Список материалов

  • Клееная пара +

    По данной технологии возможно изготовление как отдельных модулей, так и целиком клееного корпуса ракеты. Слой клея-герметика выполняет функцию герметизации соединения, Read More
  • Узел разделения Бражникова +

    Автор разработки и статьи:Бражников Александр (Брат-2)Курганинск, Краснодарский край, 2012 г. 1. Варианты конструкций узлов стыковки (предыстория…) При постройке многоступенчатых гидропневматических Read More
  • 1

Автор: Михаил Морозов, г.Москва

В ожидании сезона хотелось бы обобщить опыт построения простейшей ракеты. Это именно «конструкция выходного дня», которую можно быстро повторить и сразу запустить, порадовав и себя и окружающих. Также стоит отметить, что эта конструкция конструктивно проста и доступна для исполнения начинающими ракетостроителями среднего школьного возраста.

Напомню, что при изготовлении и запуске ракеты необходимо соблюдать технику безопасности. Особенно при запуске, так как это может угрожать здоровью и имуществу других людей. На наиболее важных моментах я остановлюсь по ходу описания.

Практически каждый узел ракеты можно изготовить разными вариантами. Я постараюсь дать краткий обзор таких вариантов, не претендующий на всеобъемлемость и обосновать выбор именно своего варианта.

Что понадобится?

Инструмент:

  • Строительный (канцелярский) нож
  • Ножницы
  • Плоскогубцы
  • Кусачки
  • Напильники
  • Ножовка

Материалы и комплектующие:

  • Три одинаковые ПЭТ бутылки с ровными стенками
  • Быстроразъемное соединение для садовых шлангов «Гардена» или аналог
  • Штуцер для этого соединения с внутренней резьбой ¾ или 1
  • Автомобильный «грибок» с золотником
  • Велонасос
  • Стальная проволока без оболочки
  • Широкий скотч

Итак, начнем…

Корпус ракеты.

Основой водяной ракеты является, если вы еще не догадались, обыкновенная ПЭТ бутылка. Несмотря на то, что она выглядит довольно легковесной, достоверно установлено, что практически любая бутылка без механических повреждений гарантированно держит давление не менее 10 атмосфер. Это очень много. Нам хватит с запасом. Для тех, кто сразу захочет накачать посильнее, предлагаю остановиться на 7 атмосферах – так Вы гарантируете себя от взрыва бутылки и сопутствующих неприятностях (возможное повреждение глаз и слуха).

Бутылки бывают разные. Лучше всего использовать бутылки от газированных напитков с максимально прямыми стенками и обтекаемой формой верхней части. Например, от газировки «Швепс» или кваса.

Стоит отметить, что высота полета бутылки не связана непосредственно с ее объемом. Полуторалитровая бутылка улетит примерно на такую же высоту, как и двухлитровая. Интересные ракеты получаются из 0,33 и 0,5 литровых бутылок.

А на какую высоту она вообще улетит?

Правильно сделанная двухлитровая ракета может преодолеть высоту 60 - 70 метров при давлении 6 атм. Наше рабочее давление – не более 4 атм (при использовании велонасоса) позволяет говорить о 45 – 50 метрах. Учитывая возможные ошибки, можно говорить для первого раза о 30 – 40 метрах. А это 10 – 13 этажей!

Обращаю внимание на то, что в силу ряда факторов ракета может отклониться от точки старта в полтора раза дальше, чем ее максимальная высота полета, а скорость «встречи» с землей – более 90 км/ч. Поэтому для запусков необходимо выбрать свободную площадку радиусом не менее 50 метров, а при высоких давлениях – не менее 100. Зрители должны быть на достаточном удалении и предупреждены о старте. Неосведомленных людей в «зоне поражения» быть не должно.

Сопло.

Для формирования водяной струи необходимо сопло. Наиболее часто используется ничем не ограниченное горлышко бутылки или штуцер типа «Гардена».

От типа используемого сопла зависит темп разгона ракеты и требования к конструкции пусковой установки. Высота полета от типа сопла зависит незначительно.

С точки зрения минимальной трудоемкости изготовления пусковой, остановимся на сопле с использованием штуцера «Гардена». Запуск будет «с руки». В этом случае при использовании штуцера вероятность водяного душа при запуске уменьшается в разы.

Описание конструкции под «открытое горло» также можно найти на нашем сайте.

