Ракеты...  Проект РК-3: Система спасения

Система спасения ракеты "ИРОКЕЗ"


крепление трос мортира воспламенитель пламегаситель поршень таймер парашют сборка

Страничка ракетостроения. Последнее обновление:
При создании системы спасения ракеты РК-3-1 "ИРОКЕЗ" решалась одна конкретная задача - полное отделение работы системы от двигателя. И хотя она принципиально не отличается от простой пиротехнической системы спасения предыдущего проекта, решение вышеупомянутой задачки привело к необходимости введения двух новых элементов, что несколько усложнило всю систему. Но не настолько, чтобы в ней не разобраться. На схемке Рис.1 все подробно показано. Новые элементы - это электронный таймер, который осуществляет задержку срабатывания пиротехники, и мортирка с электрическим запалом, или игнитором, которая и осуществляет собственно пиротехнический выброс парашюта. Как обычно начну описание по-порядку снизу вверх. Для ясности, буду указывать цифры, которыми пронумерованы элементы системы на схеме.

Крепление
Система спасения ракеты серии РК-3 "ИРОКЕЗ" крепится к силовой переборке (2) посредством силового троса (3). Переборка представляет собой диск, выпиленный из 5-ти миллиметровой фанеры. Для крепления троса сделана полупетля из проволоки 2мм. Сама переборка входит с небольшим трением в корпус ракеты и упирается снизу в силовое кольцо (1), вклеенное на эпоксидке внутри корпуса. В эту же переборку снизу упирается двигатель. Все усилия воспринимает силовое кольцо через диск переборки. Поскольку вектора всех действующих сил, как двигателя, так и системы спасения, направлены вверх, то это позволяет не фиксировать переборку на клею. В результате можно при необходимости без труда демонтировать всю систему.

Трос
На самом деле в конструкции использовано три троса. Один соединяет силовую переборку со стаканом мортиры. Второй идет от мортиры к поршню. Третий - от поршня к головной части. Требования к ним тоже несколько отличаются, кроме одного - прочности. Т.е. если первый и третий отрезки могут быть выполнены из любого синтетического шнура, то к среднему - от мортиры к поршню - предъявляется дополнительное требование повышенной теплостойкости. Несмотря на наличие в конструкции пламегасителя, тепловое воздействие от выхлопных газов вышибного заряда заметно выше чем, например, для "ФЕНИКСА" в проекте РК-2. Дело в том, что масса выталкиваемых частей значительно больше, а значит требуется больший заряд пороха и возрастает время воздействия горячих газов. Тем не менее, наземные испытания показали, что тот термостойкий тросик, который был использован в РК-2, отлично справляется. Вполне допускаю, что справится и любой другой трос при наличии тепловой защиты в области пламегасителя. Но не пробовал.

Что касается длин, то первый трос должен быть такой длины, чтобы позволял выдвинуть стакан мортиры за пределы корпуса ракеты, для контроля и обслуживания. Второй трос должен позволить поршню полностью выйти за пределы корпуса при срабатывании заряда, плюс запас порядка 50-100мм. Третий трос должен позволять утопить до упора поршень для снаряжения системы, при этом головная часть ракеты не должна упереться в хвостовую, чтобы можно было уложить парашют.

И еще одно. Суммарная длина тросов от мортиры до приборного отсека должны быть немного короче электрического провода, соединяющего таймер с игнитором, дабы последний не порвался. Думаю это понятно, просто напоминаю.

Мортира
Теперь мортира. Это новый и очень важный элемент конструкции системы спасения. В данном случае имеется в виду не только сама мортирка, но весь пиротехнический узел, включающий в себя стакан (корпус узла), саму мортирку и игнитор. Ну, и по мелочам - пыж, заряд. Сюда же, в-принципе, входит и пламегаситель, но он вынесен по традиции в отдельный параграф.

