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 разработки и статьи:
Бражников Александр (Брат-2)
Курганинск, Краснодарский край, 2012 г.

1. Варианты конструкций узлов стыковки (предыстория…)

При постройке многоступенчатых гидропневматических ракет возникает необходимость применения узлов стыковки ступеней, которые должны обеспечивать старт последующей ступени в момент окончания импульса тяги предшествующей ступени.

Как правило, для первой ступени используется сопло Ø 23мм, то есть горлышко бутылки, а для второй - сопло Ø9мм, которое берется из комплекта типового пластикового шлангового разъединителя, поэтому логично для узла соединения ступеней использовать типовой коннектор разъединителя. Все известные типы конструкций узлов соединения ступеней водяных ракет для сопла 9 мм изготовлены на базе указанного типового разъединителя.
Рис. 1Первые, довольно успешные запуски двухступенчатых ракет мной проводились с использованием указанного разъединителя. Перед подачей давления воздуха в ракету разъем принудительно замыкается при помощи чеки-стопора вставленной под рычаг фиксирующей гильзы разъединителя Рис.1. При старте двухступенчатой ракеты чека-упор выдергивается при помощи гибкого фала, один конец которого привязывается к чеке, другой - к стартовому столу, и при помощи дополнительной пружины фиксирующая гильза опускается, разъем размыкается. То есть непосредственно после старта ракеты ее ступени разъединяются, а их удержание происходит только за счет динамических сил инерции, так как сопла имеют разный диаметр, то и импульс тяги первой ступени существенно выше второй. После израсходования рабочего тела первой ступенью импульс второй становится больше, чем у первой, и она стартует.

Подобная система с динамическим разделением имеет простую конструкцию, минимальный вес и габариты, но есть ряд особенностей, которые ограничивают выбор соотношения масс ступеней и их удельного импульса. Главный недостаток подобной системы заключается в невозможности запуска ракет с числом ступеней более двух.

Рис. 2Для исключения указанных недостатков был разработан и изготовлен узел, в котором замыкание и удержание фиксирующей гильзы разъема осуществляется поршнем, на который действует давление воздуха из первой ступени. После падения давления в первой ступени под действием обратной пружины поршень перемещается в исходное положение, фиксирующая гильза, жестко связанная с поршнем, также опускается, и узел стыковки размыкается (Рис.2)

Однопоршневой узел стыковки позволяет выполнить запуски ракет с любым числом ступеней, но имеет достаточно сложную конструкцию.

На основе приобретенного опыта по эксплуатации подобных устройств был разработан узел, который объединил в себе функциональность однопоршневого и простоту конструкции динамического узла стыковки.

 

2. Принцип действия узла новой конструкции

Разработанный узел стыковки работает по принципу однопоршневого, то есть замыкание происходит при подаче давления воздуха в предшествующую ступень, а размыкание по факту сброса давления из указанной ступени. Основным отличием нового узла стала замена классического поршня на гибкую мембрану, которая раздувается в прочном закрытом объеме, что позволяет выдерживать давление более 12 атм. Конструктивные особенности нового узла стыковки позволили создать устройство с минимально возможными габаритами и собственным весом, то есть в пределах параметров типового шлангового разъединителя.

Рис. 3Для узла соединения использован шланговый разъединитель GRINDA фирмы ПАЙН СИТИ ИНТЕРПРАЙС ЛТД. 555, НАТАН РОУД, ГОНКОНГ 8-426329 (Рис.3). Подобные узлы других фирм-производителей могут иметь некоторые конструктивные отличия и размеры, поэтому все рекомендации по переделке деталей указаны относительно разъема именно этого типа. Качество изготовления и применяемый пластик разъема хорошие, при этом цена составляет 26 рублей, что позволяет с минимальными материальными потерями приобрести необходимый практический опыт для изготовления узла, то есть неудачно изготовленный узел можно попытаться сделать заново. Конструкция узла позволяет изготовить его любому человеку в домашних условиях, затратив 4-8 часов рабочего времени. Для изготовления узла не требуется профессионального станочного оборудования, необходим лишь простой инструмент и определенный приобретенный опыт. Главное, понадобится устройство с функцией вращения, это может быть электрическая дрель. Мной используется электрический мотор от наждака. Кроме того необходима оснастка, которая позволяет закрепить на вращаемом валу отдельные детали коннектора без заметных биений, в качестве резцов используются обыкновенные канцелярские ножи, также необходимы наждачная бумага, надфили, сверла и.т.п.

Рис. 5

Рис. 4После приобретения нужного количества соединителей указанного типа их необходимо разобрать, для чего под фиксаторы подложить кусочки 15х20мм ПЭТ пластика, вовнутрь вставить подходящий упор, приложив продольное усилие, снять внешнюю фиксирующую обойму (Рис.4). Изъять 3 стопорных сухаря, пружину, внутреннюю пластмассовую часть, все указанные детали понадобятся для изготовления узла (Рис.5).

