Ракеты... Лаборатория:

Изготовление стеклопластикового обтекателя



Страничка ракетостроения. Последнее обновление:

Стеклопластиковый головной обтекатель (далее ГО) - это прочностью, легкость, радиопрозрачность, дополнительный полезный объем. Все это делает изготовление стеклопластикового ГО заветной мечтой каждого ракетчика. А если удается сделать его качественно, то это можно считать вообще высшим пилотажем.

После многих экспериментов и неудач, убедился, что допотопными методами решить данную задачу не получится. Тем не менее, подходящая и не слишком сложная процедура в конце-концов нарисовалась. Предлагаемая мною технология позволяет добиться очень хорошего качества ГО без каких-то особых хитростей и дорогих материалов.

Процесс изготовления расскажу на примере конкретного изделия - обтекателя оживальной формы длинной 145 мм для ракеты с внутренним диаметром корпуса 50 мм и стенкой 2,5 мм. /20.02.2012, автор Козлов И., kia-soft/

Материалы

Стеклоткань использовалась марки Т-13. Можно другую, но ровинг лучше не использовать.

Эпоксидка любая, типа ЭД-20. Очень приятно работать с жидкой смолой фирмы West System. Не забудем латексные перчатки для работы со смолой.

Понадобится еще цемент, подходящая банка из жести или толстого картона.

Еще потребуются тонкие бутербродные пакеты, которые используют в супермаркетах для овощей-фруктов, парафиновая свечка и бесцветный крем для обуви на основе воска.

Пригодится тюбик любого суперклея.

Самое сложное - придется заказать у токаря или выточить самостоятельно две деревянные оправки. Но об этом ниже.

Изготовление

С самого начала было очевидно, что процедуру изготовления стеклопластикового ГО необходимо разбить на два этапа: выклейки конуса и цилиндрической стыковочной части. Гораздо проще сделать их отдельно, а затем соединить в единое целое. Надеюсь понятно, что под "конусом" здесь (и далее) имеется ввиду не тело вращения, а передняя часть обтекателя.

Начнем с конуса, т.е. с самой сложной части. Первые эксперименты убедили меня в том, что чтобы добиться идеальной формы и чистой поверхности необходимо использовать метод формовки в матрице. Для изготовления матрицы решил использовать известный прием гипсовых слепков. Но, чтобы сделать слепок, необходимо иметь сам объект или его точную копию-образец. В качестве образца выточил на токарном станке обтекатель из твердого дерева, типа бук или граб. Да, полноценный обтекатель, со стыковочной цилиндрической частью, подогнанной под корпус ракеты. Поверхность образца загрунтовал эпоксидкой и отшлифовал. Заодно сразу выточил и болванку-пуансон, моделирующую внутреннюю поверхность обтекателя, точнее конуса обтекателя. Это такой же по форме обтекатель, только тоньше на толщину стенки корпуса ракеты. Форма внутренней болванки должна пусть не идеально, но довольно точно повторять форму внешнего образца. Поверхность также загрунтована и отшлифована. (Последнее время обхожусь без выточки пуансона, см. модификацию )

Схема оправок - образца и болванки-пуансона, показана на рис.1.

Итак, образец есть, можно делать матрицу. Сначала наносим на поверхность образца несколько слоев парафина. Натираем свечкой и прогреваем тепловым феном (или над эл. плиткой). Операцию повторяем. Затем наносим сверху слой густой автосмазки или воскового бесцветного крема для обуви. В районе перехода конуса в стыковочную часть обтекателя наматываем кольцо изоленты так, чтобы оно немного выступало за диаметр конуса. Этот выступ поможет нам в дальнейшем понять границу конуса и по ней торцануть.

Далее берем банку по высоте немного больше, чем длина будущего конуса. Я взял картонную из-под сырных палочек. Заливаем её разведенным водой до густоты кладочной смеси цементом. От гипса решил отказаться - хорошего не найдешь, а со строительным у меня был неудачный опыт. Аккуратно по центру опускаем образец носом вниз в эту смесь. Придавливаем сверху каким-нибудь грузиком, чтобы он не всплывал. А чтобы его не заваливало набок, подпираем с боков парой-тройкой напильников, положив их на борта банки. Тяжеленьким предметом постукиваем по краям банки, чтобы цемент уплотнился и растекся по объему банки. Понятно, что количество цемента должно быть таким, чтобы уперевшись в дно банки, образец буртиком из изоленты немного углубился в раствор. Оставляем сохнуть пару суток.

