Простейшие ракеты. В связи с приближающимся Новым годом и из-за "протекционистской" политики в отношении пиротехники (проще говоря, официальные торгаши с магазинами выживают руками инспекций неофициальных торгашей с лотками, ну а затем взвинчивают цены - причем продавая то же самое) заметное значение для многих приобретает изготовление самодельных пиротехнических устройств. При этом желательно, чтобы технология их изготовления была предельно простой, не трудоемкой и максимально безопасной.
Ракетные микродвигатели.
Сложной проблемой при изготовлении в домашних условиях ракетных микродвигателей является прессование топливных зарядов; и часто отсутствие соответствующего оборудования вынуждает применять весьма опасную технологию заливки расплава.
Однако несложные и безопасные в изготовлении топливные заряды (правда, невысокой эффективности) могут быть выполнены методом "намотка + пропитка". Причем заряд сразу же имеет готовый канал, и удлинение канала (отношение длины заряда к диаметру канала) может быть весьма большим (до 20-40).
Необходимые материалы: для самих топливных зарядов - рыхлая, хорошо впитывающая воду (но не размокающая) бумага (например, бумажные полотенца или неплотная фильтровальная), нитрат калия (калийная селитра), гексацианоферрит калия (красная кровяная соль), жидкий нитроклей (либо раствор бездымного пороха), клеевой карандаш. Для корпусов - более плотная бумага и различные клеи (БФ или какой-либо другой водостойкий, ПВА или бустилат); дополнительно - анодированная алюминиевая фольга от электролитических конденсаторов. Для отливки сопел и обтекателей - силиконовый герметик, силикатный клей, мелкий мел (подходит зубной порошок "Детский"), вспениватель (подходят перекись бария, алюминиевая пудра, отбеливатель "Персоль"), наполнители (например, окись магния, мелкие древесные опилки).
Основу топливного заряда представляет толстостенная бумажная трубка. Ее изготавливают, наматывая полосу рыхлой бумаги на подходящий круглый (или шестигранный) стержень. Диаметр стержня - 3-10мм (соответствует диаметру канала в заряде), внешний диаметр намотки - 2-5 диаметров стержня, длина намотки (ширина бумажной полосы) - 10-50 диаметров стержня. При намотке первый и последний витки проклеиваются клеевым карандашом. Клей рекомендуется наносить на виток двумя полосами (во избежание искривления заряда при пропитке) - одной - по краю витка, и другой - симметрично, с противоположной стороны. Сама намотка выполняется с легким натяжением и должна быть ровной, без "пузырей" (крупные воздушные включения могут привести к разрыву ракеты).
Если заряд должен иметь значительный диаметр, то наматывать можно двойную бумажную ленту - причем для внутренней можно использовать и размокающую бумагу (у размокающей - например, у рулонной туалетной - впитывающая способность обычно выше).
Для более удобного обращения с зарядами (пропитка и сушка) из одножильного провода в полиэтиленовой или винилхлоридной изоляции сгибаются Т-образные подвесы.
Подготовленные бумажные трубки далее пропитываются горячим концентрированным раствором окислителя (содержащим также ускорители горения). Простой - и достаточно безопасный вариант такой пропитки - применение раствора нитрата калия (калийной селитры) и гексацианоферрита калия (красной кровяной соли). Калийная селитра является здесь окислителем, а красная кровяная соль играет роль и топлива, и ускорителя горения (образующего при сгорании каталитическую окись железа).
На 100мл воды берут 120г калийной селитры (KNO3) и 40г красной кровяной соли (K3[Fe(CN)6] ). Растворяют соли в химическом стакане на кипящей водяной бане. Соли рекомендуется предварительно растереть (по отдельности!), т.к. растворение последних порций идет весьма медленно и требует непрерывного размешивания.
Готовый раствор переливается в подходящий цилиндрический сосуд (например, в большую пробирку или в мерный цилиндр), также обогреваемый кипящей водяной баней или паром. В принципе, при использовании электрической мешалки, растворение солей можно вести непосредственно в этом сосуде.
Остатки раствора, остающиеся после изготовления двигателей, пригодны, например, для изготовления жилы огнепроводного шнура - путем горячей пропитки х/б шпагата с последующим охлаждением и высушиванием (внимание ! скорость горения шнура с такой сердцевиной весьма велика, и он не должен использоваться как замедлитель). Кроме того, пропитывая раствором подходящие горючие субстраты (гранулированный активированный уголь, древесную щепу или опилки, вату, т.п.), можно получать различные пиротехнические компоненты - искры, звезды, вышибные заряды и т.д.