 

 

Рис. 6Для изготовления мембраны потребуется надувной шарик повышенной прочности с удлиненным горлышком, цена 12 рублей (Рис.6). Для обратного клапана необходимо приобрести ремонтный вставной штуцер (ниппель). Штуцеры бывают двух типов, короткий - длинной 30мм и удлиненный - длиной 45мм, причем пригодны оба, ориентировочная цена 35 рублей (Рис.6). Также понадобится стеклотекстолитовая пластинка 35х70мм (можно фольгинированная), толщиной 1,5-2мм и стеклопластиковая пластинка 20х20мм, толщиной 3-4мм, нитки швейные (№30-10); клей «Момент».

 

 

 

Рис. 73. Конструкция узла стыковки

Конструкция узла соединения (Рис.7) предельно проста. Воздух под давлением поступает из основной емкости ступени через отверстия в обратном клапане (9) и перепускные отверстия во внутренней части (3) к резиновой мембране (6). Мембрана герметично закреплена на внутренней части и под давлением воздуха раздувается, давит на сдвоенную разрезную шайбу (4), вследствие чего внешняя часть коннектора (5) поднимается, преодолевая усилие обратной пружины (2), коннектор запирается, сопло удерживается. При уменьшении давления мембрана сдувается, а внешняя часть опускается под действием усилия обратной пружины, разъем размыкается, освобождая следующую ступень.

4. Обратный клапан

Рис. 8На чертеже Рис.8 показана конструкция обратного клапана, в функции которого входит удержание воды в верхней ступени, пропуск воздуха к мембране и в верхнюю ступень, он также является элементом крепления узла, соединение к дну или пробке ПЭТ бутылки, из которой изготовлена ступень. Вначале высверливается развальцованная часть ниппеля и удаляется тарельчатая шайба. На расстоянии 15мм от конца со стороны резьбы для колпачка сверлятся два отверстия Ø 2мм для пропуска воздуха к мембране. Если используется шарик от шарикоподшипника Ø 4мм, то он помещается вовнутрь штуцера, а если Ø5мм, то необходимо под шарик рассверлить конец штуцера. Из колпачка удаляется уплотнительная резинка, и сверлятся 2 отверстия Ø2мм для пропуска воздуха в верхнюю бутылку. Из отрезка колпачка изготавливается гайка 3, подобная гайка бывает и заводского изготовления. Из текстолита толщиной 3мм вытачивается шайба 4, которая надевается на штуцер (1), под гайку 3. Стеклотекстолитовая шайба, надетая на обратный клапан под гайку, упирается в выступ во внутренней части коннектора (Рис.7,8). Шайба является как элементом герметизации, так и крепления. Дополнительная гайка 3 позволяет легко скручивать колпачок 2 на установленном узле соединения для возможности обслуживания шарика обратного клапана. Указанные шарики можно не устанавливать. Перепад давления в ступенях будет препятствовать вытеканию воды через отверстия в колпачке

Рис. 95. Упорная пробка

Доработанная внутренняя часть коннектора упирается в пробку (Рис.7.7). Она представляет собой обычную пивную пробку. В пробке по центру сверлится отверстие Ø10мм, при помощи болта она закрепляется в патроне электродрели. При помощи канцелярского ножа полностью стачивается резьба внутри пробки (!!!осторожно!!!). С внешней стороны пробка обтачивается так, чтобы она свободно входила во внешнюю часть коннектора. Эту операцию легко выполнить путем насаживания внешней части от запасного коннектора на вращаемую пробку. Доработанная пробка показана на Рис. 9.

6. Внутренняя часть

Рис. 10Рис. 11Внутреннюю часть коннектора необходимо доработать, как показано на Рис.10. Срезаются упоры, прорезаются ножовочным полотном пазы для установки шайбы упора обратной пружины, обтачивается и укорачивается в соответствии с размерами опорная часть детали.

Для прохода воздуха к мембране из внутренней полости сверлятся отверстия 1 Ø2мм в количестве 8-12шт, которые показаны на Рис.11. Для прохода воздуха от обратного клапана во внутреннюю полость сверлятся отверстия 2.

Рис. 127. Изготовление мембраны

Отрезок горлышка шарика надевается на доработанную внутреннюю часть коннектора, как показано на Рис.12.1. Горлышко приматывается нитками и обрезается по кругу с запасом. Нитки пропитываются клеем «Момент», а запас обрезанного шарика заворачивается на намотанные нитки, при этом должны хорошо быть видны перепускные отверстия 1. Свободный конец отрезка горлышка перетягивается, как показано на Рис.12.2, приматывается нитками на клее и обрезается (Рис.12.3). Высота установленной мембраны должна быть 5мм. На Рис.12.2 - 3 хорошо виден прорезанный паз для установки стопорной шайбы.

