Обыкновенные водяные ракеты из пластиковых бутылок

PopovIgor> Кстати, не в курсе какое относительное удлинение получается у бутылок при нагнетании 7 бар ?
Порядка одного процента.
Модуль Юнга у ПЭТ при разрыве равен 2...2,7 ГПа, модуль упругости при растяжении 14 ГПа.
"Колбаса" из склеенных бутылок высотой 1 метр удлинилась у меня на 6 миллиметров при давлении в 5 атмосфер.
Другое "серьезное исследование" провел по измерению выпучивания дна бутылки - порядка 1 мм.

Сейчас клею бутылки полиуретановым герметиком SikaFlex-11FC серого цвета (Бельгия), а дополнительно усиливаю накладкой из Polyurethane Liquid Nails (США). Первый, герметизирующий, шов шириной 4 см. - из SikaFlex-11FC, между бутылками, всунутыми одна в другую (внутренняя термоусажена в горячей воде, или обе конусные). Для улучшения адгезии следует ОБЯЗАТЕЛЬНО прошкурить поверхности, после чего я их дополнительно поляризую в щелочи с температурой 40-45 градусов в течение 40 минут. Наружный шов - накладка шириной 5 см, Polyurethane Liquid Nails. Эта гадость при высыхании идет пузырями, не обеспечивая герметичности, но зато адгезия заметно больше, никакой щелочи не надо.
Шов без накладки выдерживал 6 атмосфер, на 7 давал утечку. С накладкой - испытывал до 7,6 атмосфер, держит.

Брат-2 спокойно сшивает бутылочный пластик. У меня такой аккуратности нет, использую заклепочник с самыми малыми заклепками. После удаления остатков стержня в них даже можно потом резьбу нарезать.

Нагрев воздуха от компрессора приводит к размягчению и разрыву шланга.
"Наелся" этого, перешел на толстые армированные шланги и на водяную систему охлаждения,
потом надоело потеть и хекать, и, жалея аккумулятор, перешел на баллоны со сжатым воздухом.

Брат-2>> И смени в аватаре глупую физиономию.
PopovIgor> Саш! Я бы рад, но не знаю как это сделать

Игорь, давай в теме "Обсуждение Правил" проделаем этот путь "в картинках".
Я туда сейчас готовлю тебе необходимые изображения.

Ckona>>
С помощью разгонной трубки ф20 (Р= 7 атм.) ракете можно придать начальную скорость 11,4 м/с при L=0,65м и 14,15 м/с при L=1 м. Это существенно? Какой вообще должна быть скорость ракеты ( учитывая квадратичную зависимость силы сопротивления воздуха от текущей скорости) по окончании работы двигателя ( в конечном итоге диаметр сопла на активном участке движения)? Для инерционного участка прикинул диффуру h(t)`` = g+k(h(t)`)²/m (где k=Cx*1.29*Sо/2), но решить уже не под силу. Это для определения скорости при выходе на инерционный участок для H max. Должна ли быть сила тяги равна или чуть больше, чем mg + Fc в начале активного участка, или какой? Ведь все-равно скорость будет возрастать при уменьшении Мт, хоть и V ист уменьшается. И при этом Fc возрастает квадратично скорости, в итоге работу двигателя расходуем на все возрастающую силу сопротивления.
Почему спрашиваю? Потому что имеется относительно простая конструктивная возможность изменения диаметра сопла после схода с разгонной трубки. Вопрос какой он оптимальный диаметр?

Брат-2> Ckona! Безусловно, прав Serge77. ..... мной был ранее сделан логический вывод о том, что ракета с соплом в 9мм полетит выше лишь потому, что будет меньшая скорость полета. То есть, ошибки вероятно нет. Кстати ты противоречишь сам себе, агитируешь за 9мм, сообщаешь, что полет выше, а теоретически объясняешь с точностью наоборот.
Александр, оказывается вы еще два года назад терзались этими вопросами. Но я пока не нашел окончательного решения этого вопроса на форуме, может пропустил?. Остановились на 9 мм из-за готового решения по пусковой установке (соединения гардена) или 9 мм и есть тот самый пресловутый оптимум?

PopovIgor> С помощью разгонной трубки ракете можно придать начальную скорость
Пренебрегая сопротивлением воздуха: высота полета пропорциональна квадрату начальной скорости.
Н=(Vo*Vo)/(2*G).
К тому же, начиная с 5 м/с, уже начинает сказываться аэродинамическая стабилизация.
Поэтому каждый дополнительный метр в секунду за счет разгонной трубки - несомненное благо.

