Как сделать карамельный двигатель

Компоненты сахарного карамельного ракетного топлива

Сахарное порошковое карамельное топливо, в дальнейшем просто сахарная карамель, является самым простым и самым безопасным при приготовлении составом.

Компоненты сахарной карамели:

Калиевая селитра KNO₃ — 65%
Сахар (сахароза) C₁₂H₂₂O₁₁ — 35%

Компоненты берутся в виде тонко размолотых порошков. С сахаром тут особых проблем нет, можно купить просто сахарную пудру. А с селитрой надо немного повозиться. Обычно ее покупали раньше в садоводческих магазинах, сейчас это сделать стало труднее. Но есть фирмы, их можно найти в сети, которые торгуют хим. реактивами. Там покупать даже предпочтительнее, хотя и дороже.

сушка селитры

Для начала селитру надо как следует просушить. Можно в духовке на противне или на эл. плитке на сковородке. Нужно выдержать её при температуре 100-150°C примерно 2 часа. Затем мелем её в кофемолке. Закладывать надо все время одну и ту же дозу, например, 50г, и молоть одно и то же время. К примеру, я молю в два захода по 20 секунд. В пыль молоть не обязательно.

Готовые порошки отвешиваем в нужных пропорциях и ссыпаем в подходящую банку с закрывающейся крышкой. Закрываем и трясем пару минут в разных направлениях. Получаем готовое топливо. Оно несильно, но гигроскопично, поэтому требует хранения в плотно закрывающейся стеклянной посуде.

Сахарная карамель используется обычно в небольших, не более 20 мм в диаметре, движках в прессованном виде.

Данное топливо требует сильного и равномерного уплотнения. Несоблюдение этого правила заканчивается взрывом двигателя.

Карамель засыпается небольшими одинаковыми порциями в корпус двигателя (шашки) и прессуется трамбовкой из прочного дерева или мягкого металла (алюминий, дюраль, латунь, медь). Можно прессовать молотком, как я уже писал в . Напомню вкратце. Прессование производится после закладки каждой порции топлива. Наносится одинаковое количество ударов (~10) с постепенным усилением к следующему удару. В результате должен получиться довольно прочный монолит из топлива, несколько напоминающий по плотности застывший гипс.

При работе молотком нельзя применять стальные трамбовки и трамбовки из твердых металлов. Возможно искрообразование и несанкционированное возгорание топлива.

Можно уплотнение производить прессом. Правило то же — выдерживается одинаковое давление после каждой закладываемой порции. Пресс должен быть достаточно мощным, развивать давление ~150-200кг/см 2 или больше.

Канал для увеличения площади поверхности горения просто высверливается в уплотненном топливе. /kia-soft 01.09.2010/ ***

Любительское ракетостроение, как я делаю ракеты и мои ошибки на которых я учусь (part 1)

Корпус каждый для своей ракеты выбирает свой и для каждого в приоритете свои факторы выбора материала. Я выбираю корпуса с учётом на наименьший вес и наибольшую прочность. Вес нужно уменьшать для более стабильного и высокого полёта, а прочность нужна что-бы корпус в полёте не расплавился и не разлетелся от давления.

Сначала я выбирал ПВХ трубки для корпусов ракет. Они достаточно прочны, но весят не то что-бы сильно много, но вес нужно сводить к минимуму. Именно из-за веса я потерпел фиаско в пробных запусках, но об этом позже.

После я искал другие материалы или новую технику изготовления корпуса и нашёл технику склеивания бумаги в тубус. После суток клей застывает и корпус становиться прочным как ПВХ труба и в теории легче. Пока-что я эту технику не проверял, но в теории всё звучит достаточно заманчиво.