 

 

 

 

8. Изготовление шайб

Рис. 13Стопорная шайба (Рис.13.1) является верхним упором для обратной пружины, изготавливается из стеклотекстолита толщиной 1,5-2.0мм, один край шайбы разрезается, что позволяет установить шайбу в прорези на внутренней части коннектора.

Рис. 14Сдвоенная упорная шайба (Рис.13.2) изготавливается из стеклотекстолита толщиной 2мм. Для возможности установки шайбы на шейку внутренней части коннектора также разрезается с одной стороны. Кроме того, при помощи канцелярского ножа слои стеклотекстолита делятся пополам, получаем две шайбы толщиной 1мм. Обе разрезанные с одной стороны шайбы надеваются на шейку внутренней части (Рис.7.4) путем их изгиба, разрезы устанавливаются противоположно по сторонам, при этом шайбы склеиваются между собой на клее «Момент». Сдвоенная упорная шайба является ответственной деталью узла соединения. Важно, чтобы сдвоенная шайба при минимальных зазорах свободно перемещалась как по шейке внутренней части, так и внутри внешней обоймы коннектора. Свободный ход сдвоенной шайбы должен быть не менее 5мм ( Рис.14).

Рис. 159. Доработка внешней обоймы коннектора

Внешняя гильза коннектора дорабатывается путем уменьшения ее высоты на 5мм. Показано на Рис.15. После обрезки гильзы должно остаться место - канавка для установки упорной пружины.

 

 

10. Обратная пружина

Рис. 16После сброса давления из ступени воздух через перепускные отверстия выходит из полости мембраны, но за счет трения фиксирующая гильза может удерживать разъем в закрытом положении. Для принудительного размыкания разъема служит обратная пружина. Обратная пружина изготовлена из заводского изделия, но ее необходимо несколько видоизменить. Вначале формируется нижнее опорное кольцо, которое ложится в канавку внешней гильзы коннектора, далее путем изгибания выполняется шаг пружины, причем угол подъема должен быть такой, чтобы начало и конец указанного участка размещались между двумя соседними фиксаторами, что исключает влияние пружины на их нормальную работу. В завершение работы изготавливается верхнее опорное кольцо, которое упрется в стопор из разрезной шайбы. Путем подбора высоты пружины в пределах 10-15мм, а следовательно, ее жесткости подбивается давление замыкания (1,5-2.0 атм) и размыкания ( 0,5-1,0 атм.) разъема.

11. Проверка работоспособности узла стыковки

Рис. 17Для проверки работоспособности узла необходимо на стартовый стол установить ступень ракеты, с установленным узлом стыковки. В качестве второй ступени использовать бутылку объемом 0,5л, предварительно смазав сопло гелем для мытья посуды. Вода в бутылки не заливается. Придерживая рукой верхнюю бутылку подать давление воздуха. При давлении воздуха 1.5-2.0 атм. должно произойти полное замыкание узла, при плавном выпуске воздуха проверить размыкание, которое должно быть при давлении 0,5-1.0атм. Далее установить стартовый стол на открытом месте, на стол установить указанную связку бутылок, при этом очень желательно иметь первую ступень с соплом 23мм. Накрыть бутылки подходящей курткой и произвести старт. Хлопок от старта второй ступени из бутылки 0.5л не должен заметно отставать по времени от стартового хлопка первой ступени. Далее залить воду в бутылку 0.5л, объемом 50-100мл, проверить герметичность узла при рабочем давлении.

12. Установка узла стыковки

Рис. 18Узел стыковки может быть установлен как на дно бутылки, так и на пробку, если применяется склейка бутылок. Принцип установки заключается в креплении узла гайкой, которая навинчивается на резьбу обратного клапана. Герметизация при помощи прокладок из линолеума. На Рис.18 показано крепление узла на дно бутылки.

Неотъемлемой частью узла является поставка 1, которая обеспечивает жесткость стыковки ступеней. Стакан проставки изготавливается из нижней части бутылки от сока без газов, которая имеет более ровное дно и кольцевые углубления по бокам, что повышает ее механическую прочность, при этом она должна плотно входить в стакан-гильзу крепления стабилизатора. Стакан крепится на стеклотекстолитовую шайбу 5, при помощи кольца 2 и заклепок 3. Между пробкой узла стыковки и шайбой устанавливается прокладка из линолеума 4. Между шайбой и дном бутылки также надевается аналогичная прокладка, но из более толстого линолеума 8. С внутренней стороны бутылки первой ступени 7 надевается на обратный клапан металлическая шайба 9, под которую тоже может быть установлена герметизирующая прокладка, и все скрепляется гайкой 10 . Для повышения жесткости установки проставки между дном бутылки ступени и опорной стеклотекстолитовой шайбой устанавливаются на клею опорные вставки 6.