Итак, корпус (4). Стакан он и в Африке стакан. Цилиндр длиной 90мм сделан из 3-х слоев ватмана на эпоксидке по фюзеляжной технологии. Снизу наглухо вклеен диск из 5-ти миллиметровой фанеры. В диске с краю просверлено небольшое ~3мм отверстие, через которое проходит и крепится силовой трос, точнее средний трос. Трос проходит в отверстие внатяг, герметизируя его. Крепление осуществляется простым завязыванием троса с образованием петли и узла. Узел фиксирует, а петля служит для соединения с первым тросом, идущим от переборки. Диаметр стакана таков (~38.5мм) что он с небольшим трением входит внутрь хвостовой части фюзеляжа и опирается на силовое кольцо (1). Задача стакана - устранить утечку газов в двигательный отсек и предохранить корпус ракеты от первичного давления и нагрева. Есть и еще одна, несколько необычная функция. Поскольку стакан жестко не закреплен на корпусе и в тоже время плотно подогнан по диаметру, то в момент раскрытия парашюта стакан первый воспринимает удар и, работая как пневмопоршень, демпфирует его, уменьшая нагрузку на фюзеляж, точнее на хвостовую часть фюзеляжа.

Собственно мортирка (5) это просто стволик длиной 50мм и калибром ~20мм, выклеенный из 5-ти слоев офисной бумаги. Снизу стволик закрывается патроном для лампочки от карманного фонарика старого образца, который фиксируется вклеенным картонным кольцом. Мне удалось раскопать патрон, выточенный из гетинакса с латунной резьбовой вставкой, который как специально был сделан для этих целей. Снаружи на стволик клеются два картонных кольца, фиксирующие (но не намертво) стволик в корпусе-стакане. В кольцах с противоположных сторон сделаны попарно отверстия 4-5мм, через, которые пропускаются с одной стороны трос и провод, идущий на патрон игнитора, с другой. Через отверстия, где проходит электрический провод предварительно надо вставить пластиковую трубку для тепловой защиты провода в районе выхлопа. Таким образом, мортирка легко вытаскивается из стакана, но никуда не девается, поскольку держится на тросе. Т.е. ее можно легко вытащить для перезарядки, но она не потеряется в случае полного выхода стакана за пределы корпуса ракеты.

Воспламенитель
Теперь об игниторе (6). На эту тему среди ракетчиков много копий сломано, но ничего проще запала из лампочки 2,5V никто ничего не придумал. И действительно, что может быть проще, надежнее и наименее трудоемко. Берем лампу, заворачиваем ее в целлофан и слегка тюкаем легким молоточком. Аккуратно, чтобы не повредить спираль, снимаем обертку вместе со стеклами и выкидываем. Стекла, конечно. А лампочку с обнаженной спиралью несем на хим. обработку. Обработка заключается в нанесении зажигательного состава на спираль. Здесь есть некоторые тонкости. Самым лучшим зажигательным составом является сера от спичек, но она очень груба по составу и может повредить спираль при нанесении. Поэтому я применяю следующую технологию. Сначала спираль лампочки опускаю в растворенный ацетоном до густоты жидкой сметаны нитропорох "Сокол". На спирали оседает нетолстый слой этого порохового нитроклея и при высыхании надежно защищает ее от мех нагрузок. Затем разжижаю спичечный состав на пару, довожу его до консистенции уже густой сметаны и наношу на спираль, покрытую нитроклеем. Объем нанесенного состава должен быть не менее двух спичечных головок. Спичечный состав должен захватить, и довольно сильно, сами усики, на которых держится спираль. Это придаст конструкции достаточную прочность, чтобы противостоять нагрузкам при взлете. После высыхания серы игнитор из лампочки готов. Такой запал надежно срабатывает от батарейки 9V типа "Крона". Хочу заранее оговориться, берите только "дураселовские" алкалиновые батарейки, если не хотите неприятных сюрпризов.

Немного подробнее о технолоии можно почитать в статье Запал из лампочки.

