Silniki rakietowe na paliwie karmelkowym

W poniższym artykule zamieszczam opis przygotowania 3 typów silników rakietowych mojego pomysłu. Silniki o konkretnie tych wymiarach są sprawdzone i przetestowane. Różnią się jedynie rozmiarem i mocą. Średnice dyszy dobiera się doświadczalnie ale ja postępuję według zasady 1/3  średnicy wewnętrznej korpusu. Czasem można zejść do 1/4  średnicy dla ryzykantów ;)

1.     Wszystkie korpusy przygotowuje się w taki sam sposób z tym, że :

a) Dla większej mocy i ułatwienia, w najmniejszym, o  ø  wew. 8 mm paliwo stanowi proch czarny lub sproszkowana saletra z cukrem w proporcjach 6 KNO3­ : 4 Cukier. Saletrę i cukier można rozdrobnić w młynku elektrycznym lub oczywiście kulowym.
b) Można użyć karmelka ale jest on niewygodny ponieważ do osiągnięcia zadowalających efektów należy odpalać go w najdalszej części kanału . Lont ma grubość ok. 2 mm a dysza w tym wypadku  2,5 mm . Uniemożliwia to osłonięcie lontu papierem ani innym materiałem aby doprowadzić iskrę do wewnątrz silnika (patrz „podsumowanie” –mechanizm). Natomiast proch może być odpalany w dowolnym miejscu, rozpalając na całej długości kanału. Tutaj w przypadku karmelka możliwe jest to dopiero przy wcześniejszym napełnieniu kanału prochem fotobłyskowym lub użycie lontu szybko palnego quick match.)  .
c) Nie zagina się również krawędzi tylnej korpusu (etap IV , pkt.4 ) aby możliwe było wygodne i dokładne ubicie paliwa trzpieniem (np. wiertłem  ø  8mm ) i małym młotkiem. Do ubijania paliwa korpus musi być suchy i sztywny co wyklucza tę możliwość. Reasumując z najmniejszym silnikiem postępujemy zupełnie tak samo jak z pozostałymi aż do IV etapu pkt. 3,omijamy natomiast pkt. 4 i przechodzimy do V i VI etapu. Następnie zwilżamy mieszankę prochu spirytusem i nakładamy niewielką ilość do korpusu silnika kiedy ten już wyschnie. Wówczas umieszczamy tłok i ubijamy młotkiem lub czymś podobnym. Następnie wyjmujemy tłok i nakładamy kolejna porcję aż do uzyskania 3 centymetrowej warstwy sprasowanego prochu. Kiedy paliwo będzie już mocno ubite , bierzemy wiertło 2,5 mm i wiercimy ręcznie kanał na długość ok. 24 mm . Silnik odstawiamy do całkowitego wyschnięcia mieszanki .
c 1.) Dopiero po wyschnięciu sporządzamy górny czop z poxyliny zamiast gipsu . Nie jest również  konieczne owijanie lontu-opóźniacza papierem ponieważ poxylina sama w sobie stanowi uszczelnienie i klej. Chyba ,że potrzebujemy opóźniacza o dłuższej zwłoce czasu. ( patrz: podsumowanie – mechanizm) Z resztą postępujemy jak w Etapie VII pkt. 4 i dalej.

LUB

c 2.) Kiedy  ubite paliwo jest już suche, ostrożnie moczymy brzeg korpusu na ok. 3 mm  (ten od niezaczopowanej  jeszcze strony oczywiście!) w rozwodnionym szkle wodnym i kiedy będzie on już miękki postępujemy zgodnie z IV etapem pkt. 4 i dalej .

2.
Silniki średni (ø = 12mm) i największy (ø = 15 mm) napędzany jest skarmelizowaną saletrą z cukrem również w proporcjach 6:4 (karmelek) .