Далее в раствор медленно вертикально опускается бумажная трубка (надетая на Т-образный проволочный подвес; в случае широкого сосуда можно опускать одновременно несколько трубок). Желательно, чтобы погружение в жидкость происходило естественным образом (т.е. трубка должна тонуть за счет быстрого впитывания раствора). Важно, чтобы раствор в конце полностью покрывал верхний конец трубки (иначе, перевернув трубку, необходимо будет повторить пропитку).
Здесь следует отметить, что иногда встречаются сорта бумаги, "дубящиеся" в таком концентрированном горячем растворе - хорошо впитывающие холодную воду, горячий раствор они поглощают плохо, полностью им не пропитываются и в нем не тонут.
Пропитанная трубка за подвес вынимается из раствора и возможно быстро охлаждается (желательно - под струей воздуха от вентилятора); при быстром охлаждении растворенные соли равномерно выделяются по всему объему заряда - прежде всего, в порах бумаги.
Эти операции пропитки и охлаждения выполняются для всех приготовленных бумажных трубок, после чего трубки высушивают. Предварительную сушку лучше всего проводить при пониженной (около +5град.С) температуре, периодически поворачивая лежащие горизонтально заряды; зимой (при -5- -20град.С) их можно сушить на улице (на подвесах). Для окончательного высушивания заряды далее сутки выдерживают (также укрепленными на подвесах) в сушильном шкафу при 30-40град.С.
Полученные твердые, "звучащие" при ударе желто-коричневые шашки имеют высокую пористость и являются готовыми топливными зарядами с весьма высокой скоростью горения. Тем не менее, для повышения механической прочности их рекомендуется пропитать раствором подходящего связующего в органическом растворителе - например, жидким нитроклеем (раствором нитропластика или бездымного пороха в ацетоне или растворителе 646). Заряд на подвесе опускается в такой раствор, через несколько минут вытаскивается (избытку раствора дают стечь) и высушивается при хорошей вентиляции.
К сожалению, высокая вязкость не позволяет использовать для проклеевания концентрированные нитроцеллюлозные растворы; увеличения энергосодержания в зарядах можно добиться добавлением в нитроклей до 10-20% ди- или тринитротолуола, полинитронафталинов, как дополнительной присадки - тэна.
Надо заметить, что пористость заряда при проклейке уменьшается; соответственно снижается скорость горения и тяга двигателя (при увеличении времени его работы).
Готовый топливный заряд плотно оборачивается (2-4 витками) широкой лентой из плотной бумаги; ширина лены должна несколько превышать длину заряда. И лента, и поверхность заряда пред намоткой промазываются каким-либо водостойким клеем (БФ, резиновый, 88, "Ластан", т.д.). Для лучшего склеивания сверху можно временно (на период сушки) намотать виток к витку узкую текстильную (тканевую) ленту или тесьму.
После высыхания клея тесьма сматывается, верхний (бронируемый) торец топливного заряда и выступающий край бумажной оболочки промазываются густой смесью силиконового герметика и какого-либо легкого наполнителя (подходят окись магния, толченый уголь, тонкие древесные опилки, т.п.), после чего бумага аккуратно "в нахлест" пригибается к центру заряда (полностью перекрывая отверстие канала). Сверху образованный торец сборки для закрепления промазывается такой же смесью.
Противоположный конец топливного заряда так же обмазывается - но тонким слоем и оставляя свободным отверстие канала. Если двигатель изготавливается с соплом, прилежащий край бумажной оболочки укорачивается и несколько подгибается внутрь (к оси заряда). Если же предполагается безсопловой вариант ракеты, то оставляют ровную бумажную "юбку" длиной 1-3 диаметра заряда, внутреннюю поверхность которой покрывают силиконовым герметиком (или его смесью с наполнителем).
В принципе, для бронирования торца можно использовать смесь почти любого водостойкого клея (БФ, 88, резиновый, т.д. - кроме нитроклея) и термостойкого наполнителя (окись магния, аморфная окись алюминия, силикатная пудра, т.п.); для формирования соплового торца желательно использовать именно силиконовые композиции (в силу их термостойкости).
Если желательно увеличить механическую прочность двигателя (например, из-за высокого давления в камере при малом критическом диаметре сопла), то топливный заряд предварительно оклеивается широкой анодированной алюминиевой фольгой от старого электролитического конденсатора. Бумажная оболочка наматывается поверх фольги, торец заряда бронируется сначала с пригибанием фольги, а затем - бумаги; с другой стороны заряда подогнутые края фольги образуют внутреннюю поверхность сопла.
