Двигатель КТРДК-1 (КвазиТорцевой Ракетный Двигатель) разрабатывался специально для проекта Артек - легкой демонстрационной ракеты. Конечно, его можно использовать для любой ракеты взлетного веса до 100г. При создании мотора использовались все последние наработки. Мотор получился технологичный и не сложный. Его можно рекомендовать в качестве ракетного двигателя начального уровня, например, как альтернативу мотору РДК-1. При этом КТРДК-1 полноценный ракетный мотор с замедлителем и вышибным зарядом для системы спасения. Вообще, для проекта Артек требовался довольно специфичный мотор. С одной стороны надо было ограничить максимальную тягу и увеличить время работы, с другой стороны сделать максимально безопасный и технологичный мотор. Особо высоких значений импульса не требовалось. Как нельзя лучше для этих целей подошла схема квазиторцевого мотора, работающего сначала, как канальный со скрепленным зарядом, затем переходящий в режим торцевого горения. Честно сказать, задачка потребовала некоторых усилий для решения. Что получилось представлено в данной статье.

Схема мотора представлена на рис.1.

Конструкция простая, поэтому далее я просто последовательно изложу порядок изготовления.

ТОПЛИВО

Для заряда понадобится топливо СПОРТ-55. В двигатель влезает ~10 г топлива. Трассера, как такового, нет. В качестве замедлителя работает нормированный канал в заглушке, забитый обычной сахарной карамелью.

КОРПУС

Корпус намотан из рисовальной бумаги для акварели на оправке диаметром 14мм. Лента шириной 90мм мотается до внешнего диаметра 18мм на силикатном клею. На самом деле длина корпуса мотора 67мм, но берем немного больше по технологическим причинам. Потом отрежем. Сушим корпус на оправке во-избежание деформаций при усушке.

После высыхания теоретически можно приступать к прессованию топлива. Однако для этого придется сделать специальную оправку, чтобы уберечь корпус от деформаций и разрывов. Прессовать будем жестко, так что без оправки не обойтись.

Конструкция оправки продвинутая и заметно облегчает процесс изготовления. Основу составляет кусок алюминиевой или стальной трубы диаметром 20-22мм и внутренним диаметром 18мм. Длина оправки 75мм. С помощью обычной ножовки в оправке делается продольный пропил. Это позволяет зажимать заготовки немного отличающиеся по диаметру и достаточно легко вынимать их после запрессовки топлива. А чтобы получить жесткость при прессовании будем обжимать корпус в оправке с помощью 3-х силовых муфт, подходящих по диаметру.

В качестве навойника я использовал отрезок болта М14 из магазина автозапчастей.

Для засыпки прессующихся составов подготавливаем ложку десертного размера и делаем воронку из плотной бумаги.

Перед прессованием надо слегка промазать готовый корпус мотора изнутри олифой с помощью ватного тампона. Не стоит олифить только область сопла, т.е.в районе торца на глубину 12 мм. После рекомендуется подсушить 2-3 часа, а лучше оставить сохнуть на сутки.

Теперь у нас все готово к процессу прессовки. Прессовать можно молотком.

Но я предпочитаю работать с прессом.

СОПЛО И ЗАРЯД

Сопло будем делать из порошковой глины. Для этого подойдет практически любая. Я делал из порошковой глины для лепки "Голубая волшебница" и из бентонитового наполнителя для кошачьих туалетов. Оба варианта работают.

Приступаем к прессованию. Для начала налепим кусочек строительного скотча на торец корпуса со стороны сопла, чтобы засыпанный состав не высыпался. Далее надо вставить навойник до упора и сделать маркером "нулевую" отметку на навойнике по верхнему срезу корпуса. Делая такие отметки на каждом этапе получим точную схему внутреннего строения нашего мотора.

