Project

FS-WEJTROS

Paliwo do rakiety

Skład:

• Azotan potasu (KNO₃)

• Cukier puder (sacharoza)

• Klej biurowy lub denaturat

Zakup odczynników:

• Azotan potasu - w sklepie z odczynnikami chemicznym, ogrodniczym jako nawóz potasowy lub także w sklepach spożywczych jako saletrę potasową

• Cukier - w sklepie spożywczym

• Klej biurowy - w każdym kiosku ruchu

• Denaturat - sklep spożywczy

Proporcjonalność składników:

• Azotan potasu - 43g

• Cukier puder - 15g

• Klej lub denaturat - 3g

Przygotowanie:

Na początek rozdrabniamy wszystkie składniki w porcelanowym moździerzu i wsypujemy je do garnka, dodajemy odrobinę wody następnie powoli mieszamy drewnianą łyżką na małym ogniu aż do uzyskania jednolitej żółto-pomarańczowej masy budyniowej. Kiedy mamy już gotowe paliwo wlewamy je do silnika, lecz tak by pozostał kanał prowadzący do dyszy. Na samym końcu dodajemy jeszcze denaturat lub klej.

Działanie:

Azotan potasu pełni rolę utleniacza, który pod wpływem rozkładu termicznego uwalnia tlen a on następnie utlenia (spala) węgiel zawarty w naszym cukrze, dzięki czemu powstają takie gazy, jak CO i CO₂ które są niezbędne do prawidłowego działania silnika, zaś klej pełni rolę substancji palnej.

Właściwości paliwa:

• Impuls właściwy (ciąg silnika 1kg/s lub 1N/s) = 70 Ns

• Liniowa szybkość palenia (1kg/cm²) =0,1 cm/s

• Ciężar właściwy = 1,3 g/cm³

• Temperatura spalania = 927 °C

Impuls właściwy: (P - ciąg (kg lub N) t - czas pracy (s) Q - ciężar paliwa (kg lub N))

I_w = P ^* t / Q

Impuls całkowity:

I_c=P*t

Ciąg silnika:

P = I_w ^* Q/t

Warunek startu: ( Qr - ciężar startowy rakiety (kg lub N))

P > Q_r

Silnik rakietowy

Opis:

Istotą silnika rakietowego na paliwo stałe jest połączenie komory spalania z dyszą. Zadaniem naszego silnika rakietowego jest przetwarzanie energii chemicznej paliwa na energię kinetyczną strumienia gazów w wyniku, czego powstaje ciąg niezbędny do wywołania ruchu rakiety. Silnik wykonać można z tektury(jest to bardziej bezpieczny sposób) lub z metalowych rur, poniżej opisane są jakie materiały, które są niezbędne by wykonać oba silniki.

Silnik tekturowy materiały:

• Papier A4

• Klej biurowy

• Gips

• Tektura

• Sznurek ok. 2m

• Szablony (coś okrągłego, na co nawiniemy papier by uzyskać kształt silnika)

• Dwa ołówki

• Nożyczki

• Linijka

• Cyrkiel

Silnik metalowy materiały:

• Rurę

• Młotek

• Spawarkę

• Nitownice

• Piłę do ciecia metalu

• Dwa Ołówki

• Miarę

• Cyrkiel

Przygotowanie:

Oby dwa silniki robimy na takiej samej zasadzie a więc opisze tutaj jeden ze sposobów wykonania owego silnika rakietowego. Bierzemy nasz szablon nakładamy na niego papier i sklejamy go tak by powstał nam walec czynność powtarzamy wiele razy by nasz silnik stał się dość wytrzymały w przeciwnym razie zamiast silnika stworzymy mini granat. Następnie zsuwamy nasz silnik tak ok. 4cm wkładamy do środka ołówek i nakładamy silnik na drogi szablon tak by ołówek pozostał w środku silnika miedzy szablonami zostawiamy wolna przestrzeń tak ok. 5mm, na która owijamy sznurek i zaciskamy go aż do ołówka w ten oto sposób uzyskaliśmy dyszę. Kolejnym etapem budowy silnika jest napełnienie go wcześniej przygotowanym paliwem ubijamy je do wokół ołówka znajdującego się w dyszy gdy skończymy zamykamy komorę spalania można to zrobić poprzez wycięcie kilku tekturowych kółek z łopatkami do zagięcia. Gdy już to zrobimy zalewamy gipsem od góry (na te tekturowe kółka) nasz silnik by go wzmocnić i tak oto powstał nasz silnik.

