Wstęp  

Podczas realizacji tego projektu obrana została strategia „małych kroków”. Zamiast natychmiastowego porywania się na ambitne projekty członkowie Sekcji Rakietowej chcą zacząć od mniejszych, łatwiejszych przedsięwzięć, by dojść do naprawdę poważnych konstrukcji. Obecny projekt ma stanowić przetarcie dla członków sekcji przed realizacją dużo poważniejszych celów. Priorytety to bezpieczeństwo, prostota i niska cena. Po przeanalizowaniu naszych możliwości i zaplecza rakietce zostały wyznaczone następujące cele:  

  • Osiągnięcie pułapu zbliżonego do 500m
  • Odzyskanie rakiety z wykorzystaniem spadochronu
  • Przetestowanie elektroniki do przyszłych rakiet eksperymentalnych
  • Pomiar wysokości lotu, prędkości, rozkładu ciśnień wzdłuż wysokości, przyśpieszeń (wszystko zapisane na karcie microSD)

Pociągnęło to za sobą znaczną ilość założeń konstrukcyjnych. Określono kolejności prac i czasu ich realizacji z pomocą wykresu Gannt’a. Miało również miejsce przyporządkowanie konkretnych zadań do odpowiednich osób. Dokładano starań, by projekt był zarządzany w sposób ułatwiający realizację kolejnych etapów. Niestety mieliśmy kilka przesuniętych terminów, ale wierzymy, że teraz przezwyciężyliśmy wszelkie trudności - prace nabierają lepszego tempa i nowej jakości. Sekcja Rakietowa ma cotygodniowe spotkania, na których członkowie omawiają sprawy bieżące oraz szczegółowo ustalane są kolejne etapy pracy.

projekt1 01 projekt1 02

Projektując przyjęliśmy, że chcemy wystrzelić określonej wielkości rakietę z określonym payloadem i pod te założenia zaprojektowana została cała rakieta. Łoże silnika w rakiecie ma w obecnej konfiguracji średnicę 59mm i długość 410mm. Jego konstrukcja pozwala na znaczące wydłużenie stosownie do potrzeb i oczekiwanych osiągów rakiety.

Podstawowe dane

Payload elektronika rejestrująca: wysokość, prędkości, przyśpieszenia, ciśnienie
Wysokość całkowita ok. 1600mm
Średnica 82 mm
Masa własna rakiety ok. 2kg
Silnik kompozytowy, własnej produkcji
Masa pustego silnika poniżej 1,5 kg
Paliwo karmelek (proporcje masowe: 63,3% saletra potasowa, 36,7% sacharoza)
Masa Paliwa ok. 500g

Silnik

Początkowo planowany był duży silnik z wysokociśnieniowego (o ściance nawet 7 mm) PVC, który okazał się za drogi w stosunku do budżetu, jakim dysponuje Sekcja Rakietowa. Rozważany był również poliamid. Tu także problemem okazała się spora cena - przy wykonaniu rury na zamówienie są to znaczne kwoty. Oczywiście ciągle rozważane były silniki aluminiowe, ew. stalowe, ale z tego pomysłu zrezygnowano w związku z niebezpieczeństwem związanym z ewentualnym wybuchem komory spalania. Ostatecznie zdecydowano się na konstrukcję kompozytową. Nie zostały poniesione znaczne koszty ze względu na wsparcie Prezesa Koła - Macieja Urbanowicza - i uzyskanie dostępu do materiałów używanych przy budowie pierwszego polskiego satelity PW-SATa, jak również materiałów pozostałych po budowie kolejnego z projektów kołowych – Icarusa. Tak po wielu tygodniach niepewności wreszcie przystąpiono do pracy.