PopovIgor> И при этом Fc возрастает квадратично скорости, в итоге работу двигателя расходуем на все возрастающую силу сопротивления.
Разгон ракеты (водяной, из бутылок) полезен в смысле высоты, пока ракета не достигает т.н. "установившейся скорости падения". При такой скорости сила аэрод.сопротивления равна силе тяжести. Быстрее разгонять бессмысленно (водяную ракету из бутылок)- и "дорого", и после разгона "воздух быстро съест скорость".

PopovIgor> имеется относительно простая конструктивная возможность изменения диаметра сопла после схода с разгонной трубки. Вопрос какой он оптимальный диаметр?
Адаптивное сопло переменного сечения многие пытались реализовать, до сих пор надежного и "тиражируемого" решения не опубликовано. Оптимальный диаметр сопла зависит от множества факторов - массы, аэрод.сопротивления, коэфф. заполнения и т.д.
Для моделирования полета и поиска оптимума совсем не обязательно решать дифф.уравнения, достаточно в Экселе выписать все процессы (разгон, расход массы, скоростной напор, изменение давления и т.д.) для малых приращений, а потом построить графики с шагом, скажем, 0,002 секунды.
Для "классической" 6-литровой ракеты оптимальный (для макс.высоты) диаметр сопла 15 мм.

Ckona> Разгон ракеты (водяной, из бутылок) полезен в смысле высоты, пока ракета не достигает т.н. "установившейся скорости падения".
Очевидно, ты хотел сказать, что тяга двигателя должна быть равна сумме ( mg + Fc )?

Ckona> Адаптивное сопло переменного сечения многие пытались реализовать, до сих пор надежного и "тиражируемого" решения не опубликовано. Для "классической" 6-литровой ракеты оптимальный (для макс.высоты) диаметр сопла 15 мм.
Конечно. Сделать регулировку диаметра сопла на активном участке в зависимости от возрастающей силы сопротивления, уменьшающейся массы - задача в наших условиях немыслимая. Но, разогнать ракету на старте на ближайшем стандартном диаметре ( 20 мм), а затем перейти на "оптимальный диаметр" попытаемся.
На чертежах (три файла) узла условно не показаны все выборки для облегчения конструкции.
В корпусе симметрично расположены две подпружиненных половинки сопла. Нижняя часть корпуса с выступами для пускового устройства. Перед установкой изделия на разгонную трубу половинки сопел заводятся внутрь корпуса и фиксируются во избежании прижима к разгонной трубе ибо сила пружин должна быть достаточной, чтобы, во-первых, обеспечить как можно быстрое смыкание половинок сопел в нужный момент,а во-вторых противодействовать распирающему усилию со стороны струи. Механизм срабатывания может быть любой. Например, индукционный датчик. Но мне видится более простой и надежный - механический. Аналогичен установке мины на "растяжке". В момент, когда ракеты сошла с разгонной трубы, выдергивается чека закрепленная с помощью тросика определенной длины к стартовому столу и происходит смыкание половинок сопла. Важно, чтобы длина двух тросиков была одинаковой. Внутри полости корпуса предусмотрены буртики. Это сделано для того, чтобы ось сопла встала без смещения и совпадала с ось ракеты, а также чтобы пружины не "передавливали" друг друга, т.к. невозможно обеспечить одинаковую силу сжатия. Можно было бы конечно обойтись без "чеки", но в этом случае ракету будут тормозить значительные силы трения. Для избежании протечек предусмотрены стандартные кольцевые уплотнения. Как видим, конструкция довольно простая по принципу действия, непростая по изготовлению. Токарю и фрезеровщику придеться повозиться. Ну а кто говорил, что будет легко. Половинки сопел сменные. Можно экспериментировать с диаметрами от 0 до 20 мм. Не ругайте, что практически нет штриховки на разрезах, если честно, то просто было муторно и лень ее наносить (рисую в ворде). Но, надеюсь и так все понятно. Для облегчения узла можно, конечно, делать одно выдвижное сменное сопло, но смысл не меняется. Просто при двух - все симметрично и нет дисбаланса. Да и ход меньше (10 мм), т.е. компактнее. Прикидочный размер от оси сопла (ракеты) до конца корпуса ~ 30-32 мм. Надо посмотреть, как можно сделать проще, надежнее и технологичнее.

> (рисую в ворде)

Рисовать можно и в ворде, а загружать на форум лучше просто картинки в GIF или PNG. Так всем гораздо удобнее смотреть. Тем более, что docx не у всех читается.

>> (рисую в ворде)
Serge77> Тем более, что docx не у всех читается.
Сейчас загружаю jpeg
Два в сообщении, и один здесь дополнительно.

PopovIgor, ты предлагаешь, чтобы сразу после схода с направляющей трубки сопло становилось меньше, чем диаметр трубки? Тогда сопло нужно просто положить сверху трубки, оно задержится в самом низу за буртик, вот и всё.