3.Wielkość silników nie jest stała i ściśle określona. Można ją dowolnie zmieniać zachowując proporcje:  dla ø wew. = 8 mm długość wstążki papieru wynosi  18 cm ( baza ) i  na każdy milimetr średnicy więcej powinno przypadać ok . 5-6 cm papieru  (np. dla silnika o ø 10 mm ,długość wstążki papieru powinna wynosić ok. : 10mm – 8 mm = 2 mm , 2 x 5 cm = 10 cm, 
18 + 10 = 28 cm- 30cm . Co odpowiada : pi x ø =L ,  3.14 x 10mm  = 3.14 cm , 30 cm : 3.14 cm , 8-9 warstwom papieru. ) Silniki należy wówczas przetestować i wprowadzić niezbędne korekty (grubsze ścianki itp.)

Wymiary poszczególnych silników mają się następująco:


Średnica wewnętrzna (mm) :

 

Paliwo:

Długość wstążki papieru (cm) :

Obwód okręgu o ø :

Średnica dyszy (mm):

 

Ilość paliwa:

Szerokość wstążki papieru (cm):

Silnik 1 #

8

Proch/ S&C

18

8mm - 2,6 cm

2,5

Opcjonalnie, do wypełnienia korpusu.

5,25

Silnik 2 #

12

Karmelek

38

12 mm - 4,5 cm

4

Ok. 15 g.

7

Silnik 3 #

15

Karmelek

60

15 mm - 5,2 cm

5

Ok. 30 g.

10,5

 

1. Budowę silnika rozpoczynamy od przygotowania potrzebnych narzędzi, miejsca pracy i materiałów. Ułatwi nam to znacznie życie i da lepszy efekt końcowy. Do całkowitego wykonania korpusu przydatne będą:

  1. pisak lub coś do kreślenia
  2. linijka (najlepiej długa)
  3. nóż
  4. pędzel
  5. szkło wodne*
  6. kilka kartek papieru formatu A4
  7. wiertarka
  8. gips szybkoschnący
  9. wiertła 2,5 , 4 , 5 i 8 mm .
  10. drewniane walce o średnicy 12, 15 i 8 mm (np. okrągły ołówek.) o stożkowatym zakończeniu *
potrzebne narzedzia

 

*Szkło wodne i drewniane walce można bez problemu kupić w sklepie budowlanym typu OBI, Castorama czy Farbex . Drewno należy później zeszlifować do pożądanego kształtu i nadać gładkość papierem ściernym .


2.
Produkcja korpusów jest taka sama dla wszystkich 3 silników ( z małym wyjątkiem dla silnika 1 #,  patrz „wstęp pkt. 1”) zatem opiszę tyko jeden dla przykładu o fi.= 15 mm .

 

Etap I






1.
Potrzebne będą : linijka , pisak, nóż  i 1 kartka A4 .
2.Na kartce rysujemy linie: pierwsza biegnie przez środek kartki  wzdłuż której nastąpi cięcie, druga natomiast dzieli kartkę w poprzek w długości  5,2 cm (patrz tabela – obwód okręgu) od jej krawędzi (krótszej).
-Na rysunku widać od razu szablony na 2 silniki stąd od razu  2 kartki :

Etap II




Naginamy kartkę papieru wzdłuż nakreślonej linii w ten sposób

Etap III


1.Przygotowujemy gips, pędzel ,szkło wodne ,wycięty nagięty szablon papieru i drewniany wałek.
2.Następnie składamy papier wzdłuż zgięć (etap II ) i smarujemy szkłem wodnym jak na rysunku.
3.W środek wytworzonej „rurki” wkładamy trzpień i nawijamy korpus.

4.Kiedy kartka się skończy, smarujemy szkłem miejsce zakończenia i nawijamy druga warstwę.

5.Nierówności odcinamy nożyczkami  kończąc tym samym 3 etap produkcji.
Etap IV

1.Natychmiast po ukończeniu 3 etapu, wystrzegając się stężenia szkła, zaginamy krawędzie (ok. 3-4 mm )do wewnątrz korpusu smarując  je dodatkową warstwą aby wszystko się skleiło .Dzięki temu powstanie obręcz węższa niż fi. wewnętrzna korpusu co uniemożliwi wystrzelenie dyszy nawet przy bardzo dużym ciśnieniu.
Już po 12 h suszenia szkło wodne nadaje papierowi naprawdę ogromną sztywność  w przeciwieństwie do klejów tupu wikol dzięki czemu nasze korpusy są bardzo lekkie i wytrzymałe ( ok. 12 g bez górnej zatyczki).