Nasz silnik to kompozytowe monstrum o długości 420 mm i ściankach o grubości prawie 5 mm. Jego średnica wewn. to 48,5 mm. Długość samej komory spalania to 320 mm. Korpus to w wielkim skrócie: dwie warstwy włókna węglowego wewnątrz, dziesięć warstw włókna szklanego i na wierzchu trzy warstwy włókna węglowego. Trudno jest nam obecnie szacować wytrzymałość silnika – m.in. ze względu na niedoskonałości produkcji. Wierzymy jednak, że tego typu konstrukcja pozwoli nam na nieco szaleństw. Prawdopodobnie będziemy w nią w stanie włożyć ziarna o łącznej masie nawet 700g. Liczymy, że ta konstrukcja będzie wielokrotnego użytku, nawet przy wykorzystaniu paliw typu High Power. Wierzymy, że pozwoli nam to na testy naprawdę profesjonalnych kompozycji. Oczywiście stosowane przez nas ziarna będą inhibitowane i włożone do „rękawa” izolacji termicznej. Początkowo izolację termiczną stanowić miała rura polimerowa, ale ze względu na koszty uzyskania tulejek o wymiarach nie uwzględnionych w normach zdecydowaliśmy się na inne rozwiązanie. Izolację termiczną stanowić będzie rura papierowa o odpowiedniej grubości ścianki. Z zewnątrz pokryjemy ją rozdzielaczem i mamy nadzieję, że po zakończeniu pracy silnika będzie można resztki izolacji łatwo usunąć. Pozostałości ze spalania bardziej zaawansowanych paliw, które osadzą się na naszym papierze powinny być w miarę łatwe do usunięcia.

Mocowania zatyczek i dyszy – zdecydowaliśmy się na zastosowanie pierścieni osadczych. Zatyczka i dysza początkowo miały być jednorazowe, wykonane z cementu montażowego CX5. Dysza miała mieć wkładkę stalową. Jednak wykorzystana zostanie dysza w całości wytoczona ze stali. Będą również zastosowane o-ringi. Prawdopodobnie jedna para będzie wciśnięta w rowki w powierzchni bocznej bloku dyszy i druga podobnie zostanie umiejscowiona w stosownych rowkach zatyczki. Być może zastosujemy także o-ringi wewnętrzne, nieco grubsze na początku i końcu komory spalania. Mówiąc o silniku chcielibyśmy podziękować PINOTowi, który przekazał mi kilka uwag na temat jego konstrukcji z laminatu szklanego. W trakcie projektowania i wytwarzania silnika wielokrotnie konsultowaliśmy się z pracownikami naukowymi ILotu, co okazało się bardzo pomocne.

Silnik do rakiety musiał spełniać kilka podstawowych założeń:

  1. Bezpieczeństwo użycia
  2. Łatwość wykonania
  3. Wielokrotnego użytku, umożliwiający zastosowanie wielu paliw – konstrukcja perspektywiczna

projekt1 03Doszliśmy do wniosku, że najlepszym materiałem na korpus silnika będzie kompozyt szklano-węglowo-epoksydowy. Po fakcie dowiedzieliśmy się, że to duży błąd ze względu na różne sposoby przenoszenia naprężeń i inne rozciągliwości włókien. Aby silnik spełniał założenie nr 3) postanowiliśmy zastosować mocowanie dyszy oparte na pierścieniach osadczych (tzw. Segerach). W związku z tym w korpusie należało wykonać rowki na wcześniej wspomniane pierścienie.

Nie mogliśmy ich w żaden sposób wycinać ani szlifować, ponieważ zmniejszyłoby to wytrzymałość kompozytu. Należało, zatem tak wykonać formę, aby łatwo wychodziła a po jej wyjęciu wszystko było gotowe.  Zdecydowaliśmy się na rurę kartonową wzmacnianą powierzchniowo kilkoma warstwami papieru pakowego i żywicy epoksydowej. Na sam wierzch nałożyliśmy więcej żywicy, co pozwoliło nam po przeszlifowaniu uzyskać ładną, gładką formę. Na rurze zamocowaliśmy dwie obejmy z drutu grubości 2mm, które miały ukształtować wspomniane wcześniej rowki. Forma została dokładnie wysmarowana rozdzielaczem tak, aby możliwe było późniejsze łatwe jej wyjęcie. Zdjęcie przedstawiające napastowaną formę.

