Ракеты...  Проект РК-4: ... Ракетные двигатели

Двигатель РДК-4

перезаряжаемый ракетный мотор

корпус сопло и заглушка сборка характеристики ревизия заключение

Страничка ракетостроения. Последнее обновление:
Как обычно, ракета начинается с мотора. Вот и первая статья нового проекта посвящена двигателю. Что характерно, большинство любителей ракетостроения летают на бумажных одноразовых движках. Этому есть много причин. Однако каждый уважающий себя ракетчик хоть раз в жизни старается сделать двигатель, который можно использовать неоднократно. Обычно это металлический движок, который выглядит действительно круто! Тем не менее, на практике все не так просто. Не буду вдаваться в подробности, но серьезный смысл при использовании таких моторов появляется при достаточно больших калибрах, когда трудно найти альтернативу металлическому корпусу и стальному соплу. Большой калибр - большие ракеты и большие высоты, возникают проблемы с запуском. Не всем такое доступно. И все же, овчинка стоит выделки, чтобы почувствовать себя, так сказать на уровне. Просто взять в руки такую вещь - это что-то...

Схема двигателя РДК-4 показана на Рис.1. Мысль сделать такой многоразовый движок появилась уже давно. Поэтому мотор предыдущего поколения РДК-3ММ создавался с учетом этого. Т.е. на нем отрабатывались элементы многоразовой конструкции. Первый же вариант РДК-4 оказался, в-принципе, удачным. Движок успешно прошел первые испытания и может устанавливаться на ракету.
   В основной конфигурации он расчитан на 60г сорбитовой карамели, или 4 шашки диаметром 20мм по 15г.

