wtorek, 21 grudnia 2010

pirotechnika cz.6 (zastosowanie)

ZASTOSOWANIE:
W dziale tym zajmiemy się zastosowaniem pirotechniki jakie niosą z sobą własności mieszanin pirotechnicznych miotających oraz dymotwórczych. Fakt bardzo szybkiej reakcji w wysokiej temperaturze między paliwem i utleniaczem możliwym nawet bez dopływu powietrza otwiera ogromne możliwości, a pomysły jego zastosowania stają się wręcz niezliczone. Możnaby powiedzieć, iż wszystkie wynalazki pirotechniczne praktycznie korzystają jedynie z tych trzech wspomnianych cech mieszanin. Wszelkiego rodzaju petardy, rakiety, wulkany, bączki różnią się jedynie przeznaczeniem, lecz zasada działania praktycznie wszędzie jest ta sama.
Ktoś nie bardzo ambitny - w szczególności w tej dziedzienie - mógłby zadać sobie takie pytanie: "No dobra... ale na co to komu?". No właśnie. Istnieją jednak na tym świecie tacy ludzie którzy lubią wiedzieć coś więcej i żyć ze świadomością, że poza włączeniem videa czy otwarciem flaszki potrafią zrobić coś co jest bardziej skomplikowane na przykład od cepa lub skręta. Wszelkiego rodzaju experymenty z materiałami pirotechnicznymi typu petardy, świece dymne i rakiety produkcji domowej służą do poszerzania swoich wiadomości na temat tego zagadnienia, a czasami i nawet odnalezienie się w tej dziedzinie nauki. Druga sprawa to zabawa połączona z mocnymi wrażeniami i satysfakcją, że coś się jednak osiągnęło. Trzeba się niestety z tym liczyć, iż każda pasja, zainteresowanie dąży ku temu, aby stworzyć coś samodzielnie, uzyskać pewnego rodzaju niezależność i doświadczenie, które w praktyce wielokrotnie okazuje się niezastąpione. Po prostu należy się pogodzić z tym, że istnieją osobnicy biernie wykorzystujący niektóre dobra naszej cywilizacji oraz Ci ludzie którzy lubią wiedzieć na jakich zasadach one działają. Walczyć z tym oczywiście można tylko "nie wiem" co w ten sposób innym udowodnimy...
Niejeden zapewne się zgodzi iż jednym z najciekawszych zastosowań pirotechniki jest wyrób amatorskich rakiet. Z pewnością nie jeden z was miał, na przykład w sylwestra, do czynienia z petardą - rakietą, która po odpaleniu mogła się efektownie wzbić w górę nawet na wysokość 200m. Wszystko to jest możliwe oczywiście dzięki odpowiedniej, szybko spalającej się mieszance pirotechnicznej zastosowanej w tego typu konstrukcjach jako paliwo stałe. Zanim przejdziemy jednak do instrukcji montażu tychże rakiet warto wspomnieć o kilku jej elementarnych częściach składowych. Każda rakieta domowej produkcji powinna składać się z papierowego korpusu wytoczonego z jakiejś twardej tektury, z jednej strony powinna być zakończona owalnym czubkiem, a z drugiej silnikiem rakietowym. Wychodzę z założenia, że rakieta