2.Rozrabiamy gips, pamiętając aby był on szybkoschnący ponieważ nie kurczy się on podczas schnięcia. W przeciwnym razie dysza odejdzie od ścianek  a zagięcia stracą swoje właściwości .  (Należy również pamiętać aby wykonywać  1 silnik na raz ponieważ korpus powinien być  miękki podczas zaginania krawędzi a utwardza się on dość szybko bo w ok. 4-6  minut. I możemy się nie uwinąć z podwójną robotą)
3.Kiedy masa gipsowa będzie już twardawa nakładamy trochę do wewnątrz korpusu i ubijamy naszym walcem .  Następnie obracamy walec aby dysza nabrała gładkości a gips ściśle przyległ do ścianek korpusu.  Zaostrzona krawędź utworzy lejowaty kształt dyszy co znacznie poprawi statystki ciągu silnika. Korzystając z tego, że gips jest jeszcze dość kruchy ,nawiercamy ręcznie początek dyszy. Dzięki temu wiertło w wiertarce nie przesunie się po wyschnięciu a cały otwór będzie centralnie po środku dyszy. dysza

4. Wyciągamy walec i postępujemy analogicznie jak wyżej (pkt. 1), zaginając ścianki korpusu. Mamy do wykonania 4 czynności w ciągu ok. 4 minut więc należy się śpieszyć.
Etap V

Należy wysuszyć silniki na słońcu lub kaloryferze .  Tutaj zdjęcie każdego z korpusów po wyschnięciu (bez nawierconej fazy):
Etap VI
1.Po wyschnięciu korpusu i dyszy ,dowiercamy otwór korzystając z wcześniej nawierconej „fazy” . To przez ten otwór odprowadzone zostaną  gazy powstałe podczas spalania paliwa . Kilka starych zeszytów pomoże nam utrzymać poziom i proste wiercenie. Jeśli ma się taką możliwość najkorzystniej jest używać stojaka na wiertarkę.
Etap VII

1.Przygotowujemy mieszaninę saletry z cukrem w ilości ok. 30 g. Lepiej zrobić za dużo niż za mało.
saletra z cukrem
2.Do rondla wsypujemy mieszaninę i zalewamy odrobiną wody. Powinno być jej na tyle dużo aby mieszanka całkowicie się w niej rozpuściła pod wpływem temperatury. Dodajemy glicerynę, po kropli na każde 10 gramów mieszanki . Spowoduje to ,że karmelek zachowa swoje plastyczne właściwości na dłużej co znacznie ułatwi  upchanie go do korpusu. Kiedy woda odparuje (koniec bom belkowania) podgrzewamy całość aż nabierze koloru beżu. Gotowy karmelek nakładamy łyżka do korpusu i upychamy jakimś ubijakiem. karmelka
3.Kiedy karmelek jest wciąż plastyczny, od strony dyszy wprowadzamy coś, co uformuje kanał- najlepiej drugą stroną wiertła którym nawierciliśmy dyszę. Aby wiertło nie ugrzęzło można nasmarować je gliceryną.
-Jeśli planujemy odzyskać rakietę w górnej części paliwa robimy niewielki otwór małym wiertłem .
4.Czyścimy brzegi korpusu z zaschniętego paliwa i  zasypujemy wszystko gipsem (suchym!) Dopiero po tym nakładamy rozrobiony z wodą. Zapobiegnie to zetknięcia się mokrego gipsu z paliwem i zawilgocenia go. Po tej czynności ,kiedy gips już lekko zaschnie wyjmujemy wiertło (najlepiej 2,5 –3 mm) i większym nawiercamy „zbiornik” na proch który wypchnie  spadochron. Całość  odstawiamy do wyschnięcia. UWAGA! Korpus pochłonie wilgoć mokrego gipsu co znacznie go osłabi. Jeśli ominiemy proces suszenia ,możemy być pewni ,że zatyczka oderwie się wraz z kawałkiem korpusu (film 1#) . Należy również wspomnieć o tym ,że karmelek jest dość higroskopijny. Aby nie dopuścić do zawilgocenia paliwa, w kanał wsypujemy talk lub suchy gips po czym szczelnie  zatykamy kawałkiem chusteczki.
Etap VIII OSTATNI