Для изготовления сопла возьмем штуцер «Гардена» с внутренней резьбой 1 дюйм (подойдет и ¾). Сопло необходимо закрепить на горлышке бутылки. Для этого используем пробку от бутылки.

Пробки для газированных напитков используют два типа уплотнения – прокладка и внутренний конусный венчик. Нам нужна пробка с прокладкой. Во-первых, она удобнее, во-вторых у нее лучше форма (обычно).

Существуют два способа соединить пробку со штуцером: вклеить пробку внутрь штуцера и вставить штуцер внутрь пробки. Мы пойдем вторым путем, так как это крепление компактнее, легче, надежнее в эксплуатации и не приводит к перекосу сопла. Перекос сопла – крайне неприятная штука. Он приводит к сильному искривлению траектории полета ракеты, которая в итоге летит не вверх, а вбок. Нам такие выкрутасы ни к чему.

Первым делом необходимо удалить резьбу и оставить штуцер с плоским фланцем. Диаметр фланца должен быть максимально большим, который войдет в пробку. Это около 25 мм. Желательно соблюсти круглость и симметричность фланца.

Резьба вырезается ножом. Для тех, кто нечасто делает такие операции немного подробнее остановлюсь на технологии.

Ставим штуцер на устойчивую поверхность будущим соплом вверх и накалываем кончиком ножа окружность с припуском на обработку около 1 мм. Ножом именно накалываем. Пластик вязкий и нож в нем застревает. При попытке резать он резко срывается. Это точно приведет к тому, что он будет резать не по предполагаемому контуру. Есть шанс членовредительства. Нет лишних пальцев? Тогда не располагаем имеющиеся на линии реза.

Наметив контур, продолжаем его углублять, сильнее давя на нож и потихоньку убирая перемычки. Несколько проходов, пара минут – и резьба удалена.

Напильником придаем фланцу круглую форму и удаляем заусенцы. Убеждаемся, что нижняя поверхность – ровная.

Аналогичным образом проделываем отверстие в пробке. Сверлить отверстия большого диаметра в тонкостенных деталях неудобно. Но если будете сверлить, накрутите сначала пробку на горлышко подходящей бутылки. Довести отверстие до нужного размера и формы можно при помощи круглого напильника, или используя цилиндрическую насадку со шкуркой для волшебного инструмента под названием «дремель».

Теперь очень аккуратно поддеваем прокладку внутри пробки и извлекаем ее. Так как она была внутри во время изготовления отверстия, то мы видим колечко идеального размера. Вставляем штуцер в пробку изнутри, помещаем туда нашу кольцевую прокладку и накручиваем на бутылку.

Сопло готово.

При закручивании не нужно прикладывать избыточные усилия, так как можно повредить пробку.

Были случаи, когда пробку срывало с бутылки при давлениях превышающих 6 атм. Это происходит вследствие растяжения пробки в радиальном направлении и сходе ее с резьбы.

Если Вы планируете запуски при высоких давлениях, то пробку необходимо упрочнить.

Я это делаю следующим образом: нагретой проволокой проплавляю неглубокую кольцевую дорожку по наружной боковой поверхности пробки напротив резьбы и диагональный заход в нее снизу.

Далее наматываю 5 – 6 витков стальной проволоки. При этом первый виток идет по диагональному заходу и далее – по кольцевому углублению, а последующие витки прижимаются к первому снизу. Концы проволоки скрепляю скруткой.

Нагреваю намотанную проволоку, пока пластмасса крышки под ней не начнет слегка плавиться. В итоге проволока «вплавляется» в крышку и не может с нее слететь.

Такое сопло гарантированно держит 7,5 атм. Дальше не проверял.

Пусковая установка.

Строим пусковую на основе быстроразъемного соединения для садовых шлангов «Гардена».

Первым делом убеждаемся в том, что наше сопло не защелкивается в «Гардене». Это связано с тем, что между штуцером и «Гарденой» добавилась пробка. Возможны несколько способов решения проблемы.

Мы опускаем подвижное кольцо «Гардены» и напильником немного стачиваем торец. Добиваемся уверенного защелкивания сопла. Важно не перестараться – должен остаться достаточный упор для подвижного кольца «Гардены».

