Хотите собрать свою двухметровую ракету? В этой статье я опишу всё, что вам нужно знать по этой теме! Я не просто покажу вам, как сделать ракету из бутылки своими руками, но и объясню конструкцию механизма парашюта и площадки для запуска.
Статья разделена на 5 шагов:
- Шаг 1) Сборка сегментов сосуда с давлением
- Шаг 2) Сборка пусковой установки и сопла
- Шаг 3) Тест давления и сборка сосуда c давлением
- Шаг 4) Сборка механизма парашюта
- Шаг 5) Приготовления, техника безопасности и запуск
- Шаг 6) (дополнительный) Список необходимых материалов
Шаг 1: Сборка сегментов сосуда с давлением
В первой части этой инструкции я расскажу вам о конструкции сегментов сосуда с давлением. Для лучших результатов лучше использовать бутылки одного типа. Я рекомендую вам найти узкие бутылки с ровными стенками. Бутылки, на стенках которых есть текстура и узоры, не очень годятся для данного проекта.
Для простоты сборки мы используем в водяной ракете три коротких сегмента-сосуда с давлением, которые позже соединим друг с другом. Для склейки бутылок нужен клей на основе полиуретана.
Шаг 2: Сборка пусковой установки и сопла
Во второй части руководства вы увидите, как правильно собрать пусковую установку и сопло. Пусковая установка упрощена и состоит из трёх частей: стэнда, системы Gardena и триггера. Стэнд можно с легкостью собрать из деревянных досок. В нём нужно просверлить небольшие отверстия, через которые он будет крепиться к земле.
Если вы хотите, чтобы пусковая установка прослужила долго, то покрасьте её, защитив от воды. Сопло создаётся из переходника для гайки Gardena, в который эпоксидкой вклеивается крышка от пластмассовой бутылки.
Шаг 3: Тест давления и сборка сосуда c давлением
В третьей части руководства я покажу, как провести тест с давлением для сегментов сосуда и собрать его. Для проведения теста нужно практически полностью наполнить сосуд водой, на одну сторону накрутить сопло, а на другую обычную крышку. Тесты всегда должны проводиться на улице и за ограждением, таким образом, при взрыве никто не пострадает. Когда вы подготовите всё к тесту, то при помощи системы шланг вашей пусковой установки начните увеличивать воздушное давление в сосуде. На своих тестах я увеличиваю давление примерно до 8.8 атмосфер.
Если вы дополнительно обзаведетесь регулирующим клапаном Gardena, то после успешных испытаний сможете легко выпускать воздух из баллона. Если все сегменты прошли тест с давлением, то их можно соединить при помощи коннекторов, мы используем Tornado Tubes.
Шаг 4: Сборка механизма парашюта
В четвертой части руководства я покажу, как сконструировать механизм парашюта. Внешняя оболочка системы развертывания парашюта состоит из пластиковой бутылки того же типа, какие используются для сегментов сосуда с давлением. Две круглые пластины делаются из того же материала, что и ребра ракеты и приклеиваются к корпусу с помощью горячего клея. Вал таймера (так называемый Томми-таймер, Tommy Timer) изгибается посередине двумя парами плоскогубцев. После того, как краска высохла, вы можете прикрепить таймер к корпусу с помощью кабельной стяжки.
Шаг 5: Приготовления, техника безопасности и запуск
В пятой и последней части вы увидите процесс запуска и приготовления к нему.
Выбор места для запуска:
- пустые поля или луга
- далеко от домов, улиц, деревьев и линий электропередачи
- в некоторых случаях понадобится разрешение от компетентных органов
Учтите погодные условия:
- не запускайте ракету при сильном ветре
- не запускайте ракету в шторм
- пара капель воды с неба не навредят ракете
Думайте о безопасности:
- обязательно оденьте защитные очки
- не подходите к «накачанной» ракете
- следите, чтобы в районе запуска не появились прохожие, дети и животные.