1.Gdy gips i korpus wyschną , bierzemy kawałek lontu i owijamy go papierem. -Papier pełni tu rolę uszczelnienia i osłony. Dzięki temu możemy regulować czas opóźniacza, ponieważ lont nie przepali papierowej osłony i nie odpali za wcześnie prochu. W przypadku długiego opóźniacza ,zawijamy go w literę „U” i koniec umieszczamy w zbiorniku na proch
2. Zabrudzenia i zawilgotniałe paliwo w głębi otworu/silnika usuwamy wiertłem i całość wciskamy w uprzednio przygotowaną dziurę. Dla pewności miejsce styku gipsu z  papierem zaklejamy klejem szybkoschnącym typu „ kropelka”.
3.Dookoła naklejamy plaster i wsypujemy proch.  Całość zaklejamy i… gotowe!
Podsumowanie
-Tak wygląda „mechanizm” do odpalania karmelka na samym końcu kanału. Jest to lont owinięty papierem i zabezpieczony taśmą klejącą.  Dzięki temu lont dopali się dopiero w głębi silnika powodując zapłon paliwa. Gorące gazy odpalą resztę uwalniając się przez kanał czego skutkiem będzie maksymalny ciąg. Lont jest długi dlatego papierowa ścianka powinna być odpowiednio grubsza aby płomień lontu i iskry nie przepaliły osłony. Można również wsypać w kanał trochę prochu co ułatwi zapłon . (film 2#) opóźniacz
Mechanizm umieszczony w dyszy i całość.
Uwagi ogólne: Wbrew pozorom silniki mają sporą moc. Próby wykonywane były poprzez umieszczenie silników skierowanych dyszą do góry na kuchennych wagach.  Wychylenie wskazówki wagi dostarczało danych o sile z jaką silnik działał na wagę w chwili  maksymalnego ciągu .  Przedstawiają się one następująco:
Oznacza to ,że: najmniejszy z silników jest w stanie poruszyć pionowo w gorę ładunek o masie 200g ,średni 700g a największy 1,7 kg .

Silnik:

Moc:

Silnik 1# - fi. = 8 mm

170 - 210 g.

Silnik 2# - fi. = 12 mm

500-800g.

Silnik 3# -fi. = 15 mm

1200-1750g.

1.Przechowywanie silników na karmelku jest dość trudne. Spowodowane jest to silną higroskopijnością paliwa. Aby zachował swoje właściwości, silnik  należy przechowywać  w drewnianych wiórach z kanałem wypełnionym talkiem i zaklejonym taśmą w szczelnym opakowaniu. Dlatego najlepiej napełniać korpusy paliwem na dzień przed planowanym startem rakiety (górna zaślepka korpusu powinna porządnie wyschnąć patrz: UWAGA!) Przed startem zbieramy zwilgotniale paliwo zeskrobując je wiertłem dla pewności zapłonu. Przy dobrym przechowywaniu nie jest to konieczne.
Film 2# - oporna hamowania działająca na zasadzie równoważni. Z jednej strony silnik , z drugiej gumki recepturki , ta tutaj wytrzymywała ok. 1,5 kg , a silnik (15mm fi. Wew.) nie miał najmniejszego problemu żeby naciągnąć ją do maksimum a nawet zniszczyć(film 2#) Podniósł również butelkę wypełnioną wodą o masie 1,75 kg co prawda na ok. 30 cm ale gdyby impuls był dłuższy to kto wie ? .  (film 3#)

autor: Jędrek z Trójmiasta