Wielofazowe silniki wybuchowo-rakietowe, czyli tydzień z życia pirotechnika ze stażem.

Wielofazowe silniki wybuchowo-rakietowe (w skrócie WSWR) to bardzo pomysłowy wynalazek pozwalający na uzyskanie wygórowanego efektu wizualnego. Choć prawdopodobieństwo porażki jest w ich wypadku wysokie, to moim zdaniem warto zainteresować się budową i zasadą działania. Mają w sobie coś z fugasów, petard i klasycznych rakietek. Są kwintesencją amatorskiej pirotechniki i bez wątpienia w niedługim czasie znajdą liczne rzesze fanów. Z przyjemnością zapraszam do przeczytania artykułu.

Zasada działania:

Ów silnik składa się z trzech głównych członów. Są nimi: ładunek wyrzucający, prosty silnik rakietowy i ładunek detonujący. Żeby wszystko poszło jak należy, nic nie może zawieść. W związku z tym przy budowie niezbędna będzie precyzja wykonania i zastosowanie innowacyjnych metod konstrukcyjnych - niekoniecznie skomplikowanych (siła tkwi w prostocie).

Pierwszy wybuch segmentu dolnego wyrzuci dwa pozostałe w górę na nieokreśloną wysokość, po czym nastąpi zapłon paliwa rakietowego. Sprężające się w dyszy gazy zapewnią odpowiedni ciąg pozwalający na wzniesienie się jeszcze wyżej. Gdy większa część mieszaniny wypali się, lont Visco przeniesie żar do samej głowicy, co spowoduje spektakularny wybuch kończący lot.

Schemat podstawowy:

1. Ładunek wybuchowy.
2. Lont Visco opóźniający eksplozję.
3. Paliwo rakietowe.
4. Kanalik powietrzny.
5. Dysza.
6. Ładunek wyrzucający.

Spotykane na co dzień rakietki mają zwykle bardzo mozolny start. Ten właśnie problem skłonił mnie do zastosowania ładunku wyrzucającego, który nada zadowalającą prędkość początkową. To zaś zapewni wysoooki lot.

Mieszaniny pirotechniczne - klucz do sukcesu:

W tym przypadku użycie odpowiednich mieszanin będzie wyjątkowo ważne. Musimy zapewnić urządzeniu szybki start, odpowiedni ciąg i mocny wybuch końcowy. W związku z tym pozwolę sobie podzielić dział na trzy części:

Ładunek wyrzucający:

Musi zdetonować się w ułamku sekundy, dzięki czemu wytworzone gazy wyrzucą pocisk ku górze (przynajmniej teoretycznie). To jednak tylko się wydaje, że jest proste. Aby wszystko poszło jak po maśle trzeba głębiej wniknąć w problem.

Każdy z nas z pewnością próbował kiedyś zrobić optymalną mieszankę wybuchową. Trudno jednak osiągnąć dobry efekt bez szczegółowego zapoznania się z właściwościami danego związku utleniającego i reduktora. Podstawową sprawą jest wybór składników. W naszym przypadku będą to KMnO4 oraz Al. Jako drugą rzecz opiszemy reakcję: 2 KMnO4 + 2 Al -> Al2O3 + 2 MnO4 + K2O , z której możemy już wywnioskować, że to ma sens. Opierając się na notatce liczymy stosunek wagowy (K - 39u ; Mn - 55 u ; O - 16 u ; Al - 27 u) wynoszący w przybliżeniu 159/27.

Myśl przelana na papier:

Silnik rakietowy:

W tym przypadku użycie prochu fotobłyskowego jest niestety niemożliwe, ze względu na zbyt gwałtowne spalanie - silnik albo dysza mogą nie wytrzymać wysokiego ciśnienia i po prostu rozlecieć się na wiele malutkich kawałków. Musimy więc postąpić bardziej tradycyjnie. Doskonale pamiętamy nasze pierwsze próby silników rakietowych, w których używaliśmy KNO3 i sacharozę. Ta pionierska myśl znajdzie zastosowanie i u nas!

Zawsze podstawowym powodem bólu naszych głów było za słabe rozdrobnienie substancji. Unikniemy tego problemy rozpuszczając poszczególne składniki w wodzie destylowanej, a następnie czekając aż całość zgęstnieje i zbrązowieje na rozgrzanej patelni.

Ładunek górny:

Jego zadaniem jest zakończenie pokazu w spektakularny sposób. Według mnie proch fotobłyskowy z domieszką opiłków żelaza powinien spełnić nasze oczekiwania. Snop iskier po jasnym wybuchu zawsze budził wśród ludzi zachwyt.

 

Tyle teorii. Zabieramy się do pracy!