Kolejnym etapem przy pracach nad korpusem silnia było laminowanie. Tutaj pomocne okazało się całkiem proste urządzenie, które wykonał jeden z naszych kolegów. Forma pokryta została warstwą żywicy epoksydowej, na obejmy nałożyliśmy stosunkowo wąskie warstwy włókna szklanego (160 g/m^2) i wzmocnione rowingiem węglowym.

projekt1 04 projekt1 05

Na zdjęciu widać pęcherzyki powietrza, które zostały wyciśnięte przy nakładaniu kolejnych warstw. Następnie nałożyliśmy dwie warstwy włókna węglowego o gramaturze 160 dokładnie je przesączając.

projekt1 06

Później nawinęliśmy jeszcze ok. dziesięciu warstw włókna szklanego (160 g/m^2) dokładnie je naciągając i przesączając odpowiednią ilością żywicy.

projekt1 07

 

Na sam wierzch nałożyliśmy 3 warstwy włókna węglowego o gramaturze 160.

projekt1 08 projekt1 09

Ostatecznie na całość nawinięty został delaminarz, który odsączył nadmiar żywicy, dokładnie ścisnął całość i umożliwił nadanie równej faktury rurze kompozytowej. Wszystko zostało bardzo ciasno obwinięte taśmą samoprzylepną.

projekt1 10 projekt1 11

Po odczekaniu około 24 godzin przystąpiliśmy do zdejmowania dalaminarzu i wyjmowania formy.

projekt1 12 projekt1 13

Delaminarz dobrze odchodził, choć na początku były pewne problemy

projekt1 14 projekt1 15 projekt1 16 projekt1 17

Grubość laminatu to prawie 5mm – spełnia to założenia 1) oraz 3). Między formę a laminat wbijaliśmy drewniany kołek odrywając w ten sposób formę od korpusu.

projekt1 18

Kolega Adam z 'wężem' (tematyka trochę biblijna ;) )

projekt1 19

Ostatecznie forma została wyjęta (wybita) po wcześniejszym namoczeniu w wannie z gorącą wodą.

Dane techniczne

Długość ok 430 mm
Średnica wewnętrzna 48,5 mm
Średnica zewnętrzna 58 mm (na większości długości, a tam gdzie są wzmocnienia na rowki to jest nawet 60-61mm)

Paliwo

Paliwem dla naszej rakietki będzie klasyczny karmelek. W Instytucie Lotnictwa testowano dla nas różne katalizatory i inne dodatki, ale na razie będziemy używać samej saletry potasowej i sacharozy. Pierwsza partia ziaren została wykonana dla nas przez pracowników Instytutu Lotnictwa. Wynika to z tego, że było dużo obaw o bezpieczeństwo, choć ostatecznie spisaliśmy procedury bezpieczeństwa dotyczące samodzielnego wytwarzania paliwa, które zostały już zaakceptowane. W pierwszych testach statycznych naszego silnika wykorzystamy ziarna wykonane przez specjalistów. W przyszłości prawdopodobnie będziemy wytwarzać paliwa HP – m.in. na bazie HTPB. Planujemy testy paliw na bazie saletry amonowej.

Pierwszy test silnika nastąpi już niebawem. Wykorzystamy do tego 4 bloki (Fi 36 L75 K 15) paliwa. Pozwoli to na załadowanie do silnika ponad 500g karmelka. Mogłoby być dużo więcej, ale podczas pierwszych testów zastosujemy dla bezpieczeństwa bardzo gruby inhibitor (2mm) i solidną warstwę izolacji termicznej (3-4mm). Zacisk początkowy silnika zostanie ustalony na podstawie testów statycznych.

