Обыкновенные водяные ракеты из пластиковых бутылок

Вот, ребята, что нарыл в инете.

PopovIgor> поэтому давай схему и обсудим.
a_centaurus> Вот такой вышел дизайн 1 ст. водной ракеты на основе "простых пластиковых бутылок" усиленной конструкции. сначала бутыли соединяются между собой, коннекторы заливаются компаундом и фиксируются бандажами (два полуцилиндра) затем вставляются в трубы и стопорятся крышками. В последнюю очередь (после наддува до 6-8 Бар) заполняется пена в местах соединений. a_centaurus>Вес пустой ракеты примерно 1.5 кг.
a_centaurus> Внятная критика и полезные поправки будут восприняты.

Очевидно, имеется ввиду вес двигателя. Шесть бутылок - это примерно 0,25 кг. Все остальное, а именно 1,25 кг - на усиление.
Бутылки вставляются в бандажную трубу, которая затем закрывается крышками. Следовательно, имеется зазор между ПЭТ и трубой.
Нагнетаем воздух, ПЭТ расширяется как в радиальном, так и в продольном направлениях. Все усилие от внутреннего давления передаются трубе. Следовательно, прочность конструкции определяется именно этой трубой. Причем здесь тогда ПЭТ? Вот видимо австралийцы и пошли по этому пути, намотав кокон из стеклоткани, ислючив ПЭТ.
Далее. Какой смысл соединять бутылки в трубе т.н. Робинсонами и заполнять пустоты пеной или еще чем то?. Если уж на то пошло, достаточно их просто склеить, исключив донышки, слева и справа - резьбы горлышка для дальнейших соединений (сопло, узел стыковки следующей ступени, ГЧ и т.д.). Технологию уж все здесь освоили тем более, что всю нагрузку воспринимает именно бандаж.
На мой взгляд, следует попробовать склеить пару бутылок (горлышки слева и справа), а затем тщательно обмотать их лентой №8956 - 3М (ее характеристики я давал выше) в осевом и поперечном направлениях, наподобие кокона. Это сродни упрочнению бутылок капроном - до 80 атм. (см. выше ссылку Ckona). И вес при этом будет значительно снижен. Вес ленты - 0.320 кг (50 мм*50м). Закрыть цилиндр длиной 1,5 м и ф90 мм можно 6 раз, увеличив общую толщину с 0,15 мм до 0,93 мм (0.78 + 0.15). Допускаемые напряжения для ПЭТ ~ 250 МПа, указанной пленки - 190 МПа, стали ~150 МПа.
Для цилиндра Р = 2*[б]*S/(D+S)
Р в МПа, напряжения в МПа, S (толщина стенки) и D в мм. (Расчет по ГОСТ 14249-89)

А если сравнивать с твоим весом (1.25 кг), то соответственно до 3,2 мм. Прочность на разрыв этого дополнительного слоя составит тогда минимум 30000Н/дм. По приблизительной оценке Р пред. составит 62 атм. Примечание: оценивал только цилиндрическую часть, конические донышки считать так муторно, уменьши в 1,5 раза

PopovIgor>> поэтому давай схему и обсудим.
a_centaurus>> Вот такой вышел дизайн 1 ст. водной ракеты на основе "простых пластиковых
PopovIgor> Далее. Какой смысл соединять бутылки в трубе т.н. Робинсонами и заполнять пустоты пеной или еще чем то?. Если уж на то пошло, достаточно их просто склеить, исключив донышки, слева и справа - резьбы горлышка для дальнейших соединений (сопло, узел стыковки следующей ступени, ГЧ и т.д.).