nie będzie sterowana z ziemi podczas lotu także wymagane są tylko lotki dolne - przenoszące w dół środek ciężkości jak i otrzymujące rakietę podczas lotu w stałej pozycji. Jako miejsce eksperymentów jak i startu rakiet najlepsze są rozległe wolne przestrzenie, które dadzą mam pewność, że nikt wskutek prób nie odniesie żadnych obrażeń. Zmniejszamy w ten sposób także prawdopodobieństwo, że nasza rakieta spadnie na dach któregoś z budynków czy samochodów.
Na poniższym rysunku widnieje ogólna postać rakiety domowej produkcji:
BUDOWA
Rakieta domowej roboty wbrew pozorom jest bardzo prostą konstrukcją. Jej zasada działania polega na wyrzucaniu z ogromną siłą gazów w kierunku przeciwnym do jej wektora lotu. Rakiety domowej roboty najczęściej przybierają postać w miarę długiej kartonowej rury zakończonej z góry zaokrąglonym lub w kształcie stożka czubkiem a z dołu dyszą. Ta prosta konstrukcja nie powinna nas jednak zwodzić... co to oznacza? Ano wszystkie wynalazki pirotechniczne wymagają jakiejś tam precyzji.. tyle, że rakiety NAJWIĘKSZEJ! Materiały z jakich rakieta została zbudowana, wytrzymałość, waga oraz precyzja decydują o locie i zachowaniu się całej konstrukcji w powietrzu. Jeśli decydujemy się zabrać za budowę swojej własnej rakiety powinniśmy zadbać o w miarę wytrzymały korpus rakiety - najlepiej wykonany z kartonu, także jak do jej budowy wykorzystamy np rurę od odkurzacza albo kawałek rynny to nie należy liczyć na to, że nasza konstrukcja oderwie się od ziemi.. narobi co najwyżej smrodu i dymu. Czubek nie powinien być za ciężki, dobrze jest taki też "przyozdobić" statecznikami. Jeśli nie chcemy aby nasza rakieta wjechała sąsiadowi w chatę, warto jest zadbać również o dolne stateczniki :) - te najlepiej wykonać z cienkiego drewna lub w miarę grubego kartonu. Rakieta powinna być wyważona i w miarę lekka, oznacza to, że czubek nie może być zbyt ciężki w stosunku do całego korpusu. Stateczniki nie powinny być dłuższe niż 2-3 średnice przekroju poprzecznego korpusu. Pozostała jeszcze jedna kwesta - START Rakiety. NIEZBĘDNA jest prowadnica. Ja jako prowadnicę używałem długiej (ok 1,5m) anteny od TV. Rakiety mojej produkcji miały z boku doklejoną cienką rurkę papierową, gdy antena była wbita stabilnie w ziemię rakietę za pomocą wcześniej wspomnianej doklejonej rurki nakładałem na ów antenę. Zapewniało to w miarę prosty start rakiety. (Hmm) Pamiętajmy jeszcze o jednym, zgodnie z twierdzeniem "każdy obiekt podrzucony do góry musi kiedyś spaść" dobrze byłoby postarać się o jakąś imitację spadochronu, raz odpalona przeze mnie rakieta z wysokości ok 200m spadła na malacza - niestety był to jej ostatni lot. Zatem zabieramy się do montażu konstrukcji rakiety:

