В статье представлены этапы проектирования и сборки модели ракеты для определения зависимости высоты полета от силы реактивной струи.
Ключевые слова: ракета-носитель, высота, подъем, реактивное движение, сила тяги, двигатель.
Тема космоса сейчас довольно актуальное направление для изучения школьниками. Но зачастую, из-за отсутствия подходящего оборудования или специальных навыков, работа по данному направлению ограничивается теоретической частью. В рамках этой статьи будет рассмотрен способ создания модели ракеты-носителя из подручных материалов.
Перед сборкой модели необходимо изучить историю создания и развития ракетостроения, основной принцип работы и запуска ракеты-носителя в атмосферу, выделить для себя основные части, из которых состоит ракета, а также силы, которые действуют на нее на протяжении всего полета. Данная информация позволит составить более четкое представление о будущей конструкции и произвести более точные расчеты параметров, необходимых для запуска и приземления модели.
В программе OpenRocket моделируется основная конструкция ракеты-носителя (рис. 1). Данное программное обеспечение позволяет определить оптимальную конструкцию модели ракеты-носителя относительно полетных характеристик. Программа отображает изменение полетных характеристик в зависимости от любых внесенных коррективов в элементы будущей конструкции. После выявления для себя самого оптимального варианта можно приступить к изготовлению прототипа по данным, полученным в программе.
Рис. 1. 3D-модель ракеты и расчеты высоты полета
Для создания ракеты потребуются следующие материалы: ватман, пенопласт экструдированный (потолочные панели), парашютная пленка, капроновая нить, резинка, двигатель, упор двигателя и обтекатель (изготавливаются при помощи 3D-принтера), канцелярские принадлежности.
Этапы сборки модели
Лист ватмана необходимо закрутить так, чтобы образовался полый цилиндр. Это корпус ракеты.
Из пенопласта вырезаются стабилизаторы обеспечивающие ракете сохранение вертикального направления в полете (рис. 2). Конструктор может установить три или четыре стабилизатора на выбор. Три стабилизатора облегчают ракету, соответственно увеличивая высоту полета [6]. Четыре стабилизатора утяжеляют конструкцию, но обеспечивают ей более продолжительный вертикальный полет.
Далее, необходимо добиться полной идентичности обтекателей. Для этого они обтачиваются наждачной бумагой. Готовые стабилизаторы приклеиваются к нижней части корпуса.
Рис. 2. Процесс изготовления стабилизаторов
Необходимо также продумать систему спасения.
Из парашютной пленки вырезается парашют — круг радиусом 20 см. Изготавливаются парашютные стропы для системы спасения. Их длина — примерно 35 см, 5 из которых нужны для фиксации. В верхней части корпуса проделывается небольшое отверстие, в котором нитка завязывается на узел. К этой нитке привязывается резинка, служащая амортизатором для парашюта. Стропы связываются ниткой и этой же ниткой привязываются к резинке. Собранная система спасения укладывается в корпус ракеты.
Верхняя часть ракеты закрывается обтекателем, свободно входящим и выходящим. Если обтекатель вклеен или прилегает слишком плотно, то система спасения раскроется слишком поздно или не раскроется вовсе. В нижнюю часть ракеты вклеивается упор двигателя, а в него в последующем вклеивается ракетный двигатель.
В процессе работы было рассмотрено множество вариантов двигателей, стабилизаторов и их количества, систем спасения. Наиболее удачные из них реализованы в получившейся модели. Ракеты была собрана и готова к тестовым запускам. Ориентировочная высота ее полета — примерно 120 метров.
Рис. 3. Готовый к запуску прототип
После сборки был проведен тестовый запуск. При запуске макет взлетел на высоту ~120 метров, двигатель работал в течении 5 секунд, потом сработал вышиной заряд и выпустил парашют. Исходя из массогабаритной спецификации модели ракеты, данная высота является оптимальной для данного двигателя (РД 1–10–5), что говорит о правильно выполненной работе и успешном запуске макета ракеты-носителя.
Литература:
- Кротов И. В. Модели ракет: Проектирование. ДОСААФ, 1979.
- Половинкин А. И. Основы инженерного творчества: Учеб. Пособие для студентов вузов.
- Букш Е. Л. Основы ракетного моделизма. — М.: Изд-во ДОСААФ, 1972.
- B. C. Рожков. Спортивные модели ракет. — М.: ДОСААФ, 1984.
- П. Эльштейн. Конструктору моделей ракет. Перевод с польского. Мир, 1978.
- Пат. 2362605 РФ. Модельный ракетный двигатель / Казанцев И. Л., Казанцев Л. В. // Бюл. — 2009. — № 2