Виды топлива и двигателей

Топливо

Чаще всего в любительском ракетостроении используются твердотопливные двигатели. Так как для жидкого топлива нужны системы трубопроводов, отдельная камера сгорания, для твёрдого топлива сам двигатель является камерой сгорания и больше ничего от двигателя не требуется.
Есть много твёрдого ракетного топлива, но для любительского ракетостроения подходит больше всего карамельное топливо. Оно достаточно лёгкое в изготовлении и не такое уж и милое как его название. Это топливо достаточно мощное и при правильном его изготовлении выдаёт внушительную тягу.

Состав этого топлива следующий: 70% калиевой селитры, 25% сахарной пудры и 5% древесного угля. Это топливо сильно воспламеняется при малых температурах. Будьте максимально аккуратны.

Двигатели

Давайте сначала разъясним каких размеров сам двигатель и куда он ставится. Двигатель не должен быть размером во весь корпус. Лично я выбираю вариант размера двигателя разделяя высоту основного корпуса на 1.5. В корпусе должно оставаться ещё место для электроники, парашюта, и разных датчиков температур и высоты. Это свободное место называется «Отсек полезной нагрузки». Сам корпус для двигателя выбирается по тому-же принципу как и основной корпус, нужна наименьшая масса и наибольшая прочность.

Пробные запуски и возможная причина неудач

Вот видео первого пробного запуска двигателя от моей ракеты Starship-1

В видео видно что в начале двигателю не хватает тяги и он поднимается только когда заканчивается топливо. Скорее всего проблема недостатка тяги возникла из-за маленького отверстия под сопло. В результате была маленькая струя подачи тяги и двигатель поднялся в воздух только когда заканчивалось топливо. Но проблема скорее всего не только в подаче тяги, но и в массе двигателя. Эта тяга не могла поднять ПВХ трубу ещё и топливо в нагрузку.

Вывод: проблемы с двигателем возникли в результате:

Малой тяги из-за мелкого отверстия под сопло.
Массы топлива и ПВХ трубы.

Любительское ракетостроение
карамельное топливо
starship 1

Научно-популярное
DIY или Сделай сам

Как сделать карамельный двигатель

Привет! Всем кто просматривает ету тему!Занимаюсь я рекетомоделированием,но в связи дороговизны заводских МРД,решил сделать свои.Перерыл кучу сайтов и нашел самую безапасную альтернативку.(сорбитовое топливо)Решил попробывать сделать партию зарядов,сделал всё як по инструции.Но на тестовом запуски ракеты массой 100гр.А движок по описанным характер.с тягой 3кг.Но ракета даже не сошла с направляющей.Были огромные клубы белого дыма!Если кто раньше занямался самодельными двигателями, подскажите,что я сделал не так!

И тебе тоже привет)
Я как-то занимался ракетомоделированием и поначалу использовал двигатели от фейерверков небольших, собственно, и ракеты тоже не очень большими были:) Зато результат был для меня впечатляющий — в среднем метров на 50-80 поднимались. Потом захотелось большего, и мы с друганом купили на складе 50кг мешок селитры… много экспериментировали, и самый лучший результат — это высота дерева �� корпуса двигателей из клееного ватмана жидким стеклом практически были безрезультатными (зато один раз на испытании корпус двигателя полетел отдельно от топлива �� потому что выбило заглушку). Еще делали корпуса из трубок, стойких к высоким температурам, и эффект был лучше. И после того, как я убедил другана завязывать с этим неблагодарным делом, пошел в местный небольшой цех-лабораторию с чертежами и болванками, и запилили мне на станке ЧПУ неплохой корпус двигателя со съемным соплом и заглушкой, который сейчас валяется на полочке у того самого другана вместе со сделанной мною ракетой. Все никак не можем собраться и сварить топливо и протестировать двигатель.

Причиной скорее всего может быть сопло, которое иногда немного разрывается или подгорает (из личного опыта). Смотря еще из чего ты делаешь корпус двигателя. Так же топливо может немного отсыреть, так что лучше их хранить в застегивающихся пакетиках, сразу после варки.