To co będziemy przede wszystkim potrzebować do tego to: gruba tektura, cieńka tektura lub arkusz papieru z bloku technicznego, taśma klejąca, plaster (taki szmaciany, nawijany zazwyczaj na czerwoną szpulkę - dostępny w aptekach), antena z radia lub sztywny, mocny pręt (gładki) o średnicy 0,5cm, nożyczki, nożyk do cięcia tapet, klej do drewna oraz jeśli to możliwe - owalny czubek rakiety (z cienkiego i lekkiego plastiku) najlepiej po jakiejś starej kupnej petardzie. Po sylwestrze cała masa tego leży na ziemi. Owalny czubek stawia mniejszy opór powietrza niż szpic.

1. Pierwszym etapem budowy rakiety będzie korpus (tekturowa rura). Można zaoszczędzić trochę czasu i poszukać w domu takiej papierowej rury jako pozostałości po folii aluminiowej, ręczników papierowych lub folii przezroczystej do owijania żywności. Jeśli taką znajdziemy i będzie ona miała średnicę ok. 3cm możemy ją użyć jako korpusu naszej rakiety. Jeśli takiej jednak nie znajdziemy, korpus ten musimy wykonać samodzielnie. Do tego celu wycinamy z cienkiej tektury kwadrat 25x25 cm, a następnie przeciągamy go naprężonego o krawędź stołu w taki sposób aby sam miał tendencje do zwijania się. 3/4 powierzchni tego kartonu smarujemy klejem do drewna i następnie zwijamy w tuleję o średnicy 3cm. Po wyschnięciu kleju (ok godziny) otrzymujemy rurę, która będzie stanowić kadłub rakiety.
2. Z grubej tektury wycinamy 4 trójkąty prostokątne o bokach przyprostokątnych długości 5cm. W tym przypadku długość przeciwprostokątnej - zgodnie z twierdzeniem Pitagorasa - powinna wynieść ok 7cm. Jeżeli nie dysponujemy grubszą tekturą do wykonania jednego statecznika możemy użyć kilku sklejonych trójkątów.
3. Uzyskane w powyższym punkcie stateczniki przyklejamy za pomocą kleju do drewna do dolnej części korpusu rakiety. Dla ich usztywnienia możemy użyć taśmy klejącej lub plastra.
4. Kolejnym elementem konstrukcji jest czubek rakiety. Najlepiej gdy będzie on owalny, wykonany z cienkiego plastiku. Najlepiej się do tego nadają, zgodnie z tym co zostało powiedziane wcześniej, pozostałości po petardach kupnych. Gdy jednak nie mamy czegoś takiego pozostaje nam go wykonać samemu. Wtedy wówczas należy wyciąć z papieru siatkę stożka (bez podstawy). Ma ona kształt koła bez wycinka stanowiącego 1/4 jego powierzchni. Tak wyciętą siatkę zwijamy w stożek, sklejamy i za pomocą taśmy klejącej przytwierdzamy do czubka rakiety.
5. W celu sporządzenia rurki, która posłuży jako element prowadnicy, wycinamy z papieru kwadrat o bokach 10x10cm i, podobnie jak w przypadku tworzenia korpusu, przeciągamy go trąc o krawędź stołu aby nadać mu owalny kształt. Następnie tworzymy z niego rurkę o średnicy wewnętrznej nie większej niż 6-7mm. Powstałą rurkę przyklejamy do korpusu rakiety za pomocą mocnej taśmy klejącej.

Jak widać robota na kilka godzin... bardzo ważny element który celowo pominęłem, stanowi oczywiście silnik rakietowy, którym zajmiemy się poniżej.
SILNIK
Najważniejszym elementem jest oczywiście napęd potocznie zwany silnikiem rakietowym. Czym jest więc ten "silnik"? Jest to po prostu rurka lub innego rodzaju tuleja zaślepiona z jednej strony mocnym materiałem, a z drugiej dyszą i wypełniona paliwem stałym. Konstruowanie silnika jest ZAWSZE najtrudniejszym etapem budowy każdej rakiety. Konstrukcje tego typu mają to do siebie, że nie można przyjąć uniwersalnych parametrów ich budowy, co oznacza, że trudno byłoby przedstawić takie dane aby zawsze były prawidłowe, mogę wam jedynie dać wskazówki na co powinno zwracać największą uwagę. Wróćmy jednak do wcześniej omawianego silnika. Z nim sytuacja jest jeszcze bardziej skomplikowana gdyż wielkość dyszy szerokość, wytrzymałość jej na temperaturę jest oczywiście silnie uzależniona od mieszanki jaką stosujemy. Należy zatem poeksperymentować i sprawdzić przy jakich parametrach nasza rakieta uzyskuje najlepszy ciąg. Pod terminem "paliwo stałe" kryje się oczywiście jakaś mieszanka miotająca. Może nią być stopiona mieszanina saletry z cukrem lub też dobry jakościowo proch czarny. Powstałą mieszaninę należy umieścić w naszym silniku, dobrze przy tym ubijając a ten z kolei w rakiecie.
Jeśli ktoś uważa, iż wykonanie silnika jest zbyt czasochłonne lub niebezpieczne, a efekt i tak będzie marny - zawsze może się udać do sklepu modelarskiego i poprosić o "silnik rakietowy do modelów rakiet". Opakowanie zawierające 4 silniki z instrukcją obsługi i lontami kosztuję ok 15 złotych tak więc nie jest to ogromny wydatek, a efekt nieraz jest kilkakrotnie lepszy od silników domowej produkcji. Dla prawdziwych pirotechnicznych zapaleńców budowa domowego silnika rakietowego znajduje się poniżej:




