المقدمة
مرحبا! نحن فريق قناة Amperka YouTube في الاستوديو وشاهدنا مقاطع فيديو عن مشاريع وقطع من الحديد. ومع ذلك ، في وقت ما تغير كل شيء.
تحت قطع - تاريخ بناء صاروخنا.
كان ربيع عام 2020 ولم
نظرًا لأنه لن يكون من الممكن إجراء مثل هذا المشروع الجاد دفعة واحدة ، فسوف نقسمه للراحة إلى الأجزاء المكونة له (سيتم تحديث القائمة أثناء عملنا):
- الجزء 1. نظرية محركات الصواريخ. وقود الحلوى
- الجزء 2: غلاف المحرك ، حساب الفوهة
- الجزء الثالث: الخراطة ، تشطيب الحامل ، الإلكترونيات
نطلب منك أيضًا أن تأخذ في الاعتبار أن المقالات ، وكذلك المسلسلات ، لا يتم إصدارها وفقًا للمراحل المكتملة ، ولكن وفقًا للوقت ، أي ما قمنا به في الأسبوع هو ما نكتبه / نعرضه.
علم الصواريخ بشكل عام ، هو علم معقد ومعقد ومتعدد الأوجه. لم تكن لدينا خبرة ذات صلة ، ولم نتخرج من المؤسسات في هذا الاتجاه ، ولكن لدينا أيدي ، ورأس ، ورغبة - وهذا بالفعل كثير ، لذلك ، كما اعتاد يوري أليكسيفيتش أن يقول ، لنذهب.
نظرية TTRD
ما هو الدفع النفاث (بالنسبة لأولئك الذين ، فجأة ، لا يعرفون) لن نقول الكثير: باختصار ، هذه حركة بسبب التخلص من الكتلة في الاتجاه المعاكس من اتجاه الحركة. لن نتحدث عن جميع أنواع التصاميم الغريبة لمحركات مثل النووية والأيون وغيرها مثلها - واحد غير مصمم للعمل في الغلاف الجوي ، والبعض الآخر معقد جدًا ولا يمكن استنساخه في ظروف الهواة ، وما إلى ذلك ، لذلك سنركز على تصميمات بسيطة ، ولكن يمكن الوصول إليها من شخص عادي بسيط ، والتي ، إذا رغبت في ذلك ، يمكن تكرارها تقريبًا في المنزل ، أي الكيميائية. في مثل هذه المحركات ، يتم الحصول على التيار النفاث بسبب التفاعل الكيميائي للوقود والمؤكسد (في بعض الحالات ، يمكن أن يلعب الأكسجين الجوي دور المؤكسد).
لذلك ، يتم تصنيف المحركات الكيميائية (CRD) ، وفقًا للحالة الإجمالية للوقود ، إلى سائل (LPRE) ووقود صلب (TTRD) ، لذلك سنختار منها. LPREs مريحة للغاية ، لأنها تسمح لك بالتحكم في الدفع ، ولكنها تتطلب استخدام أنظمة معقدة من الفتحات في غرفة الاحتراق وأنظمة تزويد الوقود التي لا تقل تعقيدًا في تصميمها. إن تصميم محرك صاروخ سائل بمفرده ، حتى الأكثر بدائية ، سيستغرق منا شهورًا ، وهذا ليس خيارنا. يمكن أن يكون البديل محرك توربيني بسبب بساطة تصميمه وانخفاض متطلبات الوقود بشكل ملحوظ. نعم ، لن نكون قادرين على جرعة الشهوة بدقة. بتعبير أدق ، لن نتمكن من تناوله على الإطلاق. ومع ذلك ، هناك بعض الجوانب التي يمكن أن نلعب عليها ، وسوف نناقش ذلك بشكل أكبر.
الوقود المختلط
كان الوقود الأول ، وبالتالي الوقود البدائي للصواريخ ، البارود: أولاً دخاني ، ثم دخاني. بعد أن توصل الصينيون إلى هذا الخليط القابل للاشتعال ، أدركوا بسرعة أنه لا يمكنه فقط إحداث ضجة وكثير من الضوء ، ولكن أيضًا دفع المقذوف ، وحرقه تدريجيًا داخله. بالطبع ، هناك القليل من الإحساس بها ، فهي مناسبة فقط للألعاب النارية ، ويترك الدافع المحدد الكثير مما هو مرغوب فيه. أصبح تطور المسحوق الذي لا يدخن تركيبات متجانسة (مكونة واحدة) تعتمد على النيتروسليلوز. هم متواضعون تمامًا في التخزين والتشغيل ، كما أنهم صديقون للبيئة تمامًا ، ولكن لا يزال لديهم نفس العيب في شكل دفعة محددة ضعيفة.