Корпус делал из 2х полос А-4 по 110мм на селекатном клее(жидкое стекло).При высыхании получилось очень приличная жосткость.Движок у меня с внутренним деаметром16мм.Сопло керамеческое делал и обжигал в муфельной печи.Так,что оно не прогорало диаметр критики одинаковым!Даже после тестотового прогона. Движок после зарядкой (сорбитовой карамели)двое суток держал в герметичном пакете с красненькой застёжкой.Даже скорость горения топлива была 2.7мм/с.Короче полностью слизон со статьи.Мне кажится можит стопин нужно было глубже засунуть!

Это ты про “керамическое сопло для сорбитового двигателя рдк-2”?
Интересная статейка)
Ну… может попробовать сделать критику поменьше? Даже если все в идеале сделано так же как и в статье, то это не факт, что все будет в реальности работать точно так же. Попробовать сделать несколько модификации двигателей. Еще может быть такое, что кольца слишком узкие, и при старте они просто могут “зацепиться” за направляющую и не дать ракете улететь. Но это во многих случаях заметно, когда ракета просто трясется на старте не слетая с направляющей. Я всегда делал кольца чуть ли не в 2 раза больше диаметра самой направляющей.

С кольцами проблем нет!Они и так с лювтом по направляющей ходят,тобеж без всякого сопротивления.Я даже движок к рейки 10на10привязывал и вставлял в бутылку.Ефект тодже(Шипит дымовой завес а ТЯГИ НОЛЬ) Просто альтернативка прикольная,не охота делать(пороховые двигатели ОПАСНО)кроме того надо точить(матрицу,для гильзы,навойник…Короче гемора много)А с карамельникой всё просто, залил и всё.Вот,только пока безрезультатно! А на счет (проект РК-2 ты прав я отуда всё брал)был ещё на Serge77.

Может плохо выпарил , если варил упариванием (с водой). Или селитра попалась не чистая калийка а с добавками.

Делал по стандарту.В расплавленный сорбит,замешивал (нитарат калия),размолотый в муку,без выпаривания.Нитрат калия брал в (хим. мага-зе) реактив высокой очистки,без примеси.Просто интерессно почему? Нет тяги.можит( карамельный заряд) неправильно загарается?

заинтересованный :

Обратитесь к Юрию Гапону, если не ошибаюсь из харькова. У него отличные двигатели, и в принципе не сильно дорогие. И уж точно безобаснее чем сорбид. И кто Вам сказал что варить топливо дома на плите безопаснее чем пресовать порох? Это же не пх))) А тяги нет потому что много дыма, энергия топлива тратится не на то)). Ну и сопло может быть большого диаметра или канал горения короткий. Я бы в таком моторе делал сквозной канал на всю длину шашки, и гильзу точеную из дюраля допустим))). Ну а вообще лучше серийных моторов для запуска ракет не найти, и не сделать.

заинтересованный :

Гильза — электрокартон и бф или пва + сушка при температуре 120-140 гр. У простой бумаги нету такой прочности как у электрокартона, может бабахнуть))) А вообще с таким топливом лучше точеные гильзы из дюраля)))

У меня допустим не сразу получился двигатель, который хоть как-то тянул ракету. Мы очень долго парились и экспериментировали с корпусами и с самим топливом, пока ракета не взлетела метров на 15 �� Мы уже были на грани психологического срыва �� Шучу �� Я бы тоже сделал сквозной канал, да и стопин чтобы точно входил в топливо на 1…1,5 см. Может диаметром побольше движок сделать? Еще иногда можно топливо делать отдельными шашками, чтобы их несколько было в движке последовательно друг к другу. Так они и высыхают быстрее, и проще готовить и формировать.
Вот кстати сопла, которые мне выточили на станке. Жаль, что остальные детали показать не могу)