Теперь берем автомобильный «грибок» и ножом отрезаем его широкую часть. Наибольший диаметр конуса должен на пару миллиметров превосходить внутренний диаметр отверстия в «Гардене». После этого вставляем то, что осталось от «грибка» резьбой вперед в «Гардену» со стороны ее разъема. Резьба должна полностью выйти с противоположной стороны наружу, а «грибок» должен крепко застрять. Он должен выдерживать осевое усилие не менее 7 кг.

Мы получили замечательный обратный клапан. Но у него есть большой недостаток. Он оснащен довольно тугой пружиной. При накачивании вручную это заметно снижает давление. Желательно ослабить пружину путем удаления пары витков. Операция не очень простая, но выполнимая. Переделанный золотник должен гарантированно обеспечивать герметичность.

Минималистичная пусковая готова. Она обеспечивает запуск рукой. В дальнейшем она без труда превращается в простую пусковую с фиксацией в грунте и пуском за фал. Но это – не тема настоящей статьи.

В принципе, уже можно накачать бутылку и запустить ее. Красиво она не полетит, поэтому будем дорабатывать.

Обтекатель.

Так как нормальное положение основной бутылки горлышком вниз, то лететь она будет днищем вверх. Малая масса и высокое сопротивление приведут к сильному торможению и потере высоты. Для придания более совершенной с точки зрения аэродинамики формы мы используем обтекатель.

Берем вторую бутылку и отрезаем от нее конусную часть. Желательно предварительно разметить линию отреза.

Закрепляем наш обтекатель на донышке бутылки скотчем. На пробку можно надеть половинку от киндер-сюрприза.

Перфекционисты могут отрезать резьбу и вклеить в отверстие половинку от шарика для пинг-понга.

Готово!

При первом же приземлении этот обтекатель будет смят в гармошку и натянут на корпус основной бутылки глубже начальной установки. По сути, он является расходным материалом.

Для исключения этой ситуации можно поместить внутрь обтекателя вставку из экструдированного пенополистирола (оранжево-желто-зеленый листовой утеплитель с весом пенопласта). Он доступен, дешев и легко обрабатывается ножом. Если нож намочить, то удастся избежать липких из-за статики обрезков.

Окончательный штрих – балласт. Он нужен для смещения центра тяжести вперед. Желательная масса для двухлитровой ракеты – около 30 – 50 граммов. У меня балластом служит болт с гайками ввернутый в крышку обтекателя.

Теперь понятно, почему зрители должны быть осторожны? Получить болтом по «кумполу» - врагу не пожелаешь.

Без балласта ракета может перейти в планирующий полет и улететь далеко в сторону. Смотрится красиво, но плохо предсказывается и представляет опасность.

Стабилизаторы.

Вот мы и добрались до заключительного этапа.

Стабилизаторы должны обеспечить прямой полет ракеты. Но это сильно зависит от качества их изготовления. Основное требование – симметричность. Поэтому желательно пользоваться предварительной разметкой и прибором типа «линейка».

Основные доступные нам конструкции – это перьевой и кольцевой стабилизаторы.

На мой взгляд, кольцевые стабилизаторы лучше. Они более технологичны, обладают меньшим аэродинамическим сопротивлением при той же эффективности. Но такие стабилизаторы не позволяют производить запуск с нашей простейшей пусковой установкой (с руки). Поэтому отложим кольцевые стабилизаторы на будущее и перейдем к перьевым.

Берем последнюю уцелевшую бутылку и отрезаем ножовкой ее горлышко сразу после фланца. Эту операцию можно проделать раскаленным ножом, если его не жалко.

Просто отрезать не получится – в этом месте очень толстый пластик.

Если резали ножом, убираем наплывы с внутренней стороны.

Отрезаем конусную часть в том месте, где она начинает переходить в цилиндрическую. Мы получили конус, который по форме в точности повторяет конус перед соплом на нашей ракете.

Теперь вырезаем обе цилиндрические части из остатков бутылок без горлышек. В случае двухлитровых бутылок получим два прямоугольника размером примерно 10х31 см. Разрезаем каждый из них пополам. Один – откладываем, из трех других делаем три стабилизатора. Очень важно сделать их одинаковыми. Точно вырезать – это полдела. Детали нужно будет сгибать, а согнуть пластик точно – не очень просто. Возможно, помогут неглубокие надрезы нанесенные по линиям сгиба с наружной стороны.

Сгибаем каждый из получившихся листов пластика пополам и отгибаем в противоположные стороны два крепежных лепестка шириной 1 см вдоль стороны, примыкающей к сгибу. Для обеспечения возможности отгибания делаем надрез по линии сгиба на 1 см.