Jak wiadomo silnik rakietowy w petardach to nic innego jak prosta tulejka - tekturowa czy plastikowa, wypełniona jakąś szybko spalającą się mieszaniną pirotechniczną. Tulejka wykorzystana jako silnik rakietowy musi być z jednej strony zaślepiona a z drugiej musi posiadać dyszę, która jest poza paliwem jej najważniejszym elementem. Poniżej przedstawiłem budowę najprostszego silnika rakietowego:
Schemat silnika rakietowego
Myślę, że wszystko dość dokładnie odzwierciedla powyższy schemat lecz należy zwrócić tu uwagę na kilka istotnych elementów. Po pierwsze dysza nie powinna być wykonana z metalu (wyjątkiem jest aluminium) lecz z poxyliny czy też z dobrze wypalonej gliny, powinna ona także być bardzo ciasno umieszczona w tulei. Drugą ważną sprawą jest oczywiście mieszanina. Najlepiej się do tego nadaje bardzo dobry jakościowo proch czarny lub stopiona mieszanina saletry z cukrem (karmelek). Jak uzyskać te obie dobre jakościowo mieszaniny zostało szczegółowo opisane w dziale FAQ i Mieszaniny. Wszystko powinno być w miarę dobrze ubite. Kolejnym elementem na który warto zwrócić uwagę jest korpus, najlepiej gdy będzie on wykonany z kartonu (żadnej metalowej rury gdyż cały silnik może się wtedy okazać zbyt ciężki). Ważne także jest aby przed przystąpieniem do eksperymentów z silnikiem rakietowym przygotować co najmniej kilka dysz z otworem o różnej średnicy gdyż trudno jest mi teraz powiedzieć przy jakich parametrach silnika dana dysza będzie dawała najlepszy ciąg - wszystko jest bowiem zależne od jakości paliwa rakietowego. Zalecane jest aby zacząć eksperymenty z silnikiem o największej średnicy dyszy. Dobrze jest także zadbać o jakiś zapalnik - w tego rodzaju prostych silnikach rakietowych najbardziej skuteczny jest zwykły lont. Dokładna instrukcja budowy znajduje sie poniżej: 1. Wytnij z papieru kilka pasków o długości 10x30cm i nawijaj je na gruby flamaster lub rurkę smarując każdą warstwę klejem do drewna. Nie powinno się pasków naklejać na raz lecz osobno. Otrzymaną tuleję zdejmij z rurki, a następnie poczekaj aż klej całkowicie wyschnie. Średnica wewnętrzna silnika powinna wynosić ok 1.5cm, a grubość ścianki nie mniej niż 5mm.
2. Jeden koniec uzyskanego korpusu silnika zaślep zatyczką wykonaną z masy papierowo-klejowej lub poxiliną. Zatyczka powinna wypełniać korpus na głębokość nie mniej niż 2cm.
3. Sporządź dobrą jakościowo mieszankę saletry z cukrem (najlepiej karmelek) lub prochu czarnego. W przypadku Karmelka, wlej roztopioną mieszankę saletry z cukrem do silnika i poczekaj aż zakrzepnie, w przypadku prochu czarnego zaś mieszankę należy zwilżyć i ubijając umieszczać małymi porcjami w silniku.
4. Opcjonalnie: Gdy mieszanka jeszcze nie zakrzepnie lub nie wyschnie, dokładnie w środek wprowadzonego paliwa rakietowego delikatnie wsadzamy gwóźdź o średnicy 4mm na głębokość 2-3cm po czym go wyjmujemy - stworzy to szczelinę szerokości 4mm, która zwiększy powierzchnię zapłonu prochu. Wtedy wówczas powstaje silnik rakietowy kanałowy. Jest to bardzo ważne gdyż stosunek powierzchni zapłonu mieszanki do szerokości dyszy musi być odpowiednio duży. Ogólnie przyjęło się, iż przy zastosowaniu prostych paliw rakietowych (jak saletra z cukrem czy proch czarny) w silnikach rakietowych bezkanałowych stosunek średnicy wewnętrznej silnika do średnicy dyszy powinien wynosić 3:1. Jest to bezpieczna proporcja, która daje nam pewność, że silnik nie eksploduje. Natomiast przy silnikach kanałowych, w których powierzchnia spalania została znacznie powiększona, taką proporcję powinno już się ustalać matematycznie lub "na czuja". :-)
5. Pozostały koniec silnika należy oczywiście zaślepić dyszą, wykonaną najlepiej z Poxyliny. Sposób jej wykonania wygląda następująco: Wytocz z Poxyliny niewielki walec o średnicy równej średnicy wewnętrznej korpusu silnika i wysokości ok 2cm, można zrobić to za pomocą formy. Następnie wykonujemy w nim otwór w kształcie niewielkiego lejka - robi się to najlepiej za pomocą ostro utemperowanego ołówka lub kredki. Po jednej stronie, dysza powinna mieć otwór o średnicy ok 1cm, a po pozostałej - 5mm. Czekamy 15 min aż dysza stwardnieje, smarujemy jej brzegi Poxipolem, a następnie umieszczamy ją w silniku rakietowym otworem o większej średnicy do środka korpusu. Pamiętajmy, że dysza musi jak najmocniej "siedzieć" w silniku, zatem bardzo istotne jest aby wykonać z wysoką precyzją. Dla upewnienia się, że podczas zapłonu mieszanki zostanie ona na swoim miejscu, dobrze jest ją umieścić w silniku na głębokości ok jednego centymetra, a następnie odstające brzegi korpusu zagiąć do środka.
6. Umieść w dyszy lont lub zapalnik elektryczny.