При сквозном канале не имеет смысла делать отдельные шашки, при этом возможно закупоривание сопла из-за воздуха, который между шашками будет.
Если канал не сквозной, то нужно экспериментировать с топливом, внизу должно быть самое энергоемкое топливо для срыва и разгона модели, дальше в принципе можно энергоемкость уменьшать, т.к. модель будет в бОльшей степени двигаться по инерции. И нужно учесть вопрос с поджиганием шашек, шашки должны прилегать очень плотно друг к другу.
Сопло зачетое, но пожалуй юбка лишняя, только вес добавляет, а на центровке модели это очень сказывается. Я бы сделал следующее. Верхняя часть овальная выемка, для концентрации усилия реактивной струи в верхней части сопла, далее сопло, цилиндрическое отверстие, диаметр надо считать, и небольшой конусообразный выход, широкой частью к низу, высота конусной части должна быть примерно 5-10% от общей длины канала сопла, угол конуса примерно 45гр.
Увеличение диаметра двигателя, приведет к значительному приросту в массе топлива и соответственно к увеличению внутренней энергии, когда сопло забивается а топливо ещё горит в двигателе, это может привести к детонации, лучше увеличить длину шашки, и увеличить диаметр сопла, чтобы быстро все сгорало. Опять нужно экспериментировать.
С порохом номер со сквозным каналом не сработает, рванет точно. Однако стандартный 20 ньютонный двигатель с соплом 3,5 мм и длиной канала 30 мм из хорошего топлива срывает модель весом 200 гр. с очень приличным ускорением. Однажды видел как модель копия весом килограмм с подготовленными двигателями вышла на сверхзвук на старте.))))

Эээм… насчет закупоривания сопла воздухом немного не понял ��
Думаю, нет смысла тратить время и делать разделение топлива на более и менее энергоемкое ради того, чтобы получился АЛЯ-разгонный модуль �� Ведь парень говорит про простое карамельное топливо, сваренное в кастрюльке, а как его еще анализировать на энергоемкость… ��
“Юбка” как раз и не лишняя для сопла Лаваля �� Ну а эти грамм 40-60 никак не скажутся на центровке модели.
Так может спроектируете свою версию сопла и представите? Будет интересно посмотреть.
Нужно сделать несколько модификации двигателя, поменять внутренний диаметр, диаметр канала, и тогда точно будет результат лучше.
С порохом действительно лучше не связываться.
Как вычислили, что на сверхзвуке ушла?)))

scale-modelshop :

шикарное сопло!Видать многоразовые,если руки дайдут;)Ура! У меня сегодня утром был полностью успешный запуск моей ракеты(зенит)Вот,только.заменил (сорбит на сахар) и ракета с ,рёвом’ ушла за облоко!Ели нашел �� Но хатя приетом все пишут,что(сорбит) ЛУЧШЕ!Сахара Почему?

Спасибо! Но там всё на анг.яз.Моло,что для себя понял!

Вычислили по пограничному слою, на видеоповторе отчетливо видно было формирование ударной волны
По поводу закупоривания. Прослойки воздуха это локальные очаги горения, карамельное топливо и так дымит хорошо, а с кислородом внутри будет ещё лучше, как следствие увеличение твёрдых продуктов горения внутри двигателя, которыми собственно и может закупорить сопло.
40-60 гр, на плече в полметра это уже много, а учитывая что центр тяжести должен быть выше центра давления, то соответственно плечо сверху будет больше, соответственно нужно грузить нос ещё больше. Т.е Вы предлагаете соплом весом в 40-60-гр. накинуть на общую массу ракеты 100-150 гр, извините, это много. Учитывайте, что то что взлетает, то и падает великолепно.
А по поводу пороха, если соблюдать элементарные правила тб, то порох не опаснее сахара. Я просто работаю с пороховыми двигателями, мне проще эксперементировать с таким топливом, чем сахар лить, да и контролировать мощность двигателя проще. К тому же мы делаем серийные двигатели, не самого лучшего качества конечно, но все-же достаточно надёжные и популярные.
По поводу сопла Лаваля, суть то не в юбке))) тем более в таком размере.
Или вы думаете что сможете стабилизировать соплом взлет. Лучше уж тогда газовыми рулями, или воздушными рулями. Ну и центровка естественно))))