Для сопла надо 4,5 г глины. Лучше запрессовать в два приема по 2,2-2,3 г. Так структура сопла получается более прочной и более равномерной. Запрессовываем глину и делаем отметку на навойнике и проверяем длину сопла по "нулевой" отметке. Надо выдержать длину сопла в пределах 12 +/-1мм.

Теперь приступаем к заряду. Нам потребуется 10г топлива СПОРТ-55. Отмеряем и отсыпаем в отдельную посуду. Засыпаем топливо порциями по 1,5-2 г. Прессуем каждую порцию с одинаковым усилием. Качество прессовки можно проверить, поцарапав отверткой поверхность уплотненного топлива. Деформировать или отковырнуть немного топлива должно быть очень проблематично. Продолжаем операцию смещения до полной уработки отмеренного количества. Опять делаем отметку на навойнике - длина шашки должна получиться в районе 35мм.

ЗАГЛУШКА

Заглушку формируем из той же глины, что и сопло. Длина (или высота) заглушки примерно 10мм, т.е. надо примерно 3,5г глины. Тут нужно довольно точно выдержать длину, т.к. задержка срабатывания вышибного заряда зависит от длины канала в заглушке. Эта длина расчитана на задержку 3 секунды. Если нужна другая задержка, то надо пересчитать длину заглушки в пропорции, и запрессовать согласно расчету. Для контроля так же делаем отметку на навойнике.

На этом процесс прессования заканчиваем. Снимаем силовые муфты и вынимаем двигатель из оправки.

Сразу же убираем скотч с сопла, и промазываем торец сопла циакрином для механического усиления поверхности и во избежание случайных деформаций при дальнейшей обработке и эксплуатации.

И тут же переносим разметку с навойника на корпус мотора. Далее, согласно схеме мотора, отмечаем глубину канала в шашке и глубину сверления со стороны заглушки. Можно также сразу отметить место отреза лишней длины корпуса - где-то 10мм выше заглушки. На фото показано синим пунктиром.

Отрезаем излишки корпуса, используя оправку.

КАНАЛ

Формируем критику сопла и канал шашки сверлом 2,2мм. Операция ответственная и потребует точности. Лучше всего это делать на токарном станке, но если такового нет в наличии придется изготовить оправку для точного высверливания. В качестве оправки будем использовать нашу оправку для прессования и направляющий цилиндр для сверла. Направляющий цилиндр имеет длину 20мм внешний диаметр 18мм и центральное отверстие 2,2мм. Его, опять таки, можно выточить из дерева, текстолита, алюминия и т.п., но можно и проще - выклеить из бумаги путем намотки ленты шириной 20мм на сверло до нужного диаметра (18мм).

Чтобы засверлиться на нужную глубину, надо предварительно установить сверло в патрон дрели так, чтобы патрон сам ограничил сверление до нужной глубины. Из фотки должно быть понятно. И еще нужно учесть один нюанс, сверло вставляется в цилиндр так, чтобы при вращении оно не стало наматывать на себя слои бумаги при не очень качественной проклейке слоев цилиндра. Чтобы не путаться в дальнейшем, можно отметить направление вставки сопла стрелочкой.

Далее все просто. Вставляем мотор и цилиндр в оправку и через отверстие в цилиндре засверливаем канал.

Сверление надо выполнить аккуратно и точно, поскольку точность длины канала критична для правильной и безопасной работы мотора. Сверлим осторожно, не допуская перегрева топлива. Для этого выбираем средние обороты и работаем поэтапно, прекращая сверление через каждые 5мм и очищая сверло от топлива.

Канал готов. Сопло и заряд полностью сформированы.

ПИРОСИСТЕМА

На двигателе предусмотрена возможность организации пиросистемы выброса парашюта, если таковая необходима. В противном случае данный раздел можно пропустить.

Для организации замедления срабатывания системы спасения высверливаем в заглушке центральный канал диаметром 2,5 мм до начала топлива. Можно действовать по схеме топливного канала с оправкой, но тут така строгая точность осевого положения сверления не нужна. Главное точно выдержать глубину сверления. Надо засверлиться по соответствующую пунктирную отметку, т.е. заглубиться в топливную шашку на 2 мм.

