Ракетный двигатель РДК-1П
Ракеты...  Ракетные двигатели:

Двигатель РДК-1П


топливо корпус сопло и заряд заглушка канал пиросистема характеристики заключение

Страничка ракетостроения. Последнее обновление:

Двигатель РДК-1П - это мотор начального уровня. В основе его лежит достаточно известная идея пластикового мотора с прессованным карамельным топливом. Предлагаю свой вариант такого двигателя. Конструкция отличается чрезвычайной простотой изготовления. Мотор не сложнее двигателя РДК-1, а в плане технологии значительно проще. При всем при этом мотор достаточно безопасен, имеет стабильные характеристики. Конечно, весовое совершенство мотора весьма далеко от совершенства, но для ракет начального уровня, для демонстрационных и развлекательных целей его более чем достаточно - небольшую ракету он способен закинуть на 200-300 м. Т.е. по тяговым возможностям он соответствует моторам серии РДК-2, и также имеет систему вышибного заряда для системы спасения ракеты.

Мотор РДК-1П своего рода рекордсмен среди моих моторов. На его изготовление требуется не более часа, т.е. при желании или необходимости можно совершать полеты каждый день, а если надо, то и по нескольку раз на дню. В общем, я давно хотел такую "игрушку".

Схема мотора представлена на рис.1.

Очевидно, что сложности тут никакой нет, поэтому далее я постараюсь просто придерживаться порядка изготовления.

ТОПЛИВО

Для заряда понадобится прессованная сахарная карамель. В двигатель влезает ~30 г топлива, с учетом трассера. В тяге участвует примерно 20г. Подготавливаем с запасом, грамм 50.

КОРПУС

Главная фишка движка - пластиковый корпус. Для него понадобится приобрести в магазине сантехники полипропиленовую трубу для центрального отопления армированную стекловолокном. Это труба типа PN25 диаметром 25 мм. По факту внешний диаметр тубы 25,5 мм, а после заправки может увеличиться до 26,0 мм. Внутренний диаметр трубы 17,0 мм. Толщина стенки в районе 4,2 мм.

Труба имеет отличные прочностные и теплоизоляционные свойства и как нельзя лучше подходит для наших целей.

Для корпуса отрезаем от трубы кусок 125 мм. С одной стороны надо срез торцануть, чтобы он был четко перпендикулярен. С этой стороны будем делать сопло.

Чтобы улучшить сцепление материала сопла с корпусом надо загрубить, проще говоря, процарапать внутреннюю поверхность корпуса со стороны сопла на глубину 10-15 мм. Это можно сделать вручную любой острой железякой, но проще и быстрее дремелью или дрелью с насадкой со шкуркой.

На этом возня с корпусом заканчивается.

СОПЛО И ЗАРЯД

Сопло будем делать из порошковой глины. Для этого подойдет практически любая. Я делал из порошка глины для лепки "Голубая волшебница" и из бентонитового наполнителя для кошачьих туалетов. Оба варианта работают, только бентонитовые гранулы надо заранее измельчить до состояния песка.

Сопло мы будем прессовать, топливо тоже. Для этого нам понадобится навойник, т.е. стержень из прочного материала, который свободно, но без зазоров вставляется в трубу корпуса. Навойник можно сделать из металлического стержня, но проще из прочного дерева вроде бука или граба, на худой конец, из березы. Длина стержня должна быть больше длины корпуса на 20-30 мм. Торец, к которому мы будем прилагать усилия, надо защитить от деформации. Для этого можно приклеить на 88-м клее монетку подходящего диаметра.

На стержне навойника сразу делаем отметки для определения глубины запрессовки. Первая, она же верхняя, отметка на расстояние 125 мм от нижнего торца для контроля длины корпуса. Вторая отметка на расстоянии 16 мм от верхней, т.е. на глубину размера сопла. И третья отметка на расстоянии 75 мм от второй, т.е. на глубину прессования топлива.

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

Приступаем к прессованию. Для начала налепим кусочек строительного скотча на торец корпуса со стороны сопла, чтобы засыпанный состав не высыпался. Засыпаем порцию глины.

Прессовку можно делать молотком по известному правилу - на каждую порцию засыпки одинаковое количество одинаковых по силе ударов. Но я заниматься примитивизмом не стал, поскольку сделал винтовой пресс. С его помощью и продолжу.

Сопло прессуем до второй отметки на навойнике. Для сопла надо 8,0-8,5 г глины. Лучше запрессовать в два приема по 4 г. Так структура сопла получается более прочной и более равномерной. Помним, что лучше недосыпать, чем пересыпать. Удалить запрессованный состав можно, но очень непросто, а вот немного допрессовать при небольшой нехватке - не проблема. Прессуем сильно, но без фанатизма и равномерно.

Теперь приступаем к заряду. Засыпаем карамельное топливо порциями по ~5 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 до третьей отметки.