Ну вот видишь, сам все знаешь. Повторяю, моя роль была: "вбросить шайбу". Конечно, бак для той же закиси на давление 50 (х2) Атм из композита G11 делается как в бобинной (кокон) так и в крышечной технологии. Но, в виду анизотропии свойств с.т. трубы и из соображений герметичности, нужен liner. Про него уже говорили. Когда речь идёт о трубе длиной 1.2-1.5 м с возможным отклонением от формы (овальности) необходим дополнительный техпроцесс аккомодации торцев, воспринимающих нагрузку. Лучше всего вклеить точёные обечайки и уже к ним устанавливать крышки, обеспечивая уплотнение. Я делал пробы с алюминиевой фольгой и трубой с.т. на 50 мм. Фольговый вкладыш распёртый полиэтиленовым мешком даёт чистую ровную поверхность, приемлимую для установки крышек. Вот два дизайна для 3 кг бака гибридной ракеты (NOx/paraffin) из фиберглассовой трубы 86 мм (80 мм вн.). 1 - с Al liner (фольга) и крышками, устанавливаемыми на винтах. 2 - бобинная конструкция с намоткой по PE liner и инсертацией крышек в намотку. Первый вариант для прототипа и наземных испытаний, второй - лётный с изготовлением на фабрике (или нашей мастерской фирмы) по эскизу. Оба, в принципе, годятся для водной ракеты высокого давления. Очевидно в этом году у меня будет задача под разработку подобного бака. Тогда и появится опыт по его изготовлению. Надеюсь, что в вашем случае, задача будет решена гораздо раньше. Идея со склейкой бутылей в монобак с выводом наружу только горлышек может быть принята в виде рабочей гипотезы. Я бы начал с 2+2. По 2 ёмкости в сегменте. Так проще и сделать, и испытать. Желаю удачи.

a_centaurus> пробы с алюминиевой фольгой и трубой с.т. на 50 мм. Фольговый вкладыш распёртый полиэтиленовым мешком даёт чистую ровную поверхность, приемлимую для установки крышек.

50 mm G11 fiberglass tube with Al foil internal liner.

a_centaurus> Ну вот видишь, сам все знаешь. Повторяю, моя роль была: "вбросить шайбу".
Всегда были ценны люди - "генераторы идей", а если при этом дается теоретическое обоснование и намечаются варианты практического развития, то это ценно вдвойне. Так, что не скромничай, дескать, просто "вбросить шайбу"
a_centaurus> герметичности, нужен liner. Про него уже говорили.
Не могу точно перевести liner на технический язык(
a_centaurus> Идея со склейкой бутылей в монобак с выводом наружу только горлышек может быть принята в виде рабочей гипотезы.
Во-первых, донышки слабее по сравнению с горловой частью, тем более, что при дальнейшем наращивания от донышка, в последнем придется открывать отверстие, еще больше его ослабляя. Во-вторых, уже имея резьбы, легче осуществлять стыковку с последующими частями. Ну и, в-третьих, если принимать во внимание усиливающую обмотку, то гораздо легче и надежнее это сделать с конусом нежели, чем с дном с его "пупырями".
a_centaurus> Я бы начал с 2+2. По 2 ёмкости в сегменте. Так проще и сделать, и испытать. Желаю удачи.
Да, надо испытывать. Однако, если будет положительный результат, то, имея в двигателе запас сж. воздуха в 2 -3 раза больше существующего сейчас, можно более свободно оперировать весами. Я имею ввиду изначальное смещение центра тяжести на старте. Т.е. верхнее расположение топливного бака. Все-таки центральная труба ПП 20*2,3 - PN10 имеет приличный вес - 115 г/п.м.. Не имея активной стабилизации, но имея сразу на старте после разгонной трубы аэродинамическую устойчивость, можно подъем ракеты сделать более зрелищным, более медленным и плавным. "Тень", конечно, хороша, но это то же самое, как стрелять вверх из ружья)). А повышенное давление позволяет при этом смещать коэффициент заполнения в большую сторону (см. исследования австралийцев).
Забыл добавить в предыдущем сообщении.
Относительное удлинение у означенной ленты ~9%, такое же, как у ПЭТ бутылки. Надеюсь, что не нужно объяснять, насколько это плюс?))))

И еще вопрос к Алексею и ко всем. Как обсчитать фазу полета при истечении сж. воздуха? Может кто знает методику?