ВОЗДУШНО-ВОДЯНАЯ РАКЕТА
Ученика 2 класса
муниципального бюджетного общеобразовательного учреждения «Лицей»
Шевчукова Льва Романовича
Руководитель работы
Губина Марина Николаевна,
учитель начальных классов МБОУ «Лицей»
2016 год
Содержание
Введение3
1.
Давняя мечта человека
3-5
2.
Кто придумал ракету?
5-6
3.
Строение ракеты
6-7
4.
Почему ракета взлетает?
7-9
5.
Изготовление воздушно-водяной ракеты
9-15
6.
Выводы
15
7.
Источники информации
15
Введение
В детстве многие мечтали
В звёздный космос полететь.
Чтоб из этой звёздной дали
Нашу землю осмотреть!
Издавна человека волновала и манила высь неба, усыпанная звёздами. Юрий Гагарин первым из землян осуществил мечту человечества – увидел нашу Землю из космоса.
Меня тоже интересует вопрос - почему ракеты взлетают? Почему именно на ракетах летают в космос?
Цель проекта: создание модели воздушно-водяной ракеты своими руками
Задачи:
1.расширить свои представления о космосе;
2. узнать, какие законы физики действуют при взлёте ракеты;
3. познакомиться с устройством ракеты;
4.создать воздушно-водяную ракету своими руками.
5.создать видео полёта воздушно-водяной ракеты.
Объект проекта: воздушно-водяная ракета
Предмет проекта: процесс создания модели воздушно-водяной ракеты своими руками.
1. Давняя мечта человека
С глубокой древности люди мечтали летать, как птицы. О своих фантазиях наши предки рассказывали в сказках. Сказочные герои отправлялись в полет на ковре-самолете, в ступе и на метле. Многие герои по-своему передвигались по воздуху. Баба Яга в ступе, Маленький Мук в волшебных тапочках, Карлсон на своем моторчике.
Но больше всего людям хотелось взмахнуть руками, как крыльями, и полететь над землей подобно птицам. Больше трех тысяч лет тому назад создали греки миф о Дедале и сыне его Икаре. Великий художник, изобретатель и зодчий Дедал сделал две пары крыльев из птичьих перьев, скрепленных нитками и воском. Поднялись в воздух Дедал и Икар, чтобы улететь на родину в Афины с острова Крит, где их держал в плену царь Минос. Дедал наказывал сыну – не приближайся к солнцу, его лучи растопят воск. Но упоенный счастьем полета Икар поднимался все выше, выше… Солнце растопило воск, рухнул Икар с высоты и погиб в морских волнах. А Дедал долетел до земли и благополучно спустился. С тех пор поэтичный образ Икара стал воплощением мечты человека о полете.
Но человечество не оставляло свою мечту о полете. Уже много веков тому назад люди пробовали создать крылья, на которых можно было бы подняться ввысь. Все попытки подражать птицам были неудачны. Летать на машущих крыльях не удавалось. Так, в XVIII веке, появились воздушные шары. Недостатком воздушных шаров было то, что двигались они только в том направлении, куда дул ветер.
Люди думали над вопросом: как сделать воздушный шар управляемым? Были попытки использовать руль и весла, но все безрезультатно. Пока, наконец, не придумали двигатель. Появились дирижабли.
Но и дальше людей не оставляла мысль о крыльях. Однако воздушные шары подняли человека в воздух на полтора века раньше, чем удалось осуществить полет на крыльях. На смену воздухоплаванию приходит авиация, аэроплан. Со временем аэропланы совершенствовались.
Первые опытные самолеты с турбореактивным двигателем были построены в годы Великой Отечественной войны. Винт для самолета стал ненужным. Крылья стали меньше и уже. Современный реактивный самолет способен перевезти сотни пассажиров со скоростью 969 км/ч. Полеты стали настолько привычны, что сегодня каждую минуту где-нибудь в мире заходит на посадку самолет. Сейчас существуют самолеты, которые летают быстрее скорости звука.