W ten sposób otrzymany silnik rakietowy bardzo ciasno umieszczamy w rakiecie, a tę zaś na prowadnicy. Ponieważ jest nią antena z radia (lub w innym przypadku gładki pręt), to powinien być on stabilnie umieszczony w ziemi skierowany prosto w górę, a na nim zaś powinna znajdować się rakieta (za pomocą doklejonej rurki z boku korpusu rakiety). Tak skonstruowana rakieta gotowa jest do startu. Podpal lont i czym prędziej odsuń się od miejsca startu na 20m. Pamiętaj aby zawsze stosować zasadę ograniczonego zaufania względem takich konstrukcji - nie wiadomo bowiem jak takie dziadostwo zachowa się podczas startu jak i w powietrzu. Powodzenia! Pamiętaj rzadko za pierwszym razem wychodzi! :-)
Zdjęcia podzespołów silnika 2-fazowego
Korpus silnika. Wykonany z papieru ksero, ze sklejki papierowej (papier xero + wikol + woda) oraz pomalowany od wewnątrz solidną warstwą szkła wodnego zapobiegającego przepaleniu korpusu.
Widok dyszy od tyłu. Wyraźnie widać, iż dysza ma charakter lejka zwężającego się z 15mm do 6mm. Materiał: żywica epoxydowa + utwardzacz.
Element (2-giej fazy pracy silnika), mający za zadanie wyrzucić spadochron w momencie wypalenia się paliwa w silniku. Element umieszczamy w korpusie po przeciwnej stronie dyszy. Jego zawartość stanowi proch czarny. Ładunek odpalany jest za pomocą kanału prochowego widocznego na zdjęciu.
Widok tej samej dyszy z przodu.
Gotowy, poskładany silnik rakietowy. Wyraźnie widać, iż czopem znajdującym się po przeciwnej stronie dyszy jest element 2-giej fazy, skierowany kanałem prochowym do środka korpusu. Element ten jak i dysza ciasno umieszczone są w korpusie i dodatkowo przyklejone Poxipolem.
Zdjęcia Rakiety


Wiecej: http://www.eioba.pl/a72892/pirotechnika_amatorska#ixzz18l4n3jwj

Brak komentarzy:

Prześlij komentarz