Serge77> PopovIgor, ты предлагаешь, чтобы сразу после схода с направляющей трубки сопло становилось меньше, чем диаметр трубки? Тогда сопло нужно просто положить сверху трубки, оно задержится в самом низу за буртик, вот и всё.
1. В этом случае наружный ф корпуса сопла должен быть больше 21.5. Как ты его внутрь засунешь?
2. Может ровно встанет в отв 21.5, может с перекосом. В процессе разгона ось трубы может не совпасть с осью горловины бутылки. Гарантии нет.
3. На конец разгонной трубки надо будет вставить наконечник по диаметру отверстия сопла (воздух при этом будет выходить сбоку трубки - здесь ничего страшного). Если свободно, то при разгоне в 0.11 сек его просто сдернет раньше, чем он доберется до горловины. Следовательно его нужно не только умудриться засунуть в отверстие меньшее, чем он сам, но и там же его закрепить, причем никак не нарушить при этом гладкие внутренние поверхности сопла.
Как вариант, в горлышке надо будет вставить дополнительно втулку с внутр. диаметром не больше 14 мм. Диаметр сопла при этом будет не больше 10 мм (при этом опять же непонятно - как его там закрепить). Разгонная труба при этом сократится с 20 до 14 мм и скорость при этом упадет с 11,4 м/с (41 км/ч при 20) до 7,9 м/с (28 км/ч при 14) . А как говорил выше Ckona - бороться надо за каждый метр. И что мы выигрываем? Чтобы перейти с 9 мм на 10 мм достаточно расточить наконечник.
Хотя мысль сама по себе интересная.

PopovIgor> 1. В этом случае наружный ф корпуса сопла должен быть больше 21.5. Как ты его внутрь засунешь?

Во время сборки конечно, ведь вынимать его не нужно, пусть всё время внутри и сидит.

PopovIgor> 2. Может ровно встанет в отв 21.5, может с перекосом. В процессе разгона ось трубы может не совпасть с осью горловины бутылки. Гарантии нет.

Никаких перекосов, сопло ездит внутри синей трубы, закреплённой внутри баков, по ней же подаётся вода из верхнего бака.

Разгонная трубка (зелёная) центруется снизу буртиком на синей трубе, а сверху - проточкой на сопле.

Serge77> Разгонная трубка (зелёная) центруется снизу буртиком на синей трубе, а сверху - проточкой на сопле.
Смотри. Зеленая труба обязательно перфорированная, длина ее больше длины разгонной трубы на высоту сопла плюс запас. Толщина труб мин. 2 мм. Буртики - 2 мм.
Ракета слетает с разгонной трубы за 0.11 сек. Сопло естественно из-за инерции застрянет сначала наверху. Труба зеленая всегда залита водой. Спрашивается, где та вертикальная сила которая моментально опустит сопло вниз? Ведь и сверху сопла и снизу одно и то же давление. Я уж не говорю о размерах.

PopovIgor> Смотри. Зеленая труба обязательно перфорированная

Ты уже сам забыл о своей идее с баком воды наверху? Я именно про это пишу. Дырки в зелёной трубе только на самом верху, а сопло изначально стоит ниже дырок.

Serge77> Такая схема годится только для верхнего расположения бака воды. Но когда я прикидывал такую схему, то центральная подающая труба - 20*2,8 полипропилен. Т.е. внутри 14.4. А Разгонная труба и вовсе упадет до 10 мм. Значит диаметр сопла будет меньше 8 мм. Схема которую предлагаю свободна от расположения баков (внизу-вверху) и более широка по диапазону отверстий сопла, хотя и сложнее по исполнению.

А вообще неважно, где перфорации. Сопло нижним концом входит внутрь разгонной трубки, как у меня нарисовано. Пусть оно входит с некоторым трением. Тогда при старте сопло будет оставаться на конце трубки, пока ракета его оттуда не выдернет, слетая с разгонной трубки.

Serge77>> Такая схема годится только для верхнего расположения бака воды. Но когда я прикидывал такую схему, то центральная подающая труба - 20*2,8 полипропилен. Т.е. внутри 14.4. А Разгонная труба и вовсе упадет до 10 мм. Значит диаметр сопла будет меньше 8 мм. Схема которую предлагаю свободна от расположения баков (внизу-вверху) и более широка по диапазону отверстий сопла, хотя и сложнее по исполнению.
А вообще то я очень рад, что моя идея относительно верхнего бака нашла понимание

PopovIgor>> Смотри. Зеленая труба обязательно перфорированная
Serge77> Ты уже сам забыл о своей идее с баком воды наверху? Я именно про это пишу. Дырки в зелёной трубе только на самом верху, а сопло изначально стоит ниже дырок.
Дырки в зеленой трубе вообще не должны там быть т.к. это и есть центральная подающая труба верхнего бака. Тогда разгонная трубка не больше 10 мм, а диаметр сопла не больше 6 мм. Не клеится.
Если, как говорит Ckona, оптимальный диаметр 15 мм, то нужно взять трубу 20*2,3 (Ру 10), разгонную трубку ф15 (скорость при разгоне 8,55 м/с (30, 77 км/ч) при длине 0,65 м. и далее без всяких сопел открытая труба 15.4.