Прошли годы, и люди сумели покорить воздушное пространство Земли. Но они всё равно мечтали и о космическом пространстве.
Ученые придумали космический корабль для полета в космос. Прежде они решили проверить безопасность полетов на четвероногих помощниках – собаках. Выбирали собак не породистых, а дворняжек – ведь они и выносливы и неприхотливы. Космический корабль с четвероногими космонавтами – Белкой и Стрелкой облетел вокруг Земли 18 раз.
Чуть позже полетел в космос самый первый космонавт Земли - Юрий Алексеевич Гагарин. Его первый полёт в космос был самым трудным и опасным.
В настоящее время космонавты летают на современных высокоскоростных аппаратах.
2. Кто придумал ракету?
Оказывается, что ракеты человек изобрёл давно. Их придумали в Китае много сотен лет тому назад. Китайцы использовали их для того, чтобы делать фейерверки. Они долго держали в секрете устройство ракет, им нравилось удивлять чужестранцев. Но некоторые из этих удивлённых чужестранцев оказались людьми очень любознательными. Вскоре во многих странах научились делать фейерверки и праздничным салютом отмечать торжественные дни.
Ещё при Петре I была создана и применялась однофунтовая сигнальная ракета "образца 1717 года", остававшаяся на вооружении до конца XIX века. Она поднималась на высоту до одного километра. Некоторые изобретатели предлагали использовать ракету для воздухоплавания. Научившись подниматься на воздушных шарах, люди были беспомощны в воздухе.
Управляемый аппарат тяжелее воздуха - вот о чём мечтал революционер Н.Кибальчич в каземате Петропавловской крепости, осужденный на казнь за покушение на царя. За десять дней до смерти он завершил работу над своим изобретением и передал адвокату не просьбу о помиловании или жалобу, а "Проект воздухоплавательного прибора" (чертежи и математические расчеты ракеты.) Именно ракета, считал он, откроет человеку путь в небо.
Кибальчич размышлял о том, как применить для полета энергию газов, образующихся при воспламенении взрывчатых веществ. В своих рассуждениях он пришел к идее не самолета, а именно звездолета, так как его аппарат мог двигаться и в воздухе, и в безвоздушном пространстве. В своем "Проекте..." он писал: «Я верю в осуществимость моей идеи. Если мои идеи после тщательного обсуждения учеными-специалистами будут признаны осуществимыми, то я буду счастлив …»
3. Строение ракеты
Ракета состоит из 3 одинаковых ступеней, расположенных одна на другой. Каждая ступень ракеты состоит из двигателя и топливных баков. Первой включается и работает самая нижняя ступень. Эта ракета самая мощная, так как ее задача - поднять в воздух всю конструкцию. Когда топливо сгорает, а баки пустеют, нижняя ступень отрывается, и тут начинают работу двигатели второй ступени. В это время ракета набирает скорость и летит все быстрее. Когда горючее кончается, вторая ступень отрывается и включается в работу третья, последняя ступень, которая еще больше разгоняет корабль. Вот тут включается первая космическая скорость и корабль выходит на орбиту, а далее летит один, так как последняя ступень ракеты почти полностью сгорает при отсоединении.
Еще у ракеты есть стабилизаторы - маленькие крылья внизу. Они нужны для того, что бы ракета летела ровно и прямо. Если у ракеты не будет этих стабилизаторов, то она в полете будет болтаться из стороны в сторону.
Стабилизаторы же меняют всю картину. Когда ракета начинает отклоняться в бок, или заносить в сторону, как заносит машину на скользкой дороге, стабилизаторы подставляются под поток воздуха своей широкой частью и этим потоком их сносит назад. А у больших космических ракет стабилизаторов или нет вообще, или они очень маленькие, потому, что в таких ракетах стоит не один, а сразу много реактивных двигателей. Из них несколько больших, которые и толкают ракету вверх, а есть еще маленькие, которые нужны только для того, что бы подправлять полет ракеты.