PopovIgor> Не могу точно перевести liner на технический язык(
liner - вкладыш, внутренний стакан, футеровка. Извини, мне технический eng, spanish привычнее. Они на языке. А русским я, в основном на этом Форуме, пользуюсь.Чтобы не забыть.
PopovIgor> Да, надо испытывать. Однако, если будет положительный результат, то, имея в двигателе запас сж. воздуха в 2 -3 раза больше существующего сейчас, можно более свободно оперировать весами. Я имею ввиду изначальное смещение центра тяжести на старте. Т.е. верхнее расположение топливного бака.
Для меня - верхний сегмент - газовый. Нижний - рабочее тело. Так что ракета будет вполне устойчивой.
PopovIgor> Все-таки центральная труба ПП 20*2,3 - PN10 имеет приличный вес - 115 г/п.м.. Не имея активной стабилизации, но имея сразу на старте после разгонной трубы аэродинамическую устойчивость, можно подъем ракеты сделать более зрелищным, более медленным и плавным.
Твоей номенклатуры формул не очень понимаю. Но если это стеклотекстолит, то гораздо больше. 84 мм диам, 2 мм толщины 1 м труба G11 весит 600 г (счас пойду перевешу на всякий случай).
Я думаю, что будет похоже на подьём моих минигибридных ракет с движками очень ограниченной тяги. Посмотри на видео, как уходит с рампы последний Solaris_H_1S_M взлётным весом 1.4 кг. Его движок даёт 40-60 Н тяги ок 4 с. Тем не менее ракета даже по очень настильной траектории достала до 170 м.

PopovIgor> Как обсчитать при истечении сж. воздуха?
Игорь !
К сожалению, я этот путь еще полностью не прошел.
Может быть, наполовину... до конца далеко.
Поэтому не могу дать внятного и четкого ответа.

Попробуй посчитать по выражениям, приведенным на картинке.
Гамма - это показатель адиабаты, для воздуха = 1,4.
Скорость звука в критике бери 500...550 м/с, где-то так.
Буду очень признателен, если ты поставишь эксперимент по измерению времени "испускания духа",
будем сравнивать с расчетным значением.

Ckona> Скорость звука в критике бери 500...550 м/с, где-то так.

?????????????
Скорость звука - функция температуры.

Ckona>> Скорость звука в критике бери 500...550 м/с, где-то так.
RLAN> ?????????????
RLAN> Скорость звука - функция температуры.

По всем стандартным методикам расчёта сверхзвуковых сопел скорость звука в критическом сечении равна (берётся) за М1. Температура за критикой - 300 К, давление Pо (какое есть). Ну, а дальше - как получится.

PopovIgor>> Все-таки центральная труба ПП 20*2,3 - PN10 имеет приличный вес - 115 г/п.м.. Не имея активной стабилизации, но имея сразу на старте после разгонной трубы аэродинамическую устойчивость, можно подъем ракеты сделать более зрелищным, более медленным и плавным.
a_centaurus> Твоей номенклатуры формул не очень понимаю. Но если это стеклотекстолит, то гораздо больше. 84 мм диам, 2 мм толщины 1 м труба G11 весит 600 г (счас пойду перевешу на всякий случай).
Вот, что я имел ввиду. Рабочее тело вверху двигателя, сжатый воздух (2/3 полного объема) - внизу.
Ты видел, как со старта уходит "Тень"? Выталкивание с внутренней направляющей - 0,34 сек, истечение воды - 0.073 с!!! и с высоты 3,5 м !! - окончательный разгон со свистом сжатым воздухом с начальным давлением 21,3 бар через сопло 19 мм. Как говорил Горбатый из "Место встречи изменить нельзя": "- Чик, и ты уже на небесах".
Не зрелищно
Если изначальное смещение ЦТ ниже ЦД длится всего лишь сотые доли секунды, к чему тогда оперение, с его дополнительным сопротивлением? Ракета и так переходит в фазу пневмовыхлопа уже с начальной скоростью около 50 м/с и вся масса в голове. Для красоты что-ли?

PopovIgor> к чему тогда оперение, с его дополнительным сопротивлением?
Для получения возвратного момента силы. Без оперения аэродинамическая стабилизация происходит с колебаниями вокруг точки равновесия.

Что такое Р2?

PopovIgor> Что такое Р2?

=Pнач для воздушной тяги (исправил).