После отвержения (хотя бы частичного) герметика на готовый двигатель на клею наматывается широкая бумажная лента, образующая корпус ракеты; клей можно использовать на водной основе - например, ПВА, "Бустилат", столярный). Если ракета должна нести какой-либо пиротехнический элемент, ленту берут более широкую - так, чтобы припуск в верхней части образовывал трубу для размещения пиротехнического заряда.
Замедлитель для передачи воспламенения на пиротехнический элемент может быть проведен по внешней поверхности ракеты. Для этого в верхней части двигателя на боковой поверхности сверлят глухое отверстие (вручную - не дрелью !), доходящее до внешних слоев топливного заряда. Отверстие плотно заполняется смесью пороховой мякоти и подходящего клея; из этой же смеси на поверхности корпуса формируется дорожка-огнепровод, ведущая к отверстию с воспламенителем пиротехнического элемента. При необходимости, поверх огнепровода для защиты может быть наклеена полоса бумаги, ткани или просто липкой ленты.
Для предотвращения прорыва пламени к заряду дно трубы (торец двигателя) заливают (после высыхания корпуса) смесью силикатного клея, тонкого мела и какого-либо вспенивателя (алюминиевой пудры, перекиси бария, "Персоли"), образующей после застывания прочный и легкий объемный слой.
Такая же смесь может быть использована для отливки обтекателя - заливаемая в полость торца корпуса "до края" смесь постепенно увеличивается в объеме (из-за вспенивания) и начинает "вылезать" из торца, формируя правильный полусферический обтекатель.
Сопло ракеты формируется внутри образуемой корпусом бумажной "юбки" из очень густой смеси силиконового герметика и легкого наполнителя; для улучшения адгезии перед нанесением смеси торец двигателя и внутренняя поверхность "юбки" слегка обмазываются чистым герметиком.
Интересный эффект получается при формировании сопла из смеси инертного наполнителя и силикатного клея - после старта смесь прогревается, твердый силикатный клей вспенивается, перекрывая сопло, и ракета на некоторой высоте взрывается, разбрасывая горящие остатки топливного заряда (причем такая взрывающаяся ракета может иметь дополнительную внешнюю сгорающую оболочку).
Стабилизаторы ракеты могут быть выполнены в виде двух длинных (0,5 - 1,5 длины корпуса ракеты) узких полосок тонкого стеклотекстолита, симметрично приклеиваемых к нижней части корпуса (желательно, термостойким клеем - БФ или эпоксидным) и дополнительно укрепляемых несколькими витками лавсанового скотча.
Оптимальным для запуска ракеты является применение электровоспламенителя, приклеиваемого к поверхности топлива в верхней части канала (вблизи бронирования; провод от воспламенителя выводится через сопло) - воспламенение при этом идет очень быстро и равномерно. При использовании огнепроводного шнура (не искрящего) его желательно вводить на большую глубину; кроме того, можно использовать так же введенный на всю глубину канала сверхбыстрогорящий шнур (изготовление которого будет описано).
Пуск таких ракет можно осуществлять как с любых - трубчатых или коробчатых - направляющих, так и просто воткнув стабилизаторы в песок или в снег; можно также изготовить "многоствольную" установку с последовательным пуском комплекта ракет.
Если скорость горения заряда на основе калийной селитры и красной кровяной соли недостаточна, поднять ее можно введением в состав хлората калия (бертолетовой соли). В частности, была опробована и показала хорошие результаты пропитка раствором, содержащим на 110мл воды 100г KNO3, 38г K3[Fe(CN)6], и 20г KClO3.
Введение больших количеств хлората позволяет исключить из рецептуры феррицианид - например, удовлетворительно работают двигатели, изготовленные на основе раствора 40г KClO3 и 80г KNO3 в 100мл воды. Однако зависимости скорости горения от давления при этом будут более крутыми, и даже незначительное зауживание сопла может привести к взрыву ракеты. Кроме того, надо помнить, что все составы, содержащие хлораты, имеют высокую чувствительность к трению и удару, и весьма опасны в обращении.
Красная кровяная соль в рецептурах может быть частично заменена желтой (использовался раствор 10г K4[Fe(CN)6]*3H2O, 25г K3[Fe(CN)6], 20г KClO3 и 80г KNO3 в 100мл воды). Но из-за внесения связанной (кристаллизационной) воды и эффективности, и скорости горения оказываются ниже.
Вообще же, наилучшие результаты при рассмотренной методике изготовления двигателей можно получить, применяя горячие насыщенные растворы перхлората аммония (как чистые, так и с различными топливными и каталитическими добавками). В то же время следует учитывать, что горячие растворы аммонийных солей разъедающе действуют на целлюлозу бумаги, и при одинаковой проклейке механическая прочность (а следовательно, максимальное допустимое давление в камере) для таких зарядов заметно ниже.