تظهر تركيبات مختلطة من الوقود والمؤكسد نتائج أفضل بكثير. في معظم الأحيان ، يتم استخدام عوامل مؤكسدة مصنوعة من البركلورات بوقود مصنوع من مسحوق المعادن والبوليمرات أو "وقود الكراميل" المعروف على نطاق واسع في دوائر هواة النماذج ، حيث تستخدم النترات (الملح الصخري) والكربوهيدرات المعقدة (السكر ، السوربيتول) كوقود. ... إنه بالضبط آخر خيارين (البركلورات والكراميل) وقود اخترناه كموضوعات اختبار لصاروخنا.
حساب المحرك
إن أهم ما يميز الوقود الصلب هو معدل احتراقه ، وغالبًا ما تكون هذه القيمة ثابتة لتكوين وقود معين. ينتشر الاحتراق على السطح. إذا قمنا ببساطة بإشعال النار في نهاية عصا الوقود الأسطوانية ، فإننا نحصل على احتراق من طرف إلى طرف ، والذي سيعطي احتراقًا موحدًا على المدى الطويل ، ومع ذلك ، فلن يعمل للحصول على دفع كافٍ لرفع الصاروخ في الهواء. لزيادة الكفاءة ، من الضروري إنشاء قناة في الوقود يتم من خلالها انتشار الاحتراق ، وبالتالي زيادة مساحته. يجب أن يوضع في الاعتبار أيضًا أنه مع احتراق القناة ، سيتغير ملف تعريف القناة ، وبالتالي ، ستتغير المنطقة الفعالة. يمكنك ، بالطبع ، تجربة ملفات تعريف مختلفة لفترة طويلة ، ومع ذلك ، كل هذا تم فعله بالفعل أمامنا ويتم تعبئته في مجموعة أدوات برامج ملائمة .
يمكنك إدخال جميع المعلمات اللازمة في البرنامج والحصول على مخططات الدفع التي سيطورها الصاروخ. في عمود تكوين الحبوب ، تحت علامة الاستفهام ، يوجد دليل وصفي على ملفات تعريف القنوات المختلفة.
تجريبيا ، باستخدام تكوينات القنوات المختلفة ، وجدنا المعلمات المثلى لصاروخنا. للحصول على نفس المؤشرات ، تحتاج إلى إدخال القيم التالية:
اخترنا شكل قناة Moon burner. Smart Meteor ، مع مراعاة البيانات التي تم إدخالها ، قام ببناء الرسم البياني التالي لنا:
من هذا الرسم البياني ، نتفهم أن المحرك سيحصل على ركلة جيدة من البداية وسيطور جرًا جيدًا جدًا طوال وقت التشغيل بالكامل. وفقًا لحسابات البرنامج ، بلغت قيمة الدفع الذروة 312 شمالًا تقريبًا عند ضغط الذروة البالغ 24.5 بار. تم العثور على متوسط القيم لتكون حوالي 265 N و 19.5 بار ، على التوالي.
ميزة أخرى لا جدال فيها في البرنامج هي القدرة على تصدير القيم المحسوبة مباشرة إلى برنامج آخر لا يقل فائدة لنا - OpenRocket ، والذي سنحسب به استقرار الصاروخ والذيل والموازنة والمؤشرات المهمة الأخرى ، ولكن هذا سيكون في السلسلة التالية.
ومع ذلك ، فإن عالم الصواريخ المبتدئ لا يعيش مع الوقود وحده. الفوهة مهمة بنفس القدر. وفقًا لهذا المبدأ ، تنقسم الممرات إلى فوهات وعديمة الفوهة. هذا الأخير ، من الناحية الفنية ، يحتوي على فوهة دون سرعة الصوت ، والتي هي في الأساس مجرد ثقب أو مخروط في الجزء السفلي من المحرك. ويطلق عليه الصوت دون الصوتي لأنه لا يمكن للغازات المتدفقة من خلاله الوصول ، بل وأكثر من ذلك ، يتجاوز سرعة الصوت ، بغض النظر عن مقدار الضغط في غرفة الاحتراق ، تخبرنا الديناميكا المائية عن ذلك. والفيزياء ، كما تعلمون ، لا يمكن أن تدوس عليها. ومع ذلك ، نظرًا لبساطتها ، يتم استخدام هذه الفوهات في صواريخ الهواة الصغيرة ، وكذلك في الألعاب النارية. لكننا نصنع صاروخًا ، مما يعني أن الفوهات دون سرعة الصوت ليست طريقنا.
الحل البديل هو الفوهة الأسرع من الصوت أو ، كما يطلق عليها أيضًا اسم المخترع ، فوهة لافال. في نسخة مبسطة ، يتم تمثيلها بواسطة مخروطين مقطوعين ، مترافقتين بأطراف ضيقة. تسمى الواجهة النقطة الحرجة.
