НА СТАРТЕ — ОДНОСТУПЕНЧАТЫЕ

Космос зовет мальчишек. Сегодня чуть не каждый школьник мечтает стать космонавтом так же, как в далекие 30-е годы их сверстники грезили авиацией. И как десятилетия назад, ребята готовятся к предстоящим стартам. Изучают в ракетомодельных кружках теорию, строят сложные модели-копии «Союзов», спортивных ракет, участвуют в соревнованиях и конкурсах. Только Всесоюзный конкурс «Космос», проводимый нашим журналом, собирает ежегодно сотни юных знатоков космонавтики. Открывая этой статьей серию материалов по ракетомоделизму, редакция надеется, что они будут дополнительным пособием как для руководителей кружков, так и для их участников.

Любая летающая модель ракеты имеет следующие основные части: корпус, Стабилизаторы, парашютирующую систему, направляющие кольца, головной обтекатель и двигатель. Выясним их назначение.

Корпус служит для размещения двигателя и парашютирующей системы. К нему крепятся стабилизаторы и направляющие кольца. Для придания модели хорошей аэродинамической формы верхняя часть корпуса оканчивается головным обтекателем. Стабилизаторы нужны для устойчивости модели в полете, а парашютирующая система — для замедления свободного падения. С помощью направляющих колец модель крепят на штангу перед взлетом. Двигатель создает необходимую тягу для полета.

ПОСТРОЙКА МОДЕЛИ. Основной материал для летающих моделей ракет — бумага. Корпус и направляющие кольца склеивают из ватмана. Стабилизаторы делают из фанеры или тонкого шпона. Бумажные детали склеивают столярным или казеиновым клеем, а другие нитроклеем.

Изготовление модели начинают с корпуса. У простейших моделей ракет он цилиндрический. Оправкой может служить любой круглый стержень диаметром более 20 мм, так как такой размер имеет наиболее распространенный двигатель. Чтобы он легко вставлялся, диаметр корпуса должен быть немного больше.

Важными геометрическими параметрами корпуса модели являются: диаметр d и удлинение λ, то есть отношение длины корпуса 1 к диаметру d (λ = l/d). Удлинение большинства моделей ракет равно 15—20. Исходя из этого, можно определить размер бумажной заготовки для корпуса. Ширину заготовки вычисляют по формуле длины окружности L = πd. Полученный результат умножают на два (если корпус из двух слоев) и добавляют 10—15 мм на припуск для шва. Если оправка 021 мм, то ширина заготовки будет около 145 мм.

Можно поступить проще: обмотать два раза вокруг оправки нитку или полоску бумаги, прибавить 10—15 мм, и станет ясно, какой должна быть ширина заготовки для корпуса. Имейте в виду, что волокна бумаги необходимо располагать вдоль оправки. В этом случае бумага скручивается без изломов.

Длину заготовки вычисляют по формуле l = λ·d. Подставив известные значения, получим l = 20·21 = 420 мм. Обмотайте заготовку вокруг оправки один раз, оставшуюся часть бумаги промажьте клеем, дайте ему немного подсохнуть и обмотайте второй раз. У вас получилась бумажная трубка, которая и будет корпусом модели. После просушки зачистите мелкой наждачной бумагой шов и остатки клея, покройте корпус нитроклеем.

Теперь возьмите обычный круглый карандаш, намотайте и склейте на нем трубочку длиной 50—60 мм в три-четыре слоя. Дав ей просохнуть, разрежьте ножом на кольца шириной 10—12 мм. Они будут направляющими кольцами.

Форма стабилизаторов может быть различной (рис. 1). Наилучшую устойчивость модели в полете обеспечивают показанные на рисунках 1в и 1д. У них около 40% площади находится за срезом кормовой (нижней) части корпуса. Однако и другие формы стабилизаторов дают запас устойчивости, ведь удлинение у модели λ = 15—20.