В конусе с узкой стороны делаем 6 – 8 продольных надрезов до уровня, где диаметр конуса становится равен примерно 35 мм.

Размечаем три прорези под стабилизаторы. Их длина равна длине отогнутых лепестков (около 7 – 8 см). Они должны быть расположены на одинаковом расстоянии друг от друга (120 градусов).

Прорези не должны быть слишком широкими – около 1 мм. Они должны быть достаточно далеко от краев и их концы желательно скруглить, иначе – быстро порвутся.

Вставляем наши стабилизаторы в прорези изнутри. При этом сгиб должен быть направлен в сторону широкой части конуса. Плоскости стабилизаторов можно прихватить степлером. Если не соблюдать аккуратность, то стабилизаторы после степлера может «повести». Лепестки внутри конуса можно закрепить скотчем. После этого надеваем конус со стабилизаторами на ракету со стороны горлышка (не забыв снять кольцо). Продольные надрезы при этом разойдутся, а потом – защелкнутся, обеспечив надежную фиксацию. Смотрим на ракету снизу. Стабилизаторы должны быть расположены равномерно и быть перпендикулярны корпусу ракеты.

Если стабилизаторы нужно снять для ремонта, то поочередно отгибая фиксирующие лепестки, вставляем под них кусочки корпуса бутылки, а затем стягиваем конус со стабилизаторами.

Финальная доработка.

Запускать ракету лучше по направляющей. При запуске «с руки» - обязательно.

Используем наш металлический пруток. Нижний конец слегка затачиваем и втыкаем в землю.

На ракету устанавливаем направляющую. Это может быть трубка подходящего диаметра (корпус от фломастера и т.п.). Трубка должна двигаться по направляющей без сопротивления, но зазор не должен быть слишком большим.

Если подходящей трубки нет, то изготавливаем ее из оставшегося кусочка пластика. Сворачиваем его в трубку и фиксируем скотчем.

Саму трубку устанавливаем на ракету при помощи скотча. Проверяем на отсутствие заедания при движении по металлическому прутку.

На прутке устанавливаем упор, препятствующий опусканию ракеты. Он должен обеспечивать высоту установки ракеты, при которой «Гардена» с шлангом от насоса не будет упираться в землю.

Упор должен выдерживать продольное усилие не менее 3 кг.

Запуск.

Выбираем просторную площадку вдали от деревьев, людей и припаркованных машин.

Наливаем в бутылку воду – примерно на треть объема.

Устанавливаем сопло.

Закрепляем шланг насоса на золотнике «Гардены»

Закрепляем «Гардену» на сопле. Убеждаемся, что она надежно защелкнулась.

Втыкаем в землю наш металлический пруток – направляющую.

Навешиваем на пруток ракету.

Предупреждаем зрителей.

Накачиваем.

Рукой опускаем вниз кольцо «Гардены» и производим запуск.

Наслаждаемся полетом и идем искать ракету.

Замечания по накачиванию.

Обычный насос при давлении 4 атм и диаметре поршня 20 мм требует усилия накачки 6 кг. При рабочем ходе штока 25 см для накачивания двухлитровой бутылки на треть заполненной водой до 4 атм потребуется 110 качков. С одной стороны это довольно хлопотно. С другой – можно примерно оценивать давление, подсчитывая качки и быть уверенным, что дети вручную не смогут перекачать ракету (сил не хватит).

Лучше использовать ножной насос с манометром.

Компрессор – тоже неплохо, но машина (на мой взгляд) будет слишком близко к точке старта. Хотя, если у Вас есть запасное лобовое стекло, то почему бы и нет?

Что дальше?

Вариантов два: если не понравилось - выбросить ракету на помойку и забыть о ней, если понравилось – идти дальше.

А дальше – улучшение конструкции, усовершенствование пусковой, увеличение объема и мощности, создание системы спасения ракеты (парашют и т.д.), многоступенчатые ракеты, съемка с борта ракеты и куча других вариантов. Многие решения обсуждаются на нашем форуме.

Наиболее системный подход – в австралийском сообществе водоракетостроителей. Установлены конкретные задачи в разных направлениях совершенствования ракет. Например, поднять полдюжины яиц на высоту не менее заданной, и обеспечить их безопасный спуск на землю.

Присоединяйтесь!