Несмотря на несколько защитных слоев, вытащить образец после высыхания просто так не выйдет. Чтобы извлечь его, применяем небольшую хитрость. В большой кастрюле кипятим воду и опускаем туда нашу банку. После того, как цемент хорошо прогреется, восковая защитная пленка расплавится, образец вытаскивается при приложении не слишком большого усилия просто руками. Полезно перед тем, как тащить, постукать по оправке какой-нибудь деревяшкой. Перед нами открывается почти идеальная поверхность готовой матрицы. Наличие тонких продольных трещин не должно нас волновать, поскольку поверхность матрицы мы будем опять-таки подготавливать для будущей отливки. Сначала затираем парафином все трещинки. Парафин выравниваем тепловым феном. Затем наносим кисточкой восковой обувной крем. Следим, чтобы были промазаны все участки поверхности ровно и без пропусков. Промазываем не только формообразующую поверхность, но и всю верхнюю тоже. Сутки даем пропитаться и подсохнуть первому слою крема и на него наносим второй слой. Таким образом, матрица у нас есть, и она подготовлена к формовке.

Готовим теперь болванку - модель внутренней поверхности обтекателя. Поскольку внутренняя поверхность конуса не обязательно должна быть идеальной, можем тут обойтись без намазки мастик. Берем тонкий бутербродный пакет и одеваем его на болванку. Нос болванки упираем в угол пакета, и формируем эдакий гондончик. Возможны два варианта. Первый, самый простой - обрезать лишний бок пакета и залепить разрез скотчем. Второй способ, который применил я, более иезуитский. С помощью теплового фена (регулятор на 350°C) усадил пленку пакета идеально по поверхности болванки. В процессе усадки лишний край пакета сам заварился. Лишнее отрезал, а образовавшийся шов прогрел феном и укатал по столу. Получилось аккуратно.

Матрица и пуансон готовы и ждут своей очереди. А нам пора заняться стеклотканью. Ответ на вопрос, как намотать на болванку сложной неконической формы несколько слоев стеклоткани, скорее всего, неоднозначен. Я придумал способ, позволяющий максимально избежать образования складок. В качестве выкройки взял уже готовую от шестигранного парашюта подходящего размера и вырезал из стеклоткани шестиугольник. Затем надрезал его по диагоналям от углов, но не до конца, а оставил в центре небольшой пятачок с радиусом 1,5-2,0 см. Разводим эпоксидку. На конус для 150*50 мм надо взять ~30 г смолы. Выкройку промазываем эпоксидкой, оставив непромазанным этот центральный пятачок. Капнув на носик болванки суперклеем, упираем его в непромазанный смолой центр выкройки. Так он у нас зафиксирован и никуда не убежит.

Теперь берем каждый лепесток и аккуратно облепляем болванку со всех сторон. Работаем, естественно, в перчатках и каждый лепесток подтягиваем и разглаживаем во избежание складок. Лишнюю ткань лучше сразу обрезать. Берем форму-матрицу, наливаем в нее грамм 10-15 смолы и не спеша опускаем болванку с обмоткой в матрицу. Хорошенько поддавливаем рукой и убираем все выдавленные излишки смолы. Выступающие края ткани надо обязательно отогнуть наружу, чтобы после высыхания смолы они не мешали вытаскиванию болванки.

Зажимаем болванку-пуансон сверху. Лучше всего это сделать настольным прессом, но можно и просто нагрузив гирькой, килограмм 5-10. Очень сильно грузить не надо, все-таки матрица у нас всего лишь цементная.

Осталось дождаться застывания эпоксидной смолы и можно приступать к разборке конструкции. Для удобства извлечения можно засверлить отверстие в технологическом выступе оправки и вставить металлический стержень, но это совсем не обязательно. Болванка вытаскивается очень легко, т.к. пленка прекрасно защищает от сцепления со смолой. А вот чтобы вытащить конус из матрицы придется опять применить прогрев в водяной бане. Зато после нагрева, подцепив плоскогубцами край заготовки, достаточно легко вынимаем изделие. Обращаемся с ним аккуратно, поскольку стенка в передней части может быть довольно тонкой.

В качестве небольшого отступления хочу заметить, что если повторное использование матрицы не предвидится, можно не вытаскивать заготовку, а просто разрезать банку и расколоть матрицу.

После обрезки лишнего облоя и торцевки, получаем очень легкий и красивый конус. Показанный конус для 50-ти миллиметровой ракеты весит всего 20 г. Но если вопрос веса не критичен, стенку конуса в передней половине лучше укрепить изнутри несколькими слоями стеклоткани. Я это проделал очень просто. Сделал "кулечек" из стеклоткани, промазанной эпоксидкой, слоя 4. Длина кулечка примерно полдлины конуса. Надел его на переднюю половину болванки, защищенной пакетом, и вставил в заготовку конуса. Слегка поджал и дал застыть. Потерял на этом еще 10 г, но получил очень прочную стенку. Конус ГО в-принципе готов. Внешняя поверхность его практически не требует обработки. Но для пущей эстетики можно шлифануть до блеска тонкой шкурочкой.