PopovIgor> Тогда разгонная трубка не больше 10 мм, а диаметр сопла не больше 6 мм. Не клеится.

Значит нужны трубки с более тонкими стенками, это всё решаемо.
Вопрос в другом - а нужно ли это? Что даёт такая смена сопла? Большой стартовый разгон от направляющей трубки? Тогда нужно её диаметр увеличить ещё, до 25-30 мм, хоть для этого нужно отрезать все горловины, такие удобные.

Serge77> Тогда нужно её диаметр увеличить ещё, до 25-30 мм, хоть для этого нужно отрезать все горловины, такие удобные.
Вот-вот. Мы так и вовсе откажемся от бутылок и придем к самостоятельному изготовлению корпусов из стеклоткани, как советовал a_centaurus. И будет строительство водяных ракет уделом единиц.
Ничего отрезать не нужно. Надо искать резервы в рамках существующих ограничений.

.

PopovIgor> Вот-вот.... как советовал a_centaurus.
PopovIgor> Надо искать резервы в рамках существующих ограничений.

Не правильно истолковано тех. предложение. a_c написал: с целью упрощения дизайна и облегчения узла соединения множественных бутылочных ступеней возможно применение ЛЁГКОГО корпуса, дающего общую структурную прочность, убирающего необходимость индивидуального механического упрочнения каждого гермостыка и резко повышающего аэродинамические характеристики водной ракеты "из простых бутылок". У тебя, как видно хорошая конструкторская подготовка и если подумаешь (без личностей) над предложением, то возможно и сам увлечёшся этой идеей. Все остальное твоё новаторство закончится на бумаге. Поскольку в рамках бутылочных технологий, с оперативными давлениями около 7-8 Bar и рабочим водным рабочим телом невозможно поднять заметно (на 10-20%) основные характеристики ракеты-двигателя и остаться в стабильном секторе повторяемости. ckona и так уже дошёл почти до предела, используя пену и дополнительные бустеры. Всё остальное - ловля блох на теле не убитого и целую зиму не мытого медведя.
Так что я за бутылки и доступность ВР для масс. Но с некоторыми дополнениями, улучшающими прежде всего технические характеристики, необходимые для реального ПОЛЁТА.

...
PopovIgor> Конечно. Сделать регулировку диаметра сопла на активном участке в зависимости от возрастающей силы сопротивления, уменьшающейся массы - задача в наших условиях немыслимая. Но, разогнать ракету на старте на ближайшем стандартном диаметре ( 20 мм), а затем перейти на "оптимальный диаметр" попытаемся.
....
Игорь! Я долгое время использовал только сопло Ø23мм, затем опробовал Ø9мм и на глазок разницы по высоте не заметил. Скорость, конечно, стала меньше и отклонение по вертикали, явно стало больше. Так мы давно и используем два сопла, на первой ступени Ø23мм, на второй Ø9мм, так и все выглядит эффектней.

Так как мне необходимо построить ракету заново, то начал с парашютной системы. При взрыве, даже на пробке клапана порвало стенку. Вот решил усилить стенки пробки клапана. Отрезал часть юбки от гардена, и надел на пробку, она как раз находит плотно.

a_centaurus> Так что я за бутылки и доступность ВР для масс. Но с некоторыми дополнениями, улучшающими прежде всего технические характеристики, необходимые для реального ПОЛЁТА.
Полностью согласен. Мне было интересно (соскучился по работе), подметив некоторые скрытые возможности, попробовать решить какие то проблемы. Например, сместить на старте ЦТ максимально вверх за точку ЦД, обеспечив устойчивость полета, максимально использовать эффект разгонной трубки и далее с переходом на меньший диаметр сопла. А порадовать детей на даче - так здесь уже столько наработок, что только повторяй, за что большая благодарность всем.

Брат-2> Скорость, конечно, стала меньше и отклонение по вертикали, явно стало больше.
Саш! Так оно и будет. Большая стартовая скорость компенсирует изначально заложенную неустойчивость на старте. Смести ЦТ вверх и на меньшей скорости ракета будет вести себя стабильнее. Посмотри на старт космических ракет, основной набор скорости идет после прохождения плотной атмосферы, дабы не тратить лишнего на преодоление сил сопротивления среды.