يشبه مبدأ تشغيلها المبدأ الذي تعمل عليه الثلاجة: يتم تبريد الغازات التي تمر عبر "عنق ضيق" وتصل إلى حجم كبير بشكل حاد ، مما يؤدي إلى انخفاض حجمها ، مما يؤدي إلى زيادة في معدل تدفقها. ونتيجة لذلك ، وبسبب اختلاف قطر المخرج ، نحصل على مخرج من نفاثة غاز تتحرك بسرعة تفوق سرعة الصوت. وبالتالي ، باستخدام فوهة Laval ، نزيد بشكل كبير من كفاءة الصاروخ.
بالمناسبة ، يُجري النيزك حسابات ، على افتراض أنه تم تركيب فوهة تفوق سرعة الصوت على المحرك ، والتي سيتم أيضًا ترك حسابها وتصنيعها للإصدار التالي.
لذلك ، لدينا خصائص ومعايير وأبعاد المحرك ، يمكننا البدء في وقود الطهي.
صنع عصي الوقود
سيكون وقودنا الأول هو الكراميل ، وسوف نقوم بالطهي من السوربيتول ونترات البوتاسيوم. يتوفر السوربيتول بدون وصفة طبية ويستخدم كمحلي. يمكن العثور على نترات البوتاسيوم في قسم البستنة ، ولكنه قذر إلى حد ما هناك ، لذلك قمنا بشراء h / chda في Ruskhim .
إن أبسط طريقة هي طحن المكونات إلى حالة مسحوق ناعم ومزيج ، ولكن بعد ذلك يظل الوقود يتدفق بحرية ولن يحافظ على شكله. قررت دمج المكونات معًا. بعض الهواة الذين لا يخافون يفعلون ذلك في المقالي ، على نار مفتوحة ، حتى على النار ، لكن أصابعنا وأعيننا غالية علينا. سيتعين علينا عمل سخان يمكن التحكم بدرجة حرارته وحمام رملي ، والذي نحتاج إليه:
- أرخص موقد كهربائي من Leroy
- مرحلات الحالة الصلبة
- وحدة حرارية من نوع K
- اردوينو
- مقياس فرق الجهد
- عرض
- وعاء التبخر
- طبق الخبز من FixPrice
ملحالرمل
نرمي منظمها الخاص من الموقد ونضع تتابع الحالة الصلبة في القطع ، والذي سنسيطر عليه من خلال Arduino ، والذي نربطه بشاشة ومقياس جهد من أجل رؤية درجة الحرارة الحالية والقدرة على تعديلها. اصنع حفرة في طبق الخبز وأدخل المزدوج الحراري. املأ الشكل في منتصف الطريق
قام النيزك بحساب كتلة الوقود بدقة ، والتي كانت 838 جم ، لنأخذها بهامش ، وستظل في متناول اليد. تقرر جعل شحن الوقود من عدة قطع لسهولة التصنيع. ثم يمكنك ببساطة لصقها معًا وإدخالها في غلاف المحرك.
لا تنسى احتياطات السلامة : يجب ألا يكون هناك أي مصادر لإطلاق النار أو الأشياء الساخنة أو أي شيء بالقرب من الوقود يمكن أن يتسبب في نشوب حريق.
نأخذ بالوزن 65٪ نترات البوتاسيوم و 35٪ سوربيتول ، نصب بعناية في وعاء ونضيف القليل من الماء. سيؤدي ذلك إلى تهدئة الأعصاب وإلغاء الحاجة إلى طحن المكونات في الغبار ، لأنها سوف تذوب بالفعل وتختلط جيدًا في الماء. نضعه على النار ، نضع درجة الحرارة وننتظر ، مع التحريك باستمرار. تدريجيا ، سوف تذوب العصيدة الناتجة وتصبح مثل دقيق الشوفان. من الضروري الانتظار حتى يتبخر كل الماء الزائد (يمكن فهم ذلك من خلال توقف إنتاج فقاعات الغليان).
ثم نحتاج إلى العمل بشكل حاسم: سنضغط على الوقود في أنبوب PVC مزود مسبقًا بالمياه ومثبت مسبقًا في حامل مع ربط داخلي لمحور مستدير.
بعد إزالة المحور ، سيكون لدينا فقط قناة الصمامات على طول المدقق بالكامل. من السهل الضغط عليه باستخدام حامل المثقاب ، وقد وجد هذا جيدًا جدًا في الاستوديو. من المهم الضغط في الوقود بطريقة لا توجد فقاعات وتجاويف داخل المدقق ، وإلا سيؤثر ذلك سلبًا على الاحتراق.
نضع الأنبوب جانباً بالوقود ونتركه ليبرد. ثم يمكن نشره وإخراج المدقق. لقد صنعنا عدة قطع ، سنحرق واحدة منها لأغراض التجربة.
في الدفعة التالية ، سنتعامل مع مبيت المحرك والفوهة ومنصة الاختبار.
في غضون ذلك ، نحن بصدد إعداده ، أوصي بقراءة الكتاب التالي حول تصميم الصواريخ. تم الحصول على معظم المعلومات منه.
السلسلة بأكملها ككل: