La tierra es la cuna de la humanidad, pero no puedes vivir en la cuna para siempre.

Esta famosa frase de K.E. Tsiolkovsky no se olvida hasta el día de hoy. La NASA, la ESA, Roskosmos, SpaceX y muchas otras compañías espaciales envían misiones automáticas a otros planetas, lanzan personas al espacio y se esfuerzan por dar vida a las palabras de Konstantin Eduardovich.



Pero, ¿qué pasa si el desarrollo de un nuevo cohete lleva mucho tiempo y desea lanzarlo aquí y ahora? Entonces vale la pena hacer el modelado de cohetes y construir y lanzar el cohete de sus sueños usted mismo. Y con mucho gusto les contaré mi experiencia en el diseño de misiles en este artículo.

Introducción

¡Hola! En esta serie de artículos, me gustaría compartir con ustedes mi experiencia en el desarrollo y lanzamiento de modelos de cohetes, contarles mis primeros fracasos y éxitos vertiginosos, sobre cómo hacerlo y cómo no hacerlo. No entraré en detalles sobre cómo construir un cohete, porque hay muchas guías sobre este tema en Internet, pero me enfocaré en la experiencia personal para salvarlos de mis errores y mostrarles algunos de mis interesantes hallazgos y soluciones.



Entonces,

Primeros intentos de construir el motor

El corazón de cualquier cohete es su motor , por lo que primero debes ensamblarlo. El carburante de caramelo es muy popular entre los modeladores de cohetes, debido a que es fácil de fabricar y sus componentes (azúcar en polvo y nitrato de potasio) se pueden encontrar en cualquier ciudad.





Compré nitrato de potasio en una tienda de fertilizantes cercana y azúcar en polvo en una tienda de comestibles. En ese momento, la inscripción N - 13.6% y K2O - 46% no me molestó, pero por eso más tarde hubo muchos problemas, de los que hablaré un poco más adelante.







Para hacer la carrocería, necesitaba una tubería plástica de agua de 100 mm de largo y 10 mm de diámetro, bentonita (arena para gatos), para hacer tapones y para apisonar el combustible mismo, necesitaba encontrar cualquier palo que pudiera entrar libremente en el motor. El salitre, la bentonita y el azúcar en polvo los muelo por separado en un mortero, por si acaso. Luego mezcló nitrato de potasio y polvo en una proporción de 70% a 30%. Ahora era necesario introducir todos los componentes en la tubería de la siguiente manera:

1. Ponga una cucharada de bentonita molida en la pipa.
2. 10, . ,
3. 80. , . ,
4. , ,
5. 50-70 .

Hice un cable fusible para encender el motor . Herví una cuerda de yute en una solución de combustible de caramelo, tomando la concentración a simple vista, alrededor de 2-3 cucharaditas por vaso de agua. Después de hervir, es necesario dejar que el cable se seque, y si las proporciones de la solución de combustible fueron correctas, habrá una capa blanca de caramelo en la cuerda. El motor y el cable para encenderlo estaban listos, lo que significaba que tenía que ser quemado .



Lamentablemente, no tengo fotos del primer motor y un video de sus pruebas, pero al final no despegó, pero se notaba que humeaba en la plataforma de lanzamiento.



Conclusiones:

• La temperatura de combustión era alta, por lo que la tubería de plástico comenzó a derretirse, y se decidió que los cuerpos de los siguientes motores deberían ser de metal.
• La boquilla estaba constantemente obstruida con restos de productos de combustión, lo que podría aumentar la presión en el motor y el cohete simplemente explotaría, y nadie necesitaba un desmontaje rápido no programado . En ese momento, pensé que esto se debía a la proporción incorrecta de nitrato y a que el azúcar en polvo no era puro, por lo que en los siguientes motores decidí experimentar con las proporciones y reemplazar el azúcar en polvo con azúcar puro.

Por lo tanto, mi primera experiencia en la construcción de motores, aunque parecía triste, me impulsó a avanzar en esta dirección y aprender algo nuevo, ¡porque tenía muchas ganas de lanzar mi cohete!

¡Está vivo!

Habiendo buscado en Internet, entendí aproximadamente cuál era el problema del primer motor. Debido a la embestida, el combustible se distribuyó de manera desigual , se formaron cavidades en él y era heterogéneo, por lo que el proceso de combustión fue muy lento y en lugar de un cohete, resultó una buena bomba de humo. La solución al problema fue simple: introducir combustible de caramelo hervido en la tubería . Tomé una varilla de metal para el baño como cuerpo y decidí experimentar con las proporciones de combustible y con la adición de óxido de hierro 3 (es decir, óxido ordinario), porque tenía que aumentar la velocidad de combustión.





Ejemplos de combustibles de caramelo puro y con óxido añadido. Una fuente



Hice los motores más pequeños, ya que no vi el sentido de hacer una versión de tamaño completo, así como tampoco vi el punto en los tapones y una boquilla, no deberían afectar la velocidad de combustión del combustible, porque todos los sujetos estaban en las mismas condiciones ambientales.



Antes de cocinar el combustible, hablemos de las precauciones de seguridad , porque el caramelo es altamente inflamable y se quema muy rápido. Solo necesita cocinar combustible en una estufa eléctrica ; no puede cocinar combustible en una estufa de gas o cualquier otra fuente de fuego abierto. Por cierto, en la reciente explosión de un almacén de pirotecnia en Beirut, según datos oficiales, fue el salitre el que se encendió, así que ten mucho cuidado al cocinar.