Форма ракеты (как веретёнце) связана только с тем, что ей приходится по дороге в космос пролетать через воздух. Воздух мешает лететь быстро. Его молекулы стукаются о корпус и тормозят полёт. Для того, чтобы уменьшить воздушное сопротивление, форму ракеты и делают гладкой и обтекаемой.
4.Почему ракета взлетает?
Взлетом космической ракеты сейчас можно полюбоваться и по телевизору, и в кино. Ракета вертикально стоит на бетонном стартовом столе. По команде из пункта управления включаются двигатели, мы видим загорающееся внизу пламя, мы слышим нарастающий рев. И вот ракета в клубах дыма отрывается от Земли и сначала медленно, а потом все быстрее и быстрее устремляется вверх. Через минуту она уже на такой высоте, куда не могут подняться самолеты, а еще через минуту – Космосе, в околоземном безвоздушном пространстве.
Двигатели ракеты называются реактивными. Почему? Потому что в таких двигателях сила тяги является силой реакции (противодействия) силе, которая отбрасывает в противоположную сторону струю раскаленных газов, получаемых от сгорания топлива в специальной камере. Как известно, согласно третьему закону Ньютона, сила этого противодействия равна силе действия. То есть, сила, поднимающая ракету в космическое пространство равна силе, которую развивают раскаленные газы, вырывающиеся из сопла ракеты. Если Вам кажется невероятным, что газ, которому положено быть бесплотным, забрасывает на космическую орбиту тяжеленную ракету, вспомните о том, что сжатый в резиновых баллонах воздух успешно поддерживает не только велосипедиста, но и тяжелые самосвалы. Раскаленный добела газ, вырывающийся из сопла ракеты – тоже полон силы и энергии. Настолько, что после каждого старта ракеты стартовый стол ремонтируют, добавляя выбитый огненным вихрем бетон.
Третий закон Ньютона можно сформулировать иначе, как закон сохранения импульса. Импульсом называется произведение массы на скорость.
Если двигатели ракеты мощные, ракета очень быстро набирает скорость, достаточную для того, чтобы вывести космический корабль на околоземную орбиту. Эта скорость называется первой космической скоростью и равна приблизительно 8 километрам в секунду. Мощность двигателя ракеты определяется в первую очередь тем, какое топливо сгорает в двигателях ракеты. Чем выше температура сгорания топлива, тем мощнее двигатель. В самых ранних советских ракетных двигателях топливом был керосин, а окислителем – азотная кислота. Сейчас в ракетах используется более активные (и более ядовитые) смеси. Топливом в современных американских ракетных двигателях является смесь кислорода и водорода. Кислородно-водородная смесь очень взрывоопасна, но при сгорании выделяет огромное количество энергии.
Для того чтобы понять работу реактивного двигателя проведем опыт с воздушным шариком. Надуем воздушный шар и не завязывая отпустим его. Он со смешным звуком быстро начнет метаться из стороны в сторону, пока не сдуется. Шарик полетел потому, что из него выходил воздух. А это и есть реактивное движение. Есть такой закон природы: если от предмета отделяется его часть, то этот предмет начинает двигаться в противоположную сторону.
3.Журавлёва А.П. Начальное техническое моделирование. М.: Просвещение, 1999.
4 Свирин А.Д. До Земли ещё далеко. Книга знаний. М.: Дет. мир, 1992.
5.Синюткин А.А. Космос в метре от Земли. Ижевск, Удмуртия, 1992.
Запустить ракету может каждый. Для этого нет необходимости арендовать космодром, тратить многомиллионное состояние, ведь можно соорудить настоящую водяную ракету из обычной пластиковой бутылки.