Заряжается мортирка навеской малинового пороха или нитропороха, на худой конец, черного пороха. Заряд пыжуется бумажным или войлочным пыжом. Пыжи от патронов 12-го калибра вполне могут подойти. Напомню, что навеску придется определять экспериментально, путем наземных тестов.

Пламегаситель
Пламегаситель (7) я вынес в отдельный параграф скорее по аналогии с РК-2. По смыслу же, в данной конкретной конструкции, он является элементом мортиры. Пламегаситель представляет собой не что иное, как металлическую мочалку для чистки сковородок. Она просто затыкается сверху в стакан пиросистемы после того, как туда установлена заряженная мортирка. Чтобы пламегаситель не потерялся, через его волокна можно пропустить силовой трос.

Поршень
Поршень (9) работает также как и поршень в РК-2 и имеет ту же конструкцию. Не буду повторяться. Укажу только на отличия. В данном случае он выточен из твердого пенопласта, поскольку пробку диаметром 40мм найти проблематично. Кроме того сквозь поршень пропущен через узкое отверстие эл. провод, идущий к запалу. Провод свободно скользит в отверстии, поэтому случайные нагрузки от поршня на него не передаются.

Таймер
Вообще сам таймер (12) - это отдельный разговор, и ему посвящена отдельная статья БРЭО.Простой таймер. Здесь я остановлюсь на функциональных вопросах.
   Вся электроника вместе с батарейкой размещается в носовом "приборном" отсеке ракеты. Это позволяет значительно улучшить аэродинамическую устойчивость за счет смещения центра тяжести вперед и упростить предполетное обслуживание электроники.

Сам приборный отсек представляет собой стакан (11) в который таймер свободно укладывается и опирается на шток выключателя. Выключатель кнопочный, взят от старого телевизора. От болтанки схемка защищена двумя картонными кругами-направляющими, которые входят в стакан без трения. Сверху на таймер, точнее на верхний направляющий диск свободно укладывается батарейка DURACELL, типа крона. Таким образом, при старте ракеты, за счет перегрузки, возникает увеличение усилия на шток от возросшего веса схемы и батарейки, и выключатель срабатывает, запуская таймер. Обычная инерционная схема включения, но в качестве грузиков используется сам таймер и батарейка.

Дно отсека выполнено из 5-ти миллиметровой фанеры. К нему крепится силовой трос, удерживающий носовую часть при отстреле, и есть отверстие для электрического провода, который передает напряжение на игнитор.
   Верхней крышкой отсека служит носовой обтекатель. В обтекателе монтируется светодиод, индицирующий работу электроники и общий выключатель питания.
   Поначалу светодиод монтировался прямо на плате таймера, а общего выключателя питания не было вовсе. Однако по мере возни с системой и в процессе наземных отработок стало совершенно очевидно, что контролировать наличие питания и отсутствие разрывов цепи необходимо и после установки таймера в приборный отсек. Кроме того возможность случайного срабатывания инерционного выключателя при подготовке ракеты к старту, которое тоже контролируется светодиодом, показало жизненную необходимость внешнего выключателя питания, позволяющего быстро остановить работу электроники.

Со светодиодом все решается элементарно - небольшое боковое отверстие в обтекателе и установка туда диода с внутренней стороны. А вот с выключателем... Мне, как бывшему аэродинамику, очень не хотелось, чтобы из ракеты торчали какие-то ручки тумблеров. Слегка пораскинув серым веществом, пришел к выводу, что придется делать что-то самодельное, причем, было бы очень удобно использовать для включения-выключения поворот обтекателя вокруг оси при его фиксации на носовой части фюзеляжа. Сказано-сделано. В канавке замка, в том месте, где останавливается круг фиксатора в момент полного закрытия замка, вывел два контакта. Один контакт - просто П-образная медная проволока 1,5мм. Полочка этой П выходит в канавку, а ножки - внутрь обтекателя. Второй контакт - жестяная пластинка шириной 5-7мм, тоже проходящая через стенку обтекателя параллельно первому контакту и загнутая в его сторону. За счет естественной упругости пластина не касается проволочного контакта, но когда диск фиксатора наезжает на нее, то пластина достаточно плотно прижимается к первому контакту. Лучше оба контакта предварительно облудить припоем. Вот и весь выключатель. Осталось припаять к его внутренним выводам концы от разрыва в плюсовом проводе питания.