Combustible hervido en una estufa eléctrica en una máquina para hacer panquequesal color y consistencia de la leche condensada. La máquina para hacer panqueques es tan buena que todos los ingredientes que contiene se calientan uniformemente y no se queman.



Como resultado, terminé con varios sujetos de prueba:

• Motores con mortero y carburante de caramelo hervido
• Motores con combustible de caramelo molido y hervido
• Motores con combustible de caramelo molido y hervido con la adición de 1% de óxido de hierro 3

Ahora era necesario probar los motores. En los spoilers, el porcentaje de ingredientes está escrito en el formato Saltpeter / Sugar / Rust (si lo hubiera), y los gifs de las quemaduras se adjuntan en su interior.













Conclusiones:

• Esta vez, todos los motores se encendieron y ardieron muy bien, lo que por supuesto agradó
• El óxido aumenta la velocidad de combustión . A modo de comparación, el motor 55/45 se quemó durante unos 35 segundos y el motor 54/45/1 se quemó durante 26 segundos;
  
  
• Moler en un molinillo de café no aumentó significativamente la velocidad de combustión.
• Incluso con el reemplazo del azúcar, quedó mucha sustancia sin quemar en los motores (sustancia en blanco y negro en los “barriles” en la última foto), cuya composición no se conocía.

En general, el combustible se incendió, queda por decidir si hacer un cohete sobre él o buscar otra solución.

¿Cuál es el resultado final?

Como resultado, tenemos motores de bajo rendimiento. Su principal problema es la combustión incompleta de la mezcla de combustible (escribí sobre las consecuencias de esto arriba). La velocidad de combustión también aumentó. Y aquí aparece la desafortunada inscripción N - 13.6% y K2O - 46% en el empaque de nitrato, porque, lo más probable es que el nitrato de potasio para fertilizantes no esté limpio, y el 40.4% restante es algún tipo de impureza que causó mal funcionamiento del motor.



Si viste la reciente serie de videos de Amperki Rocket vs Lehi, entonces notó que usaban nitrato de potasio químicamente puro. Gracias a ella, quemaron todo el combustible y la velocidad de combustión fue mayor (2,85 mm / s frente a mi 1-1,25 mm / s). Bueno, otra desventaja de los motores caseros es que se desconoce su empuje, y en el futuro me gustaría calcular los parámetros del vuelo de un cohete.



Como resultado, puedo concluir que no se puede construir un motor con nitrato de potasio para fertilizantes. En general, con una nota tan triste, terminé el desarrollo de mis motores y comencé a buscar a los que fabrican y venden motores prefabricados.

Construyendo un cohete

Compré los motores de Real Rockets . Dado que también se suministra un encendedor eléctrico con estos motores, fue necesario montar un control remoto para el lanzamiento y, por supuesto, el propio cohete. En la misma tienda compré tubos de cartón para el cuerpo.



En Internet, encontré un circuito para el control remoto y lo modifiqué ligeramente para que el motor no se encendiera accidentalmente al marcar, y como resultado, el circuito resultó así:





el cuerpo estaba hecho de láminas de PVC, dentro había un circuito soldado, los cables al encendedor (en el diagrama R2) se llevaron a los terminales. Soldé cocodrilos al cable de encendido, que estaba conectado al encendedor.





Bueno, como cualquier sistema espacial, el control remoto tuvo que ser probado, y sería bueno ver cómo funcionan generalmente los motores listos para usar.





Para que el cohete vuele verticalmente hacia arriba, decidí diseñarlo en el programa Open Rocket y luego imprimir todos los detalles en una impresora 3D. Utilizando la función de optimización del cohete, seleccioné la forma y las dimensiones del carenado y los estabilizadores en función de las dimensiones del tubo de cartón, el carenado (en el que quería instalar un altímetro, del que hablaré en la siguiente parte), la masa y el empuje del motor y sus soportes. Pero primero fue necesario agregar el motor usado.





Dibujo de cohete cohete abierto







Cuando se calculó la forma de las aletas y el carenado, hubo que modelarlas y enviarlas a imprimir. También modelé el soporte del motor.

¡Adelante al vertedero!

Con ambos cohetes ensamblados, ¡es hora de lanzarlos! Una barra de acero de 1500 mm de largo clavada en el suelo desempeñaba el papel de plataforma de lanzamiento. El cohete se instaló en él utilizando guías (hojas de papel enrolladas en tubos).



El primer lanzamiento de cohetes impresos en 3D fue divertido y aterrador. Al final resultó que, los motores estaban defectuosos, por lo que el misil crucero de calibre voló hacia el cielo y el misil defectuoso se clavó a toda velocidad en el suelo. Pero hubo buenas noticias, Real Rockets reemplazó los motores defectuosos de forma gratuita, por lo que les estoy agradecido.









Con un cohete reparado y motores nuevos, volvimos al sitio de prueba. Esta vez, la suerte estuvo de nuestro lado, y ambos misiles despegaron y aterrizaron suavemente, incluso repetidamente.

Conclusión

Al final, me gustaría decir que no quiero detenerme en simples lanzamientos de cohetes. Uno de mis cohetes ya ha volado con altímetro , de cuyo desarrollo hablaré en el próximo artículo. Ahora estoy haciendo una cámara a bordo, que planeo instalar en un nuevo cohete y lanzarla en motores RD1-30-5 más potentes.



Y en esto tengo:





¡Gracias por su atención!