Budowa rakiety

Głowica:

Powinna być ona wykonana w kształcie stożka może być zrobiona z metalu, drewna, odlana z stearyny lub innego wytrzymałego materiału. Odpowiednie ukształtowanie powierzchni głowicy zapewnia łatwe poruszanie się naszej rakiety w powietrzu. W głowicy zazwyczaj umieszczamy linki do spadochronu i aparaturę pomiarową.

Kadłub:

Przeważnie jest to rura odporna na uderzenia, wgniecenia, wysoką temperaturę oraz różne czynniki atmosferyczne może być ona wykonana z wielu warstw papieru tak jak wykonaliśmy wcześniej silnik lub może być to także gotowa rura zrobiona z PCV czy aluminium.

Stateczniki:

Wykonane są najczęściej z grubej tektury, aluminium lub PCV w kształcie trójkątów prostokątnych albo kształtów przypominających romb. Stateczniki stabilizują trajektorie lotu naszej rakiety, dzięki czemu nie lata na boki tylko leci prosto ważną rzeczą jest by prawidłowo rozmieścić stateczniki.

Spadochron:

Zazwyczaj montowany w kadłubie rakiety umożliwia on bezpieczne lądowanie. Czasza spadochronu powinna być dość duża by nasza rakieta powoli opadała. Spadochron najlepiej wykonać z worków foliowych a linki powinny być dość wytrzymałe w stosunku do masy naszej rakiety.

Komora ładunkowa:

Jest to wydzielona, dobrze zabezpieczona część kadłub rakiety, w której znajduje się spadochron oraz różne urządzenia elektroniczne na przykłada system namierzający GPS.

Komora silnikowa:

Jest to wolna przestrzeń pomiędzy średnicą korpusu rakiety a średnicą silnika, jeśli różnica jest dość znaczna owija się silnik taśmą.

Zaczep startowy:

Element łączący rakietę z wyrzutnią przed startem. Daje on stabilizacje rakiecie łącząc ja z wyrzutnia zaczepy najczęściej wykonane są z aluminium.

Wyrzutnia:

Jest to jeden z niezbędnych elementów potrzebnych do prawidłowego startu rakiety. Wyrzutnia stabilizuje pionowy start rakiety oraz nadaje jej trajektorie i większą prędkość początkową w praktyce wygląda to tak im większa wyrzutnia tym większa prędkość początkowa. Prawidłowo minimalną długość prowadnicy oraz wyrzutni powinno się wyliczyć z wzorów, które zawarte są w dziale „Wyrzutnia”

System zapłonowy

Opis:

Nasz system zapłonowy będzie dość prosty w budowie i prosty do wykonania. Składać się on będzie z zasilania, dwóch kabli, oraz drutu oporowego.

Narzędzia:

• Kontrolka

• Lutownica

• Nożyczki

• Taśma izolacyjna

Materiał:

• Kable dwu żyłowy

• Akumulator 12V

• Drut oporowy ok. 80mm

• Dwa krokodylki

• Włącznik

• Klucz bezpieczeństwa (drugi włącznik)

Przygotowanie:

Na początek przecinamy kabel w dwóch miejscach i montujemy jeden z włączniki następnie na końcu kabla odcinamy izolacje i przymocowujemy zwinięty w spiralkę drut oporowy, czyli nasz zapalnik. Na koniec przymocowujemy krokodylki do kabla i podłączamy do akumulatora. Dwa włączniki zostały stworzone w celach bezpieczeństwa. Gdy już wykonamy nasz zapalnik należy go włożyć do silnika rakiety na samą górę, ponieważ nasze paliwo oparte na azotanie potasu oraz cukrze pali się od czoła i do samego dołu. Gdy już umieścimy nasz zapalnik i oddalimy się na bezpieczną odległość należy przekręcić jeden z kluczy a następnie drugi by rozpocząć zapłon silnika. Pamiętajmy by nie uruchamiać kluczy przed włożeniem zapalnika do silnika gdyż może to spowodować eksplozję naszego silnika.