Сформировать стыковочную трубу обтекателя, думаю, не представляет большой сложности. Однако могу предложить несложный способ сразу точно сформировать посадочный диаметр. Понятно, что для намотки нужна оправка подходящего размера. Стенка цилиндра ГО обычно такая же, как и у корпуса. Тогда диаметр оправки примерно равен внутреннему диаметру корпуса за вычетом двух толщин стенки корпуса, в данном случае 50-2х2,5=45 мм. Плюс-минус по желанию, конечно. Подобрав трубку для оправки, оборачиваем её лавсановой пленкой в 2 слоя. Отрезаем полосу стеклоткани шириной в диаметр корпуса с небольшим запасом и длиной, достаточной для необходимого числа слоев будущего цилиндра. Ориентироваться надо на число слоев корпуса ракеты, но лучше подогнать толщину намотки по корпусу. Намотка должна с небольшим трением входить в корпус. Размотав ленту, промазываем смолой и наматываем обратно на оправку. Берем кусок лавсановой пленки заметно длиннее заготовки, в два слоя мотаем его сверху на заготовку, так, чтобы пленка выступала за край оправки. Этот пакет засовываем в корпус ракеты и оставляем сохнуть. После застывания эпоксидной смолы, заготовка легко извлекается из корпуса благодаря лавсановой пленке, и благодаря ей же диаметр заготовки идеально подогнан под корпус и не требует доработки. Собственно нам осталось только торцануть стыковочную трубку, и вклеить нё в конус. Но сделать это надо так, чтобы соединение было прочным и не скособоченным. Для этого один торец трубки стачиваем шкуркой на легкий конус, чтобы трубка заходила в конус примерно на 10 мм.

Промазываем стыкующиеся поверхности эпоксидкой, и соединяем конус с трубкой. Однако на глазок наверняка получится перекос. Чтобы избежать этой неприятности, применяем очередную хитрость. Надеваем тонкий бутербродный пакет со стороны трубки и прям в пакете засовываем наш недоклеенный ГО в корпус ракеты. Устаканиваем положение конуса, уперев его в торец корпуса, и оставляем сохнуть. После застывания клея, извлекаем готовый обтекатель и радуемся собственным успехам. Полный вес обтекателя получился 56 г, но я не экономил.

Модификация

Второй обтекатель, который я изготавливал по данной технологии был значительно длиннее, и я израсходовал весь запас древесины на болванку внешней формы обтекателя. На пуансон дерева не осталось. Чтобы не терять времени решил проверить одну идею, которая давно уже была у меня на примете. Решил попробовать изготовить пуансон внутренней поверхности обтекателя из строительной пены.

Сначала, как и раньше, сделал матрицу из цемента. Для контейнера такой длинной матрицы очень удачно подошел отрезок канализационной пластиковой трубы. Затем засунул в матрицу тонкий пищевой полиэтиленовый пакет и закачал в него пену Макрофлекс. Чтобы было за что ухватить будущий пуансон, засунул в пену алюминиевую трубку. Для центровки трубки и чтобы поджать вылезающую пену, надел на трубку шайбу из потолочной пеноплитки по размеру верхнего диаметра матрицы, и придавил её грузиками. Так оставил сохнуть. Сушить пришлось долго, две недели, т.к. пенка очень неохотно затвердевает в замкнутом пространстве.

Но в результате получил вполне приличный пуансон. Он, конечно, имеет не идеальную поверхность и его размер не учитывает толщины стенки, но внутренняя поверхность обтекателя не обязательно должна быть идеальной, а размер не суть важен, поскольку пена не очень жесткая и при формовании просто сожмется. Последний тезис насчет сжатия справедлив, но для этого надо дать приличное давление. Если такой возможности нет, то пуансон из строительной пены можно предварительно обточить шкуркой до нужного размера. Я обошелся без обточки и получил хороший результат.

Заключение

Предложенная технология изготовления стеклопластиковых головных обтекателей для ракеты вполне доступна любому ракетчику-любителю. Она дает превосходный результат. Форма обтекателя может быть практически любой, а её качество зависит только от качества образца. Конечно, данную технологию нельзя назвать какой-то сверхоригинальной и совсем безгиморной, но результат стоит того, чтобы повозиться. /21.02.2012 kia-soft/

P.S.
    Вполне допускаю, что какие-то моменты могут быть улучшены или упрощены, но моя задача была получить качественное изделие и показать читателю, что это вполне реально и не очень сложно. Я, так сказать, задал вектор, а каждый может сам творчески переработать. Не исключаю такую возможность и для себя, о чем говорит появление модификаций.

***