Ckona> Для получения возвратного момента силы. Без оперения аэродинамическая стабилизация происходит с колебаниями вокруг точки равновесия.
Он и так есть. И чем больше разница, тем он больше. При наличии оперения он еще больше. И где эта точка?

PopovIgor>> Что такое Р2?
Ckona> =Pнач для воздушной тяги (исправил).
У нас не сопло Лаваля, а цилиндрический канал. Брать просто сечение канала?
Давления абсолютные?

Ckona>> Скорость звука в критике бери 500...550 м/с, где-то так.
RLAN> Скорость звука - функция температуры.
a_centaurus> По всем стандартным методикам расчёта сверхзвуковых сопел скорость звука в критическом сечении равна (берётся) за М1.

Недоучился...

Ckona> будем сравнивать с расчетным значением.
Пока только расчет Просчитал P(t) и T ист. Считал "Тень".
Исх. данные:
Объем - 5,8*10^-3, м³
Нач. давление - 22.3 атм
Сопло 19 мм - S=2,83*10^-4, m²
Скорость звука - 400 м/с
Абсолютное давление выхода на воздушную тягу - 18,85 атм
Т ист. = 1,25 с.
А время падения давления до 1 атм - 0,495 с.
График красивый, похожий на правду.

Нестыковки. Где то кроется ошибка. Скорее всего в формуле Т ист.
Т= 0,978*((18,85/1,0594) ^0,143 - 1) = 0,498 c
Исправлено 15.11.12 в соотв. с исправл. от 14.11.12

Ckona>> будем сравнивать с расчетным значением.
PopovIgor> Пока только расчет
Вот такой теоретический график скорости получается для австралийской "Тени".
Четко видны 3 фазы.
1. 0-8,72 - выталкивание Н=1,5 м
2. 8.72 - 51.19 - истечение воды Н=3,68 м
3. 51.19 - 94 - истечение духа Н= 49,3 м
У них макс. скорость по приборам - 83,8
Коэфф. расхода сопла на водяной стадии брал 0,8, на воздушной - 1. Возможно из-за последнего такое расхождение. Или не верна скорость звука.
Плюс не учитывал потерю воды и давления при выталкивании по зазору "сопло - направляющая" и силу трения оных.

Voldemar> В строительных магазинах продаются трубы из нержавейки для систем дымоудаления.

Тоже давно на них смотрю, всё мечтаю о бессопловике таких размеров)))

Voldemar> В строительных магазинах продаются трубы из нержавейки для систем дымоудаления. Крутил одну в руках, симпатишная! При диаметре 120 мм., и длине 1 метр, весит 1,8 кг., толщина на вскидку 0,7 - 0,8 мм. Есть сварной шов, явно машинный, с очень узкой зоной прогрева.
Voldemar> Это так, для общей информации.
0,6 мм. Р мах порядка 11 бар. С учетом швов (продольный, торцевые) не более 8 бар.

PopovIgor> Вот, что я имел ввиду. Рабочее тело вверху двигателя, сжатый воздух (2/3 полного объема) - внизу.
Теперь уловил идею. Кроме всех, уже тобою проговоренных преимуществ, такая схема имеет серьёзный недостаток - динамическое сопротивление в тонкой трубе. Это считается. Есть методика в разных книгах. Могу посмотреть. Но из опыта разработки и эксплуатации ЖРД с вытеснительной схемой по горючему (наддув спирта закисью азота) я бы сделал не так. Рабочее тело надо поместить в цилиндрический бак одинакового сечения. Находясь на оси ракеты вода не будет при убывании уровня так дестабилизировать курс, как при наличии бака большого диаметра. Ведь при сливе обязательно возникает вращение рабочего тела (Кориолис). А статическая устойчивость изменится ненамного. Зато более высокая скорость истечения компенсирует небольшие недостатки по развесовке в сравнении с твоим прототипом.

a_centaurus> Рабочее тело надо поместить в цилиндрический бак одинакового сечения.
UP !!!

a_centaurus>> Рабочее тело надо поместить в цилиндрический бак одинакового сечения.
Ckona> UP !!!

Ирония понятна. Тем не менее: сечение должно быть больше чем тонкая труба и меньше чем бак (на схеме). Скажем, 40 мм при диаметре общем - 80 мм.