Zastrzeżenia:

Przy większych odległościach należy stosować większej mocy akumulatory to znaczy 5-10m 4,5 V, 50m 18 V a do 100m akumulator 24V oraz grubsze przewody lub także można zostawić akumulator przy wyrzutni a klucze uruchomić długimi cienkimi przewodami z dość dalekiej odległości, lecz wtedy wymagany jest kolejny przełącznik. Istnieje możliwość także wywołania zapłonu radiowo, poprzez umieszczenie w silniku rakiety elektrycznego zapalnika radiowego.

Zalety:

Jedna z zalet tego systemu jest prostota obsługi, montażu oraz bezpieczeństwo użytkowania przy dużych ilościach materiałów zapłonowych.

Stateczniki

Opis:

Stateczniki stabilizują trajektorie rakiety w powietrzu są one niezbędne do prawidłowego lotu rakiety. Najczęściej spotyka się rakiety posiadające trzy lub cztery stateczniki.

Wykonanie:

Najczęstszym materiałem wykorzystywanym do robienia stateczników jest arkusz PCV o grubości 1mm można także użyć balsy, ponieważ jest ona bardzo lekka, wytrzymała oraz łatwa w obróbce

Charakterystyka krawędzi:

• Krawędź natarcia - jest to krawędź, która jako pierwsza styka się z napływającymi masami powietrza.

• Krawędź spływu - jest to krawędź, po której spływają strugi powietrza minąwszy krawędź natarcia. Długość tej krawędzi powinna się równać 1,5 długości średnicy korpusu rakiety.

• Krawędź przykadłubowa - jest to krawędź, która łączy statecznik z kadłubem rakiety. Długość tej krawędzi powinna wynosić dwie długości średnicy korpusu rakiety.

• Krawędź końcowa - Jest to krawędź łącząca krawędź natarcia z krawędzią spływu. Jej długość prawidłowo powinna wynosić jedną długość średnicy korpusu. Jest ona równoległa do krawędzi przykadłubowej.

Wyrzutnia

Opis:

Zadaniem wyrzutni jest wspomaganie rakiety w jej najtrudniejszej fazie lotu, czyli starcie. Wyrzutnia powinna być dość masywna by nie przewróciła się przy starcie pod wpływem ciężaru naszej rakiety. Rodzajów wyrzutni jest bardzo wiele począwszy od prostych prętów wbitych w ziemię aż do skompilowanych wieży startowych posiadających na przykład elektroniczne systemy zapłonowe. Poniżej opisane są niezbędne narzędzia do wykonania prostej wierzy startowej.

Materiały:

• Pręty metalowe

• Drewniana lub metalowa platforma, na której umieścimy naszą wieże startową

Narzędzia:

• Piła do cięcia metalu

• Spawarka

Parametry:

Do wyliczenia długość wyrzutni oraz prowadnicy niezbędna będzie znajomość parametrów takich jak:

• m - masa paliwa (kg)

• w - prędkość wylotowa gazów z silnika (m/s)

• Q - masa startowa rakiety (kg)

• t - czas trwania ciągu silnika (s)

Jeśli znamy powyższe parametry możemy przystąpić do wyliczenia przyspieszenia początkowego oraz obliczyć minimalna długość wyrzutni.

Przyspieszenie początkowe:

a=m*w/(Q*t)

Minimalna długość prowadnicy:

L=v*v/(2*a)

Założenia:

v - minimalna prędkość zejścia rakiety z wyrzutni doświadczalnie przyjmowane na 10 m/s

- 7 -

---