ЗАГЛУШКА

Заглушку формируем из той же глины, что и сопло. Высота заглушки примерно 2/3 от высоты сопла, т.е. надо примерно 5-6 г. Особая точность тут не нужна, поэтому отметку на навойнике мы не делали.

На этом процесс прессования заканчиваем.

КАНАЛ

Запрессовкой составов изготовление сопла и заряда не заканчивается. Надо сделать канал, формирующий критику сопла и канал горения заряда. Операция ответственная и потребует изготовления оправки для точного высверливания. Из фото должно быть понятно, как устроена оправка. Это жесткая трубка, плотно одевающаяся на мотор, в которую вклеен цилиндр с центральным отверстием диаметром 5 мм. Трубку можно намотать из бумаги на клею. Длина её примерно 70 мм. Мотать можно прямо на движке, только уже заправленном, т.к. его диаметр отличается от исходной PP-трубы. Длина вставки примерно 40 мм. Её можно выточить из дерева. Отверстие должно быть просверлено строго по оси. Если выточить нет возможности, то можно прибегнуть к простому варианту - намотать прямо на 5-ти миллиметровое сверло из плотной бумаги на клею цилиндр нужного диаметра.

Далее размечаем на уже заправленном моторе положение заряда и границу канала.

Надеваем оправку на мотор со стороны сопла и длинным сверлом с диаметром 5 мм высверливаем канал до нужной отметки. Чтобы не прошибиться с глубиной сверления, сверло в патроне устанавливаем так, чтобы свободная часть свела не заходила за отметку. Сверлить надо осторожно, не допуская перегрева топлива. Для этого выбираем средние обороты и сверлим поэтапно, прекращая сверление через каждые 10 мм и очищая сверло от топлива.

Досверливаемся до упора. 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.

По форме заряда видно, что трассер имеет длину около 19 мм. Он будет работать замедлителем на 4-5 секунд. Нам осталось завести от трассера вышибной заряд. Для этого высверливаем в заглушке канал диаметром 2,6 мм до начала топлива. Ориентируемся по отметке верхней границы заряда. Тут не нужна точность положения канала, хотя стараться надо просверлить его по центру. Однако нельзя заходить за отметку более чем на 1-2 мм. Рекомендую такой порядок: сначала сверлим дрелью, немного не доходя до отметки границы топлива и заглушки, затем досверливаем вручную не спеша,

до появления на кончике сверла белого порошка карамели.

В образовавшийся канал засыпаем дымный порох и подтрамбовываем его тонким стержнем.

В верхнюю часть корпуса над заглушкой засыпаем вышибной заряд, к примеру, тот же порох. Количество вышибного заряда определяется экспериментально для конкретной ракеты. Для небольших ракет обычно требуется 0,3-0,4 г.

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

Отмечу только, что в данной конфигурации замедление будет 4,5 с от конца работы мотора. Что бы изменить время задержки, надо изменить длину трассера с учетом 3,5 мм топлива на 1 секунду.

Двигатель готов.

ЗАЖИГАНИЕ

Для двигателя подходит любое зажигание, работающее через сопло и обеспечивающее воспламенение заряда в верхней точке канала. Это может быть и простейшее из проекта РК-2 и более продвинутое типа ВЗК.

ХАРАКТЕРИСТИКИ

Характеристики мотора были получены в испытании от 06.08.2019г на стенде ТТК-1. График тяги показан на рисунке.

Мотор имел следующую конфигурацию:


Мотор отработал штатно. Время работы 0,8 с, тяга до 4-х кг, удельный импульс 90 с, полный импульс 17 Н*с. В тот же день были испытаны еще две модификации мотора. Все отработали стабильно. Очень точно отработал замедлитель, показав время ~4,5 сек.

Разгар критики сопла, не обнаружен. Корпус как новый, даже толком не нагрелся.

Для тех, кто хочет прикинуть возможности своих ракет с мотором РДК-1П в программе ALTIMMEX, даю файл данных по результатам стендового испытания мотора. Для ALTIMMEX-SP и для ALTIMMEX-SP2. Их надо сохранить в папке программы ALTIMMEX-SP или ALTIMMEX-SP2 соответственно и распаковать, тогда данные по мотору будут доступны из программы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Идея пластикового ракетного мотора довольно стара и заезжена, и когда мне потребовался небольшой мотор для "повседневных" нужд, я не сразу обратил на неё внимание. Однако, по здравом размышлении, я пришел к выводу, что в этом что-то есть. К созданию своего варианта подошел максимально серьезно, все прикинул и просчитал. Первый вариант мотора имел некоторые детские ошибки, однако, после их устранения, следующие десять моторов отработали как часы.

В результате получился надежный мотор для небольших ракет. Не для рекордов, конечно, но полетать без заморочек от души - вполне. Характеристики средние, но достаточные. С безопасностью тоже все в порядке. Но главная фишка - изготовление занимает не более часа! Я уже успел оценить, насколько это бывает полезно. /09.08.2019 kia-soft/

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

***