Для начала разберемся с необходимыми материалами для водяной ракеты.
Нам понадобится обычная пластиковая бутылка, один штуцер (можно использовать штуцер от камеры старой покрышки или приобрести на рынке примерно за доллар), клеевой пистолет, кусок нити (желательно нейлоновой, поскольку она крепче), обычный насос и вода из-под крана.
В начале необходимо проделать отверстие небольшого размера на пробочке бутылки, вкрутить в это отверстие штуцер и заклеить все термоклеем для большей фиксации и изоляции и герметичности.
Далее необходимо нарастить по одному колечку с обеих сторон крышки. Это необходимо делать, чтобы при наматывании на крышку, нитка не соскальзывала. Также нужно не забыть зафиксировать один край нитки при наращивании колец.
Ракета готова. Остается вопрос, как именно работает эта конструкция?
В бутылку нужно набрать воды чуть больше половины, после чего закрутить пробку. Не нужно закручивать крышку слишком туго, поскольку ее главная роль – не пропускать воздух. Следующим делом нужно взять насос и накачать в бутылку воздух. Далее остается взять нитку и накрутить на крышку. Для запуска ракеты необходимо всего – лишь слегка придерживать бутылку левой рукой, а правой быстро потянуть нить так, чтобы крышка быстра открутилась.
Давление воздуха и воды поднимает ракету в воздух.
ВНИМАНИЕ!!! Сохраняйте правила предосторожности. Ни в коем случае не запускайте ракету в закрытом положении.
Это мозгоруководство о том, как построит ь и запустить гидроракету, да не просто, а профессионально, на основе моего многолетнего опыта.
Я не несу ответственности за любой ущерб, за все риски связанные с производством и запуском этой гидроракеты, ответственность вы берете на себя!
Веселого строительства и запуска аэросамоделки !
Шаг 1: Начинаем
Гидроракета приводится в движение с помощью давления сжатого воздуха, переданного в воду, тем самым создавая направленный гидроудар.
Если вы возьмете 1 стандартную двухлитровую пластиковую бутылку, то под давлением 120 пси ракета достигнет высоты около 30 метров. Но, если вы возьмете 2 двухлитровые бутылки, то под давлением 120 пси гидроракета поднимется примерно на 45 метров, так как воздуха в ракете будет больше, следовательно, и тяга больше. Вторая бутылка дает только 15 дополнительных метров потому, что масса самоделки увеличивается.
Шаг 2: Носовой конус
Отрезаем от одной бутылки верхнюю часть, а потом отрезаем от нее горлышко. Берем мяч для пин-понга и половиним его, сажаем половинку мяча на клей с внутренней части отрезанной вершины бутылки. Полученные две детали соединяем клеем или скотчем.
Добавление габаритного носового конуса смещает центр тяжести выше, следовательно, делает траекторию полета поделки более стабильной.
Шаг 3: Стабилизаторы
На мозгокомпьютере чертим шаблоны стабилизаторов, распечатываем их и вырезаем по форме. Затем приклеиваем шаблоны на картон, то есть придаем стабилизаторам нужную жесткость и вырезаем по контуру. Вместо картона можно использовать рифленый пластик.
Стабилизаторы монтируем на тело ракеты с помощью клея и скотча.
Шаг 4: Соединение
Бутылки ступеней могут соединяться днищами. Для этого в середине днищ бутылок сверлятся отверстия диаметром 7-8мм, в эти отверстия изнутри вставляются и герметизируются «папы» 8мм-х сантехнических муфт и соединяются бутылки с двумя «папами» посредством одно «мамы» муфты.
Другое соединение бутылок – крышками. В серединах крышек бутылок так же сверлятся отверстия диаметром 7-8мм, верх одной крышки прикладывается к верху другой крышки, просверленные отверстия в крышках центрируются, и соединяются 8мм-ой сантехнической муфтой. Далее в крышки навинчиваются бутылки гидроракеты .