Поздравляю)
Может какой-то паленый сорбит попался? А мы вообще пробовали еще на какой-то фруктозе делать ��
Ага, по идее многоразовые, если найдем после запуска �� Может к тому времени gps модуль запилю, чтоб искать было легче)

Сорбит классный.Куплен в аптеке!Я вот с друзьями посаветавался они говорят,что лиш одно можит мешать движку выходить на режим.А именно отсутствие (вторичного воспламенительного состава в (карамельном заряде)А ЧЁ ОНО ТАКОЕ?

Большая Карамельная Ракета

Всем привет! Меня зовут Илья. И у меня есть хобби — это любительское ракетостроение. Точнее даже, скажем так, карамельное ракетостроение. За то время, что я занимаюсь темой, я успел набить себе немало шишек, во многом действуя по наитию и ставя различные, часто неудачные, эксперименты. Возможно, кто-то скажет, что я криворук и это не моё, что нужно срочно учить матчасть, что всё придумано до меня. И, пожалуй я соглашусь. Но, на мой взгляд, в любительском ракетостроении, как хобби, важен сам процесс инженерных поисков. Решение возникающих проблем и, конечно, создание себе новых. Наверное было бы проще взять уже готовую модель, заправить её готовым двигателем и…Но если бы действительно этим путём пользовались все, то наверное не было бы и развития.

Ракетостроение, даже не ракетомоделизм из кружков (Model Rocketry или High Power Rocketry), пожалуй отличное хобби для технаря, и, конечно айтишника. Даже сам Джон Кармак (один из создателей Doom, кто не знает) в детстве занимался ракетостроением, что уже после id Software переросло в свою ракетную компанию Armadillo Aerospace.

И таких, как он и я, к счастью не единицы. Хотя и совсем немного по земному шару. Наверное это из-за трудоёмкости, спектра проблем из разных научных областей. У той же Амперки в серии «Ракета против Лёхи» по официальной версии всё закончилось как раз из-за отсутствия возможности столько вкладывать ресурсов. Потому что процесс создания любой ракеты — это череда неудач, начала сызнова и итеративное приближение к цели. И к новой. И к ещё одной.

Для меня увлечение ракетами началось с ролика Побединского. Сама простота и дешевизна такой «ракетой техники» меня подкупила и я решил воспроизвести этот эксперимент. Собственно тогда родилась цель — сделать такую ракету, которая бы взлетела метров на 300-400, ну, до полкилометра, и спокойно бы вернулась обратно на парашюте. С полезной нагрузкой: скажем, с небольшим бортовым компьютером и камерой. Всё тогда казалось просто, если бы не нюансы, коих было… много…

Конструкция ракеты

Конструкции большинства ракет в основном схожи между собой. Они удовлетворяют в большинстве случаев, так скажем, идеальной «эмпирической ракете»:

длина ракеты полная: L= 15~25 D
длина головного обтекателя: Ln = 2.5~3.5*D
размах стабилизатора: S = 1~2*D
общая площадь стабилизаторов: F= 0,7~0,8*A,где A=L*D — площадь продольного сечения корпуса,
запас устойчивости: k = 1,5~3*D

В зависимости от поставленных целей и используемых компонентов параметры ракеты могут варьироваться, конечно же, но почти всегда укладываются в вышеобозначенные границы.

В моём случае размер ракеты будет определяться исходя из размеров двигателя, парашюта и электроники. Чтобы уместить всё в корпусе ракеты я использую трубу диаметром в 50мм. Трубу можно сделать, в идеале, из стеклопластика, а можно взять ПП канализационную трубу — она сравнительно прочная и лёгкая. Головной обтекатель также делается из этой же трубы — вырезается «корона» (длиной в 2-3 диаметра ракеты) и склеивается вместе, образуя параболическую форму. Хотя, конечно есть и другие варианты — выточить обтекатель из деревянной заготовки на токарном станке или распечатать его на 3D-принтере. Обтекатель должен быть максимально правильной формы, гладким — это необходимо для снижения аэродинамического сопротивления ракеты и снижения вредных срывных течений в носовой части ракеты.