Парашют
На ракете использован восьмиугольный 60cм парашют как на "ФЕНИКСЕ 2". Скажу больше, просто снял его с "ФЕНИКСА 2" вместе с амортизатором и поставил на "ИРОКЕЗ". Так что, если интересуют подробности, смотрите в РК-2.

Сборка
Пому...хавшись с конструкционными элементами мы, наконец, подошли к самому интересному моменту. У нас, в-принципе, готова система спасения, а с ней и сама ракета. Осталось собрать всю конструкцию и привести ее в рабочее состояние. Думаю, сборка не представляет никаких сложностей и неожиданностей, а вот на подготовке остановимся поподробнее. Подготовка начинается с заряжания мортирки. За средний трос вытаскиваем корпус мортиры, извлекаем саму мортирку и вынимаем патрон. В патрон вкручиваем запал. Здесь желательно сразу проконтролировать целостность цепи игнитора. Для этого, подсоединив батарейку к таймеру и взведя шток инерционного выключателя, рукой замыкаем контакт общего выключателя цепи на обтекателе. Если светодиод загорелся - все в порядке. Отсоединяем батарейку и продолжаем подготовку. Устанавливаем патрон в ствол мортирки и засыпаем заряд пороха. Сверху пыжуем. Теперь укладываем мортирку в стакан-корпус и затыкаем пламегаситель. В процессе расправляем тросы. Корпус мортиры пропихиваем до конца в фюзеляж с помощью какого-либо шомпола. Затем, аккуратно Z-образно утопив средний трос и провод, заталкиваем поршень, тоже до конца. На поршень укладываем парашют - как это делается смотрите в РК-2.

Наконец пристыковываем головную часть ракеты с отсоединенным обтекателем и приступаем к запуску таймера. Вытягиваем шток инерционного выключателя, подсоединяем батарею к разъему, обязательно зафиксировав разъем кольцевой резинкой. Аккуратно опускаем таймер с батарейкой в стакан до самого дна. Устанавливаем обтекатель и поворачиваем его для фиксации замка. При этом должен замкнуться выключатель сети и загореться светодиод. Если светодиод не загорелся - ищем неисправности. Если загорелся - ракета готова к старту. Осторожно устанавливаем ракету на направляющую. При этом следим за светодиодом. Если он вдруг потух, то это может означать случайное срабатывание инерционного выключателя, поэтому тут же отключаем систему поворотом обтекателя на открытие. Снимаем обтекатель и проверяем систему. Если все обошлось, то можно...

Лететь? Пока нет. Надо сначала провести тесты по определению навески заряда. Т.е. наземные испытания системы спасения. Движок пока не ставим, ставим муляж. Ускорение при взлете, заставляющее сработать инерционный выключатель, можно смоделировать падением ракеты на хвост с небольшой высоты ~200мм. Как это сделать - дело вкуса. Я, например, подложил войлочный круг, а ракету поставил на стержень (толстый фломастер). Выдергивая стержень за нитку, заставлял ракету падать хвостом на войлочный круг. Дальше засекаем время и наблюдаем. Через 9-10 секунд должен сработать заряд и головная часть должна отделиться от хвостовой, а парашют должен быть выброшен наружу. Вот как это выглядит на практике. Чтобы как-то предварительно сориентироваться с навеской скажу, что у меня получилось 0,85г пороха "Сокол".
   Вот теперь можно действительно лететь. /02.07.2008 kia-soft/

P.S.
   04 октября 2008г был осуществлен успешный запуск ракеты серии РК-3 "ИРОКЕЗ". Все системы, о которых рассказано в рамках этого проекта, и, в частности, система спасения, отработали надежно.

На этом завершено создание ракеты РК-3 "ИРОКЕЗ".

***