Шаг 5: Сращивание
Для объединения двух бутылок вместе, как на рисунке, чтобы создать герметичное уплотнение, необходимо три бутылки.
Сначала отрезаются нижние концы двух одинаковых по размеру бутылок. Далее от третьей бутылки отрезаются верх и низ, и полученное кольцо вставляется наполовину в отрезанные края двух бутылок. Соединение герметизируем и укрепляем скотчем.
Шаг 6: Пусковой механизм
В качестве пускового механизма я применяю конструкцию, разработанную в НАСА. Этот механизм позволяет варьировать размер сопла ракеты, то есть выбрать оптимальное пусковое давление в системе.
Доска толщиной 1.5см
2 болта 10мм
сверло по металлу диаметром 10мм
сверло по дереву диаметром 10мм
по 6 гаек и шайб диаметром 10мм
велосипедный клапан (можете взять от старой велокамеры)
резиновая пробка
велосипедный насос
2 колышка для палатки
4 скобки L-формы
гвозди
Пусковая установка может выдерживать любое давление, в зависимости от резиновой пробки. Для этого соединение пробки и горлышка ракеты настраивается регулировочными болтами.
Шаг 7: Двухступенчатая ракета
Для двухступенчатых гидроракет может применяться конструкция с сервоприводом или клапаном давления.
15см трубки диаметром 22мм
фанера или пластиковая панель (как основа для всей конструкции)
встроенный невозвратный клапан (годится клапан от насоса)
первая и вторая ступени гидроракеты
Вставляем 2 см трубы 22мм в первую ступень. Используем эпоксидные или ПВХ мастики, чтобы запечатать вставленную трубку. Вставляем обратный клапан в 22мм трубу и приклеиваем его.
Из пластика вырезаем элементы дополнительного крепления для удержания бутылки в нужном нам положении.
Шарнир крепим на хомут. Когда вы наденьте бутылку (используйте вазелин для герметичности) убедитесь, что зажим на трубке прямо возле горлышка первой ступени. Затем зажмите ваш шарнир на горлышке бутылки так, чтоб было герметично и устойчиво.
Шаг 8: Тройные ракетоносители
Ракетоносители легко сделать, потому что они просто держатся на выталкивающей бутылке.
Размечаем места крепления ракетоносителей на основной ступени. Конструируем три ракетоносителя с одним стабилизатором и крепим их на размеченные места. Собираем пусковой механизм для тройных ракетоносителей и испытываем ракету!
Шаг 9: Парашют
Парашютная система сконструирована по методу простого гравитационного развертывания.
Парашютный конус установлен на ракете слабо, поэтому, когда ракета достигает максимальной высоты, утяжеленный носовой конус первым начнет падать на землю, и развернет парашютную систему.
Делаем конус для парашютного отсека и примеряем его к носовому отсеку, он должен достаточно слабо сидеть на носовом отсеке. Сверлим отверстие в носовом отсеке и парашютном конусе под шнур парашютной системы, продеваем и завязываем этот вытяжной шнур.
Крепим стропы парашюта к вытяжному шнуру, так чтобы при срабатывании системы парашют исправно функционировал и парашютный конус не терялся.
Шаг 10: Грузовой отсек
Грузовой отсек используется для перевозки полезного груза, такого как датчик высоты, акселерометр, или даже ручного слизня, но падение с высоты может убить его.
Отрезаем низ любого размера от бутылки. Из гофрированного пластика вырезаем два диска диаметра бутылки. Из этого же пластика вырезаем полоску шириной диаметра бутылки и длиной чуть меньше грузового отсека. Склеиваем детали, а когда высохнет клей, помещаем в грузовой отсек и заполняем полезным грузом.
Шаг 11: Собираем, запускаем
Теперь, когда вы знаете, как делать все основные узлы гидроракеты, можете приступать к созданию своей собственной самоделки !