Стабилизаторы стоит изготавливать из достаточно лёгкого, но прочного материала. Например пластика, фанеры или бальзы. Форма и размер стабилизаторов зависят от размеров ракеты, а если быть точным, то от расположения центра тяжести ракеты и центра давления.

Rocki об устойчивости ракеты

Ракета никогда не летит прямо, а все время поворачивается от направления полета то в одну, то в другую сторону, т.е. рыскает. На ракету набегает встречный поток воздуха, направление которого строго противоположно направлению полета. Получается, что ракета все время поворачивается боком к набегающему потоку на некоторый угол. В аэродинамике такой угол называется углом атаки. Мы уже установили, что ракета, как любое твердое тело, поворачивается относительно ЦТ, но результирующая сила давления воздуха приложена совсем к другой точке, т.е. к ЦД. Если ракета имеет симметричную форму относительно оси, то ЦД потока воздуха расположен на оси ракеты. Если ЦД расположен ближе к хвосту ракеты, то давление воздуха стремится вернуть ракету навстречу набегающему потоку, т.е. на траекторию. Ракета будет устойчива. Тут вполне допустима аналогия с флюгером. Если ракету насадить на стержень, проходящий поперек оси ракеты через ЦТ и вынести её на улицу, где сильный ветер, то устойчивая ракета повернется навстречу ветру. Из этих же соображений делается простейшая проверка ракеты на устойчивость с помощью веревки: привязываем веревку к ракете в месте расположения центра тяжести и начинаем вращать ракету вокруг себя. Если ракета при вращении ориентируется строго по направлению движения, то она аэродинамически устойчива, если ракету крутит в разные стороны или она летит хвостом вперед, то ракета неустойчива.

Проверка стабильности ракеты - просто раскручиваем ракету над головой

Центр тяжести ракеты определяется простым методом «взвешивания». Положив ракету на руку, нужно найти точку, в которой достигается равновесие.

Центр давления рассчитывается используя метод определения центра давления по Борроумену. К слову сказать, есть и другой, хотя и куда менее точный способ определения центра давления — метод аэродинамической проекции. В любом случае, какой бы мы метод не использовали, чтобы ракета была устойчивой, расстояние между центром тяжести и центром давления должно составлять хотя бы 1,5 диаметра самой ракеты. Эта, так называемая «устойчивость в диаметрах» может быть и выше, хотя устойчивость больше 2-2,5 диаметров не рекомендуется, так как в этом случае стабилизаторы будут больше, а значит тяжелее. Кроме того, большая площадь стабилизаторов приведёт к тому, что ракета будет испытывать большие боковые нагрузки, что приведёт к тому, что она будет, как флюгер разворачиваться по ветру и лететь не вверх, а вбок; в худшем случае — флаттер приведёт к разрушению ракеты в полёте. Подробно об устойчивости можно почитать здесь.

Интерфейс Rocki-design и модель будущей ракеты

Есть готовые программные решения для расчёта параметров ракеты. Я использую Rocki-design, но чаще, тем более в англоязычном мире используют OpenRocket. Подобрав нужный размер стабилизаторов, вырезаем их из заготовки и прикручиваем винтами к корпусу, используя металлические уголки. Крепление должно быть жёстким. Для лёгких ракет сгодится и просто приклеивание, но для тяжелой ракеты лучше перестраховаться.

Система спасения

Система спасения — одна из самых сложных в ракете. Она включает в себя парашют, крепление к корпусу, а также механизм выброса парашюта. Она в обязательном порядке порядке должна быть проверена не один раз на земле. Я использую пиротехнический вариант выброса парашюта (мортирка), инициируемый бортовым компьютером. Хотя встречаются и другие решения — механические и пневматические, или вовсе инерционные. Пиротехническая система одна из самых популярных и простых, содержит минимум компонентов.