Główna struktura

projekt1 20Zastosowana została konstrukcję wręgowa. Wykorzystano listwy 8x8 mm o długość 1m. Wręgi zostały wykonane ze sklejki 10mm. Mają geometrię pierścieni o grubości 8mm. Ich średnica zewnętrzna równa jest średnicy wewnętrznej rur tworzących korpus rakiety. Szkielet usztywnia całość i jednocześnie zawiera łoże silnika, pusty przedział (przyszłościowo – miejsce na mały eksperyment/kamerkę/przedłużenie przedziału silnika), przedział elektroniki. Nad konstrukcją wręgową znajduje się przedział spadochronu. Listwy ciągną się przez cały korpus aż do spadochronu. Należy zaznaczyć, iż większość struktury rakiety powstała dzięki żmudnej, ręcznej robocie. Na początku Sekcja Rakietowa nie dysonowała otwornicą. Listwy od strony wewnętrznej będą jeszcze zapewne nieco ‘ścierane’. Konstrukcja jest póki, co toporna, ale jak większość początkowo wykonywanych elementów została zrobiona ‘po kosztach’. Na to wszystko będą nałożone dwie rury tekturowe (od PIOTRa). W listwach znajdują się rowki, w które wklejono stateczniki.

projekt1 21 projekt1 22

SOR

projekt1 23Wyrzucenie spadochronu odbędzie się za pomocą ładunku pirotechnicznego, najprawdopodobniej prochu chloranowego, choć jeszcze rozważane są inne możliwości. Korpus rakiety będzie w tym miejscu dodatkowo wzmocniony od wewnątrz. Ładunek prochowy będzie inicjowany za pomocą układu zawierającego czujnik KMZ10. Prawdopodobnie zostanie zastosowany spadochron ‘w pudełku’ (wyrzucenie spadochronu wraz z opakowaniem – osłoną). Sam spadochron będzie tradycyjny, z otworem w środku. Najpierw została zrobiona wersja wstępna ze zwykłej folii. Została przetestowana z różnymi obciążeniami. Oczywiście poza tym wszystko zostało wyliczone.

Głowica

Jest ona wykonana ze styroduru. Najpierw zostały wycięte krążki z płyty styrodurowej przy pomocy drutu oporowego. Następnie zostały sklejone w jeden walec, który był potem toczony. Powierzchnia została później wyrównana masą szpachlową i następnie odbyło się szlifowanie. Niedługo finalnie zostanie poprawiona geometria głowicy i odbędą się przygotowania do malowania. Całkowita wysokość zewnętrznej części głowicy to ok. 260mm. Jest też oczywiście zapas kilku cm, które „siedzą” w korpusie.

projekt1 24 projekt1 25

Stateczniki

projekt1 26W tej chwili są to cienkie płyty pilśniowe. Oczywiście takie rozwiązanie jest dalekie od optymalnego, jednak na początku tylko to było w zasięgu naszych możliwości. Stateczniki będą jednak jeszcze ‘podcięte’ przy ostatecznym wyważaniu całej rakiety i powleczone warstwą włókna szklanego.

Hamownia

projekt1 27Na dniach będziemy dysponować hamownią wykańczaną obecnie przez naszych elektroników. Została ona skonstruowana w układzie poziomym, umożliwiająca pomiar zarówno ciągu jak i zmiany masy silnika w czasie. Elementem pomiarowym ciągu miał być początkowo zestaw 4 belek tensometrycznych z wagi łazienkowej. Natomiast pomiar ciężaru silnika dokonywany miał być za pomocą belki tensometrycznej wymontowanej z elektronicznej wagi sklepowej. Ostatecznie oba elementy będą znacznie wyższej jakości, specjalnie sprowadzane do realizacji naszego projektu. Będziemy mogli testować bardzo duże, jak na warunki amatorskie, silniki. Co ważne, element pomiaru ciągu będzie zdejmowany, więc można go będzie użyć w hamowni pionowej. Testy statyczne odbędą się najprawdopodobniej w budynku starej hamowni do silników odrzutowych na terenie Instytutu Lotnictwa.

Elektronika

Elektronika będzie spełniać następujące założenia: -próbkowanie ciągu i ciężaru co najmniej 100sps -zapis pomiaru na karcie SD -brak konieczności używania komputera (autonomiczność)

Podsumowanie projektu

Kompletne podsumowanie projektu można znaleźć w dziale "Do pobrania" w formie pliku pdf. 

FacebookTwitterYoutube

Szukaj