前書き
こんにちは！私たちはスタジオのAmperka YouTubeチャンネルのチームであり、プロジェクトや鉄片のビデオを見ました。しかし、ある時点ですべてが変わった。
カットの下-私たちのロケットの建設の歴史。
それは2020年の春であり、自己隔離
このような深刻なプロジェクトを一度に作成することは不可能であるため、便宜上、構成要素に分割します（作業内容はリストが更新されます）。
また、シリーズなどの記事は、完了した段階ではなく、時間に応じて、つまり1週間で行ったことに従って、作成/表示することも考慮に入れてください。
ロケット科学は、一般に、複雑で複雑で多面的な科学です。関連する経験はありませんでした。この方向で教育機関を卒業していませんでしたが、私たちは手、頭、欲望を持っています。そしてこれはすでにたくさんあるので、Yuri Alekseevichがよく言っていたように、行きましょう。
TTRD理論
ジェット推進とは何ですか（突然、知らない人のために）私たちはあまり言いません：一言で言えば、これは移動方向とは反対の方向への質量の投げ捨てによる移動です。核、イオンなどのエンジンのすべての種類のエキゾチックな設計については触れません。1つは大気中で動作するように設計されていない、他の設計は複雑すぎてアマチュアの条件で再現できないなどです。したがって、単純な設計に焦点を当てますが、単純な素人にはアクセス可能です。これは、必要に応じて、ほぼ自宅で繰り返すことができます。このようなエンジンでは、燃料と酸化剤の化学反応により、ジェット気流が得られます（場合によっては、大気中の酸素が酸化剤の役割を果たす可能性があります）。
そのため、燃料の状態によって化学エンジン（CRD）は液体（LPRE）と固体燃料（TTRD）に分類されるので、それらの中から選択します。LPREは推力を制御できるので非常に便利ですが、燃焼室内のノズルの複雑なシステムを使用する必要があり、その設計ではそれほど複雑ではない燃料供給システムを使用する必要があります。液体ロケットエンジンを単独で設計することは、たとえ最も原始的なものであっても、数か月かかるため、これは私たちの選択肢ではありません。設計が単純で燃料要件が大幅に低いため、代替案はターボジェットエンジンにすることができます。はい、私たちは渇望を正確に投与することができません。より正確には、私たちはそれをまったく投与することができなくなります。しかし、私たちがプレイできるいくつかの側面があり、これはさらに議論されます。
混合燃料
ロケットの最初の、したがって原始的な燃料は火薬でした。最初は煙が多く、次に煙がありませんでした。中国人は、この可燃性の混合物を思いついたとき、それが強打と多くの光を作るだけでなく、発射体を押して徐々にその内部で燃やすことができることにすぐに気付きました。もちろん、そこからの意味はほとんどなく、花火だけに適していて、特定のインパルスは多くのことが望まれます。無煙パウダーの進化は、均一（一成分）ニトロセルロースベースの製剤になりました。それらは貯蔵および操作において全く気取らず、また非常に環境に優しいですが、弱い特定の衝動の形で同じ欠点をまだ持っています。
燃料と酸化剤の混合組成物ははるかに良い結果を示します。ほとんどの場合、過塩素酸塩から金属とポリマーの粉末で作られた燃料、またはアマチュアモデラーのサークルで広く知られている「キャラメル燃料」で作られた酸化剤が使用されます。 ... ロケットのテスト対象として選択したのは、まさに最後の2つのオプション（過塩素酸塩とキャラメル）の燃料です。
エンジン計算
固体燃料の最も重要な特性はその燃焼率であり、多くの場合、この値は特定の燃料組成では定数です。燃焼は表面に広がります。単純に円筒形の燃料棒の端に火を付けると、エンドツーエンドの燃焼が発生し、長期間均一に燃焼しますが、ロケットを空中に持ち上げるのに十分な推力を得ることはできません。効率を上げるには、燃焼が伝播する燃料の流路を作る必要があり、それによってその面積が増えます。また、チャネルが燃え尽きると、チャネルプロファイルが変化するため、有効面積が変化することにも注意してください。もちろん、さまざまなプロファイルを長期間試すことができますが、これらはすべて、すでに私たちの前で行われ、便利なソフトウェアツールキットに組み込まれています。
プログラムに必要なすべてのパラメータを入力して、ロケットが開発する推力グラフを取得できます。粒子構成列の疑問符の下に、さまざまなチャネルプロファイルに関する説明のマニュアルがあります。
経験的に、さまざまなチャネル構成を使用して、ロケットに最適なパラメータを見つけました。同じインジケーターを取得するには、次の値を入力する必要があります
。チャンネルバーナーの形状を選択しました。 Smart Meteorは、入力されたデータを考慮して、次のグラフを作成しました。
この図から、エンジンは最初から良いキックを獲得し、稼働時間全体を通して非常に優れた牽引力を発揮することがわかります。プログラムの計算によれば、ピーク推力値は24.5バールのピーク圧力でほぼ312 Nでした。平均値は、それぞれ約265 Nおよび19.5バールであることがわかりました。