Wcześniej ustaliliśmy, że użyjemy mieszanki KMnO4 i Al do wyrzucenia i rozsadzenia rakietki.

Zrobimy prosty eksperyment przy użyciu niewielkiego ładunku wybuchowego.

Widoczna na zdjęciu petarda ma masę 8 g.

Zdjęcia z przebiegu testu:

1. Oślepiający błysk.

2. Rozprężające się gazy.

3. Chumra dymu.

4. Koniec eksplozji.

Detonacji towarzyszył ogłuszający huk! Wszystko działo się ułamku sekundy.


Budowa silnika:

Prosty silnik rakietowy to podstawa całego przedsięwzięcia. W naszej sytuacji najodpowiedniejszy wykonamy z papieru nasączonego Wikolem, a z plastycznej Poxiliny utworzymy wytrzymałą na wysoką temperaturę dyszę.

Pierwszym krokiem będzie nawinięcie wilgotnych kartek papieru na rurkę o średnicy 1,5 cm (zgodnie z projektem).

Gdy dojdziemy w ten sposób do 5-8 warstwy, będziemy mogli zdjąć korpus ze wzorca i położyć go blisko źródła ciepła (np. kaloryfera) do wyschnięcia.

Następnego dnia, gdy całość stwardnieje zrobimy prostą, lecz niezawodną dyszę z Poxiliny.

W tym celu podbierzemy nożykiem niewielką ilość kleju i dokładnie wymieszamy (w gumowych rękawiczkach – klej jest toksyczny).

Z jednolitej masy uformujemy walec, który umieścimy w silniku i odpowiednio przedziurawimy ołówkiem lub długopisem nadając mu w ten sposób żądany kształt.

Żeby rakietka poszybowała w górę brakuje nam tylko jednego… paliwa. Po wcześniejszych ustaleniach wiemy, że będzie to karmelek, który powinien być bardzo energetyczny i palić się z idealną szybkością. Spróbujemy proporcji 6:4 (chyba najczęściej spotykanej w pirotechnice podwórkowej).

Postaramy się, żeby paliwo nie było zbyt mocno skarmelizowane.

Na początku przy pomocy wagi odważamy saletrę i cukier.

Dokładnie mieszamy oba składniki. Osobiście proponuję użycie rondelka z wodą do ich rozpuszczenia, a następnie wytrącenia z roztworu. Po takim zabiegu otrzymamy idealną mieszaninę.

Wysypujemy niewielką ilość na patelnię i mieszamy.

I tak ciągle, aż cukier zacznie się karmelizować.

Teraz musimy załadować korpus. W tym celu wykorzystamy wkład do żelpena na zrobienie kanału i jakiś patyczek do ugniecenia.

Dzięki wcześniej rozrysowanemu projektowi wiemy na jakiej długości rurki ma się znajdować paliwo.

Jeśli wszystko zostało zrobione jak należy, to możemy wyciągnąć wkład nie niszcząc ścianek.

Resztką paliwa zasklepiamy dziurkę.

Segment środkowy jest już praktycznie gotowy. Musimy jeszcze tylko zrealizować koncepcję przenoszenia żaru na przód i doprowadzenia do wybuchu prochu fotobłyskowego. Aby zapewnić lontowi Visco odpowiednie osadzenie powinniśmy znów użyć saletry z cukrem.

Ucinamy kawałek lontu i umieszczamy możliwie najbliżej środka, po czym zasypujemy go na długości 1,5 cm paliwem.

Następnie ulepimy z plastycznej Poxiliny ściankę, która oddzieli nam substancję wybuchową od silnika.

Wypełniamy pustkę prochem fotobłyskowym i ubijamy go.

Następnie czopujemy koniec rakietki niezastąpioną Poxiliną, a jakże :)

I gotowe!

Ładunek wyrzucający:

Jednym z głównych patentów przedsięwzięcia jest zastosowanie ładunku wyrzucającego, który już na starcie zapewni rakiecie bardzo dużą prędkość, a co za tym idzie całkowity lot powinien być dłuższy niż zwykle. Z góry przepraszam za małą ilość zdjęć w dziale, ale było to spowodowane brakiem baterii.

W celu wykonania korpusu na mieszankę użyjemy Wikolu i makulatury. Dokładnie tak jak w przypadku robienia samego silnika, z tą różnicą, że będziemy musieli powiększyć średnicę wewnętrzną walca i 2 mm.

Tutaj widzimy prawie gotowy segment z lontem. Pozostaje nam tylko wypełnić go prochem.

Po tym zabiegu będziemy mogli wsunąć silnik do środka i odpalać.

Copyright by Andrzej B. gg 5413204