Корпус
Меня давно подмывало использовать для движка корпус от велонасоса. Некоторые отечественные насосы старого образца делали из хорошего анодированного алюминия, внутренний диаметр 22 мм толщина стенки 0,8 мм. Он легкий, ровный, бесшовный и прочный. Но насколько прочный? Помогла выяснить программка расчета прочности трубы ракетчика timochki. Я, правда, ее слегка модифицировал, взял более точную формулу. Расчет показал, что труба должна выдержать 46 атмосфер с запасом. Этого вполне достаточно для приличного движка. Ну, а отрезать кусок нужной длинны - дело нескольких минут.
Сопло и заглушка
Сопло, заглушка и их крепление к корпусу в перезаряжаемых движках это, пожалуй, самый сложный и ответственный момент. Тут возможны варианты, но проще всего классический - стальное сопло на винтах. Однако, в любом случае, без токарного станка не обойтись. Найти токаря не слишком большая проблема, но мне интересно было сделать самому, благо на небольшой станочек уже разорился. На схемке движка хорошо видна форма и размеры сопла и заглушки. Не скажу, что они идеальны, но уровень оборудования, мастерства и материалов ограничивали. Пробовал строительную сталь - очень вязкая, плохо обрабатывается. Для заглушки еще подходит, но для сопла не очень. Тогда взял старую шаровую от ВАЗ-2101, отжег ее в муфельной печке, и дело пошло.
   Обращу внимание на несколько принципиальных моментов. Сопло и заглушка должны быть тщательно подогнаны под диаметр корпуса, но входить должны практически без трения, иначе будут проблемы при разборке. На сопле и заглушке обязательно делается уплотнение, канавка в которую укладывается резиновое кольцо. Кольца берем в магазине автозапчастей. При установке в корпус уплотнитель должен входить с натягом. Для предотвращения прогара корпуса на тыльной стороне сопла и заглушки делается выточка-ступенька, в которую при сборке входит теплоизолирующая трубка. И еще, одно. Засверлить точно на одинаковом расстоянии 6 отверстий под винты М3 очень трудно. Поэтому делать это надо в корпусе с установленными соплом и заглушкой, и отметить их положение относительно корпуса для последующей установки. Сначала делается одно отверстие и фиксируется винтом. Затем уже все остальные.
   Размеры шаровой не позволили сделать все, как задумывалось. Пришлось ограничить расширение сопла и сделать недостаточно большую выточку под изолятор (нужно все-таки хотя бы 2 мм), что не есть хорошо. Будем считать эти проблемы временными.
   Что касается заглушки, то здесь все нормально, только ее можно было бы сделать поизящнее, в-смысле, полегче.
Сборка
В основной конфигурации мотор рассчитан на 60г стандартной сорбитовой карамели: 65% KNO3 + 35% Сорбита. Или 4 шашки по 15г диаметром 20мм. Я использовал шашки двигателя предыдущего поколения РДК-3ф. Зарядка осуществляется так же как и в РДК-3ф. Отмечу отличия. Как уже упоминалось выше, термоизоляционная трубка должна входить в соответствующий паз на сопле и заглушке. В соответствии с этим и надо брать ее длину, в данном случае 200мм. После первых испытаний и в связи с переходом на стандартные шашки от двигателя РДК-3ф, пришлось добавить дополнительную теплоизоляцию между шашками и основным изолятором для компенсации разницы диаметров. Тоже бумажная трубка длиной 197 мм.
   Кроме того, поскольку паз на сопле под теплоизоляцию по техническим причинам не получился желаемой глубины, использовал текстолитовую шайбу перед соплом. Так делает Накка. Шайба плотно вставляется в трубку внутреннего изолятора и фиксируется герметиком к соплу. Впрочем, если сборка делается тщательно, то установка такой шайбы не обязательна.
   Трассер делается в виде бронированной шашки, только без канала. В верхней части я забронировал трассер картонной прокладкой, что себя вполне оправдало в плане защиты заглушки и прилегающего к ней корпуса.
   Воспламенение также активизируется шайбами из воспламенительного состава и центральным жгутом того же состава, состоящего из двух полосок. Эффективность воспламенения очень возрастает, если кроме шайб из состава ВВС-1 добавить шайбочки из состава ВВС-3, разработанного Serge77.
   Размеры двигателя строго заданы, поэтому и размеры заряжаемых компонентов должны быть точно соблюдены. Варьировать можно только размер трассера и защиту заглушки.
Характеристики
   Двигатель был испытан на тягоизмерительном стенде ТСК-1 собственной разработки в рабочей конфигурации 4 шашки всего на 58,8 г топлива, остальное - трассер. Процесс зафиксирован на видео. Результаты испытания показаны на графике. Получились следующие характеристики
  - полный импульс 70,8 Н*с
  - удельный импульс 120,4
  - максимальная тяга 91 Н
  - средняя тяга 79 Н
   Т.е. в таком варианте он соответствует классу F79.
Ревизия
Результаты ревизии не выявили никаких проблем. Разгара сопла не обнаружено. Слегка обгорела текстолитовая шайба, но этого и следовало ожидать. Свою функцию она выполнила.
   Бронировки, естественно, сгорели (кучка пепла на фотке).
   Уплотнительные кольца практически не пострадали.
   Теплозащита даже не потеряла жесткость.
   В области заглушки сильного нагрева не было.
   На корпусе нет следов избыточного воздействия.
   Таким образом, все узлы справились.
Заключение
Не смотря на некоторые конструктивные шероховатости первого блина, можно отметить, что движок получился рабочий. Основной минус это конечно вес. На данный момент он составил 205г в снаряженном состоянии. Для сравнения, РДК-3ф, имеющий близкие характеристики, весит всего 105г. Тут, как говорится, есть над чем поработать. Эксплуатация перезаряжаемого движка тоже не очень проста. Необходимо тщательно соблюдать размеры заряжаемых компонентов, при разборке надо соблюдать осторожность, чтобы не повредить корпус, тщательно отмывать конструкцию после работы. Это все достаточно занудные вещи. Видимо поэтому не все ракетчики спешат переходить на перезаряжаемые движки. /22.01.2009 kia-soft/
   Но проделав эти операции несколько раз, понимаешь, что все не так сложно, по крайней мере легче, чем собирать новый одноразовый двигатель. В результате на 12.07.2009 года приступил к полетам на двигателе РДК-4. Первый эксплуатационный полет на ракете "Ирокез" показал высокие практические характеристики двигателя. 620-ти граммовая ракета с легкостью была заброшена на высоту за пределы видимости. /20.07.2009 kia-soft/

P.S.
Содержание может корректироваться по мере накопления экспериментальных данных.
Первый вариант статьи значительно изменен в связи с отработкой конструкции и доведения до рабочей конфигурации.

***