プログラムのもう1つの明白な利点は、計算された値を別のプログラムに直接エクスポートできることです。これは、私たちにとってもそれほど有用ではありません。OpenRocketを使用すると、ロケット、尾翼、バランス、およびその他の重要な指標の安定性が計算されますが、これは次のシリーズで取り上げます。
しかし、初心者のロケット科学者は燃料だけでは生きていません。ノズルも同様に重要です。この原理によれば、誘導路はノズルとノズルレスに分けられます。後者には、技術的には亜音速ノズルがあり、それは本質的にエンジンの底にある単なる穴または円錐です。燃焼室内の圧力がどれほど上昇しても、流体力学によってこれが伝えられるため、そこを流れるガスが音速に達することができないため、亜音速と呼ばれます。そして、ご存じのように、物理学は踏みにじることはできません。それにもかかわらず、その単純さのために、そのようなノズルは小さなアマチュアロケットだけでなく、花火にも使用されています。しかし、私たちはロケットを作っています。つまり、亜音速ノズルは私たちのやり方ではありません。
別の解決策は、超音速ノズル、または発明者の名前でも呼ばれるように、ラバルノズルである。簡略化されたバージョンでは、2つの円錐台で表され、狭い端で共役されています。インターフェースは臨界点と呼ばれます。
その動作原理は、冷蔵庫が動作する原理に似ています。「狭いネック」を通過して大量に入るガスは急激に冷却され、そのために体積が減少し、流出率が増加します。その結果、出口の直径の違いにより、超音速で移動するガスの噴流が出口に到達します。したがって、ラバルノズルを使用すると、ロケットの効率が大幅に向上します。
ちなみに、Meteorは、エンジンに超音速ノズルが搭載されていると仮定して計算を行います。計算と製造も次のリリースに残されます。
これで、エンジンの特性、パラメータ、寸法がわかり、燃料の調理を開始できます。
燃料棒を作る
最初の燃料はキャラメルで、ソルビトールと硝酸カリウムから調理します。ソルビトールは市販されており、甘味料として使用されます。硝酸カリウムは園芸部門で見つけることができますが、それはそこでかなり汚れているので、私たちはラスキムでh / chdaを購入しました。
最も簡単な方法は、コンポーネントを細かい粉末に粉砕して混合することですが、その場合、燃料は自由流動性を維持し、形状を維持しません。コンポーネントを一緒に融合することにしました。一部の大胆不敵なアマチュアは、鍋で、直火で、さらには火でそれを行いますが、私たちの指と目は私たちにとって大切です。温度調節されたヒーターと砂浴を作る必要があります。
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砂塩
ストーブからネイティブレギュレーターを捨て、カットにソリッドステートリレーを配置します。Arduinoを介して制御し、現在の温度を確認して調整できるように、ディスプレイとポテンショメーターを接続します。グラタン皿に穴を開け、熱電対を挿入します。
流星は注意深く838gの燃料の質量を計算しました、それを余裕を持って取りましょう、それはそれでも重宝します。製造を容易にするために、いくつかの部品から燃料を投入することにしました。次に、それらを接着して、エンジンハウジングに挿入します。
安全上の注意事項を忘れないでください。火災の原因となる可能性のある直火、高温の物体、または燃料の近くには何もないはずです。
重量で65％の硝酸カリウムと35％のソルビトールを取り、ボウルに注意深く注ぎ、少量の水を加えます。これにより、神経が落ち着き、コンポーネントが水によく溶けてよく混ざるので、コンポーネントをほこりに砕く必要がなくなります。私たちはそれを火にかけ、温度を設定し、絶えず攪拌しながら待ちます。徐々に、得られるお粥は溶けてオートミールのようになります。余分な水分がすべて蒸発するまで待つ必要があります（これは、沸騰した気泡の放出が止まることで理解できます）。
次に、私たちは断固として行動する必要があります。事前に準備された給水用PVCパイプに燃料を押し込み、丸い車軸の内部固定具を備えたホルダーに固定します。
車軸を取り外した後は、チェッカーの全長に沿ってヒューズチャネルができます。ドリルホルダーで押し込むのは便利です、これはスタジオで非常によく見つかりました。チェッカー内に気泡や空洞がないように燃料を押し込むことが重要です。そうしないと、後で燃焼に悪影響を及ぼします。
燃料の入ったパイプを脇に置き、冷ましておきます。次に、それを挽き、チェッカーを取り出すことができます。私たちはいくつかのピースを作りました、私達は実験の目的のためにそれらの一つを燃やします。
次回の記事では、モーターハウジング、ノズル、テストベンチを扱います。
とりあえず準備中ですので、ミサイルの設計については以下の本をお勧めします。ほとんどの情報はそこから収集されました。
全体としてのシリーズ全体：