В образовавшийся канал засыпаем малыми порциями обычное сахарное карамельное топливо и обязательно плотно подтрамбовываем его тонким металлическим стержнем.

В верхнюю часть корпуса над заглушкой засыпаем вышибной заряд, к примеру, тот же дымняк. Количество вышибного заряда определяется экспериментально для конкретной ракеты. Для небольших ракет обычно требуется 0,2-0,3 г. Можно использовать мерку из гильзы от мелкашки, укороченной до 8мм.

Осталось закрыть и плотно поджать сверху вышибной заряд кружком картона, вставленного в натяг. Система готова.

Напомню, что в данной конфигурации замедление будет ~3 с от конца работы заряда. Чтобы изменить время задержки, надо изменить длину заглушки с учетом ~3,5 мм топлива на 1 секунду.

Двигатель готов.

ЗАЖИГАНИЕ

В связи с малым критическим диаметром сопла не всякое зажигание может подойти. Можно использовать безоболочечный полимерный стопин, плотно вставленный в сопло до упора, но лучше всего использовать электрическое зажигание. Подходит запал типа ВЗК-1. Надо только сделать его не толще 2мм.

Для этого я использую небольшую модификацию, чтобы уменьшить толщину запала. Нижнюю часть нихрома выполняю без зажима медной жилой, а просто мотаю нихром поверху на медную жилу прижатую к соседнему проводу. Несколько витков плотно внатяг обеспечивают надежный контакт. В качестве обмазки можно использовать спичечный состав, но лучше всего подходит состав Шимидзу:
- перхлорат калия 74%
- уголь 6%
- алюминий порошок АСД-4 3%
- идитол 12%
- дихромат калия 5%

Состав разводится ацетоном до консистенции жидкой сметаны и наносится на нихром методом окунания.

ХАРАКТЕРИСТИКИ

Характеристики мотора были получены в испытании от 31.01.2024г . График тяги показан на рисунке.

Мотор имел следующую конфигурацию:

Габариты
• - L=67 мм
• - D=18,0 мм
• - M=23,8 г

Заряд топлива
• - СПОРТ-55, скрепленный квазиторцевой
• - L=35 мм
• - D=14,0 мм
• - Mт=10,0 г
• - Lкан=12,0 мм
• - Dкан=2,2 мм

Сопло
• - прессованная глина
• - L=12 мм
• - Dкр=2,2 мм
• - без расширения

Мотор отработал штатно. Время работы 3,2 с, тяга максимальная 14Н, удельный импульс 72 с, полный импульс 7 Н*с. Класс мотора С2. Замедлитель показал время ~3 сек.

Разгар критики сопла, не обнаружен. Корпус без прослаблений, нагрев не сильный, но защитить пенопластовый крепеж мотора в ракете надо. Для этого достаточно обмотать мотор двумя слоями ватмана.

Для тех, кто хочет прикинуть возможности своих ракет с мотором КТРДК-1 в программе ALTIMMEX-SP, даю файл данных по результатам стендового испытания мотора. Файл следует сохранить в папке программы ALTIMMEX-SP и распаковать, тогда данные по мотору будут доступны из программы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Чтобы получить приемлемые характеристики по профилю тяги и продолжительности работы пришлось немало повозиться. Только девятый вариант мотора был признан рабочим. В десятом варианте слегка подтянул характеристики, он и стал окончательным... пока. Мотор готов к эксплуатации. Расчет в ALTIMMEX-SP показал для ракеты Артек высоту полета 150 м. Успешное летное испытание от 05.02.2024 полностью подтвердило расчет.

В результате получился надежный мотор для легких демонстрационных ракет. Не для рекордов, конечно, но может обеспечить хорошую зрелищность. /07.02.2024 kia-soft/

P.S.
   Содержание может корректироваться по мере накопления экспериментальных данных.

***