Заготовка для мортирки

Сам парашют — это купол диаметром в 70 сантиметров, сшитый из прочной и лёгкой ткани (рип-стоп). Можно рассчитать точно необходимую площадь парашюта для плавного спуска в зависимости от массы ракеты. Хотя, из практики, парашют лучше делать меньше диаметром — это увеличит скорость падения ракеты, конечно, но ракету будет меньше сдувать ветром, и поэтому меньше шансов намотать километры от места запуска до места падения.

Вырезаем парашют

Не менее важно обеспечить крепление системы спасения ракеты с корпусом. Обычно в корпус устанавливаются силовые болты, к которым привязывается силовой трос (фал), соединяющийся со стропами парашюта. Фал пропускается через пыж — лёгкий цилиндр, который впритирку устанавливается ко внутреннему диаметру ракеты — он необходим для выброса парашюта, работая как поршень, приводимый в движение газами из мортирки.

Конструкция крепления системы спасения

Головной обтекатель также подвязывается к фалу.

В сборе внутренние компоненты ракеты ракеты занимают весь внутренний объем.

Модель ракеты со всеми компонентами

Двигатель

В отличие от ракетомоделизма, в любительском, «карамельном» ракетостроении используются собственно изготовленные двигатели. Ракетные двигатели — это долгий и обширный разговор, который можно растянуть на не одну статью. Если рассказывать очень кратко, то в любительском ракетостроении в большинстве случаев используются твердотопливные двигатели, которые по конструкции очень схожи с двигателями настоящих твердотопливных ракет.

Отличие состоит в материалах из которых изготовлен двигатель и в используемом топливе. Чаще всего для изготовления двигателей используется бумага, пластик или композит (стеклоровинг). В моём случае — пластик (полипропиленовая армированная труба в 40мм внешним диаметром). В качестве топлива используется смесь из калиевой селитры и сахара\сорбита в пропорции 65\35. Собственно при плавлении такой смеси образуется сладкая масса (несъедобная!), похожая на карамель, откуда и происходит название «карамельное топливо».

C6H14O6 + 3.345 KNO3 -> 1.870 CO2 + 2.490 CO + 4.828 H2O + 2.145 H2 + 1.672 N2 + 1.644 K2CO3 + 0.057 KOH

Топливо запресовывается в так называемые «топливные шашки» — цилиндры с отверстием. Размер шашек подбирается таким образом, чтобы во время работы двигателя топливо успевало выгореть равномерно во всех направлениях (в направлении от внутреннего канала к краю). Оптимальной длиной шашки внешним диаметром D и внутренним диаметром d является длина L=1.67D. Шашки в обязательном порядке запрессовываются\оборачиваются в так называемую «бронировку» — внешнюю негорючую оболочку шашки. Бронировка препятствует горению шашки по внешней поверхности, что недопустимо. Слишком большая площадь горения топлива может привести к разрушению двигателя.

Топливные шашки

Из шашек формируется сборка двигателя с единым топливным каналом. При этом шашки укладываются в теплоизоляционную (негорючую) трубку из тефлона\бумаги, пропитанной силикатным клеем. Теплоизоляция нужна для того, чтобы не допустить разрушения двигателя из-за температуры (фронта горения и горячих газов) при горении топлива.

Схема двигателя

Карамельное топливо горит сравнительно медленно, поэтому для создания тяги зажигание двигателя производится в дальней точке канала (противоположного от сопла). Немаловажными параметрами двигателя, кроме тяги, является критика сопла и рабочее давление. Чем больше давление в двигателе — тем больше тяга. Чем больше давление — тем выше скорость горения топлива. Настоящим вызовом в создании двигателя является задача создания такого решения, которое при минимальной массе корпуса будет держать максимальное давление и содержать наибольшее количество топлива.

