр брал у Gogi, чуть больше 1000 р., почтовым переводом, хорошая штука. Если хочешь, то здесь Первый полет: страница поддержки Secure digital альтиметра

PopovIgor> А как рассчитать вторую на основе первой не знаю.
Я попробовал рассчитать оптимальную вторую ступень и поиграться с первой. Получилось оптимальное соотношение объемов - 9 крат. При этом масса 1,5 литровой секции принята 50 г (маловато?), нагрузка 2 ступени 51 г, Объем 1 ступени - 13,5 л.
Тут мы получаем первую ступень сложносоставную как у Брата-2 или из 5 литровых баллонов (2 или 3). И надо пересчитывать на возможную конструкцию.
Сколько весит головная часть (блок регистрации высоты, выброса парашюта и парашют?). Насколько возможно минимизировать ее вес?
В одноступенчатой полуторалитровой ракете увеличение полезной нагрузки на 78 г приводит к падению высоты на 10%.
PopovIgor> Ты съемку ведешь? Где пускаешь?
Пускаю на соседнем пустыре, ибо ракета предполагается малой дальности. Однако, некоторая кривизна конструкции привела к тому, что максимальное удаление места посадки (я бы даже сказал приземления) от места старта составило около 45 - 50 метров. Стандарты безопасности пересматриваются.
Некоторые старты снимал на телефон. Но самые удачные - нет. Конструкция ракеты - предельно проста и вряд-ли представляет интерес.
PopovIgor> А я в эти выходные наконец-то дорвался до баллона с азотом. Результаты чуть выше.
Ужо прочел. Рад, что обошлось без жертв. Еще приятно, что экспериментальные данные подтвердили теоретические расчеты.
PopovIgor> Альтиметр брал у Gogi, чуть больше 1000 р., почтовым переводом, хорошая штука. Если хочешь, то здесь Первый полет: страница поддержки Secure digital альтиметра
Пасиб. Интересно. Но сейчас 47 бакинских это уже полтора тыра. Плюс пересылка.
Я сейчас пытаюсь создать макет железной дороги. Весьма недешевое увлечение
Ракетный проект рассматривался как очень бюджетная альтернатива. Пока электронные штучки противоречат этой философии. Правда, запустив ракету на приличную (как мне кажется) высоту, я понял тягу участников форума к максимизации результатов. Еще понял, что система спасения нужна даже такой примитивной ракете. Тем более, что она добавит зрелищности. Сейчас обдумываю - стоит ли ввязываться в конструирование ракеты с парашютом или ракеты из составной емкости. Между тем основная задача - обеспечить максимально вертикальный взлет.
Кстати, в ж/д моделизме сервоприводы используются для переключения стрелок. Еще в этих же целях используют реле. Обычно РПС-22. Оно с фиксируемыми положениями. А для открытия парашюта, мне кажется, подойдет обычная автомобильная релюха. Убираем корпус и все лишнее, к подвижной пластине припаиваем крючок и получаем простой механизм. Снимаем головную боль с отключением питания после срабатывания - релюха не сгорит. При правильном распрложении релюхи перегрузки на пластине будут препятствовать преждевременному срабатыванию. Никто не пробовал?