График тяги График давления

Для расчёта двигателя используются расчёты на основе закона горения. Безусловно, есть готовые решения для расчёта параметров двигателя.

Кроме того, обязательно проводятся стендовые испытания движков. Это позволяет отработать надёжность двигателя на земле, а также снять реальные показания тяги двигателя (которые могут отличаться от расчётных).

Кластерный двигатель на тяго-измерительном стенде

Электроника

В качестве бортового компьютера я использую собственную схему, в основе которой находится Arduino Nano.

Схема полётного компьютера

Барометр BMP180
Гироскоп-акселерометр MPU6050
Пищалка
microSD модуль
Реле\MOSFET для активации запала мортирки
2 шт. 18650 аккумуляторов
LM7805 для понижения напряжения для контроллера
Мини-тумблер для включения компьютера
Разъем JST-2P для соединения с запалом мортирки

При запуске компьютера инициализируются все датчики и модули, записывается текущая высота, подаётся звуковой сигнал перехода в режим ожидания старта. Моментом старта считается случай изменения высоты на пороговое значение (например 5 метров).

 if (delta_altitude > max_delta) < // старт >

В момент старта фиксируется (записывается время), далее на карту начинают записываться данные с датчиков. В процессе полёта отслеживается апогей — записывается текущая высота, если она меньше предыдущей. Если текущая высота падает на пороговое значение, то зажигаем вышибной заряд.

 if (altitude > max_altitude) < max_altitude = altitude; >// Check for apogee, do not allow to release chute while too close to ground or while engine still working if ((max_altitude - altitude) > max_delta and ignited == false and ((millis() - start_time) > apogee_delay))

Момент приземления не вычисляется, просто считаем, что через две минуты ракета должна сесть на землю. Через две минуты останавливается запись на карту и начинается подача звуковых сигналов для облегчения поиска ракеты.

Полный скетч можно найти тут.

Полёт и результаты

Характеристики собранной ракеты:

Взлёт ракеты

Длина: 1300 миллиметров
Диаметр: 50 миллиметров
Масса корпуса (со всеми компонентами): 1000 грамм
Масса электроники: 180 грамм
Масса двигателя: 440 грамм
Масса полная: 1620 грамм
Двигатель: ДКР-30-9-280-ПЭ(С)
Класс: H115, максимальная тяга — 180 Н*с
Расчётный (максимальный) апогей: 530 метров
Время до апогея: 11,5 секунд

Полёт в целом получился успешным, ракета достигла апогея в 400 метров.

Ракета села с парашютом в 200 метрах от места старта.

Парашют раскрылся!

Любопытно, что на данных с акселерометра видны всплески, соответствующие работе системы спасения (мортирки).

Сырые данные с логгера

В итоге

. проект у меня занял целый год в неспешном режиме. Это отличное хобби, которое позволяет столкнуться с огромным разнообразным спектром задач из разных областей. Это и физика, химия, электроника, программирование, инженерия и технология изготовления, включая токарные работы. И, конечно, позволяющее получить незабываемые эмоции от рёва гула у взлетающей ракеты, до трепета и переживаний во время поиска ракеты и снятия показаний с логгера.

UPD: Графики обновлены

ракетостроение
diy
карамельное топливо
карамель
ракета
запуск ракеты
ракеты
любительское ракетостроение
ракетомоделирование
ракетный двигатель

Разработка под Arduino
Научно-популярное
DIY или Сделай сам

Как сделать карамельный двигатель

Как сделать карамельный двигатель

Любительское ракетостроение, как я делаю ракеты и мои ошибки на которых я учусь (part 1)

Виды топлива и двигателей

Топливо

Двигатели

Пробные запуски и возможная причина неудач

Как сделать карамельный двигатель

Большая Карамельная Ракета

Конструкция ракеты

Система спасения

Двигатель

Электроника

Полёт и результаты

В итоге

Добавить комментарий Отменить ответ