Выбрав понравившийся вам стабилизатор, сделайте его шаблон из картона или целлулоида. По шаблону вырежьте стабилизаторы из фанеры толщиной 1—1,5 мм или шпона (наименьшее число стабилизаторов — три). Сложите их стопкой (друг на друга), закрепите в тисках и обработайте по краям напильником. Потом закруглите или заострите все стороны стабилизаторов, кроме той, которой они будут приклеены. Зачистите их мелкой наждачной бумагой и приклейте к низу корпуса.

Головной обтекатель желательно выточить на токарном станке. Если такой возможности нет, выстругайте его ножом из кусочка древесины или вырежьте из пенопласта и обработайте напильником и наждачной бумагой.

В качестве системы спасения применяют парашют, ленту или другие устройства. Ленту сделать несложно (см. описание модели ракеты «Зенит»). Как изготовить парашют, объясним подробнее.

Купол надо вырезать из легкой ткани, папиросной или микалентной бумаги или другого легкого материала. Приклейте к нему стропы, как показано на рисунке 2. Диаметр купола для первых моделей лучше делать 400—500 мм. Укладка показана на рисунке 3.

Рис. 2. Приклейка строп.

Рис. 3. Укладка парашюта.

Все детали модели готовы. Теперь сборка. Головной обтекатель соедините резиновой нитью (амортизатором) с верхней частью корпуса модели ракеты. Свободный конец строп парашюта закрепите на головном обтекателе.

Чтобы модель легко было наблюдать на фоне неба, окрасьте ее в яркий цвет.

Перед тем как запустить модель, разберем ее полет, прикинем, будет ли удачным наш первый старт.

УСТОЙЧИВОСТЬ МОДЕЛИ. Одной из сложных задач как большой ракетной техники, так и малой, является стабилизация — обеспечение устойчивости полета по заданной траектории. Устойчивость модели — это способность возвращаться в положение равновесия, нарушенное какой-либо внешней силой, например порывом ветра. Говоря инженерным языком, модель должна быть стабилизирована по углу атаки. Так называется угол, который составляет продольная ось ракеты с направлением полета.

Один из способов обеспечения устойчивости модели — аэродинамический — заключается в изменении аэродинамических сил, действующих на нее в полете. Аэродинамическая устойчивость зависит от расположения центра тяжести и центра давления. Обозначим их соответственно ц. т. и ц. д.

С понятием ц. т. знакомят на уроках физики. Да и определить его нетрудно — путем балансировки модели на остроугольном предмете, например на ребре тонкой линейки. Центр давления — это точка пересечения равнодействующей всех аэродинамических сил с продольной осью ракеты.

Если ц. т. ракеты расположен позади ц. д., то аэродинамические силы, возникшие вследствие изменения угла атаки под действием возмущающих сил (порыв ветра), создадут момент, увеличивающий этот угол. Такая модель будет неустойчивой в полете.

Если ц. т. расположен впереди ц. д., то при появлении угла атаки аэродинамические силы создадут момент, который возвратит ракету к нулевому углу. Такая модель будет устойчивой. И чем дальше ц. д. смещен относительно ц. т., тем большей устойчивостью обладает ракета. Отношение расстояния от ц. д. до ц. т. к длине модели называется запасом устойчивости. Для ракет со стабилизаторами запас устойчивости должен быть равен 5—15%.

Как было отмечено выше, ц. т. модели найти нетрудно. Осталось определить ц. д. Поскольку расчетные формулы для нахождения центра давления очень сложны, воспользуемся простым способом его нахождения. Из листового однородного материала (картона, фанеры) вырежьте фигуру по контуру модели ракеты и найдите ц. т. этой плоской фигуры. Эта точка и будет ц. д. вашей модели.

Существует несколько способов обеспечения устойчивости ракеты. Один из них — смещение ц. д. к хвостовой части модели за счет увеличения площади и расположения стабилизаторов. Однако на готовой модели это выполнить невозможно. Второй способ — смещение центра тяжести вперед путем утяжеления головного обтекателя.

Проведя все эти несложные теоретические расчеты, вы можете быть уверены в успешном старте.

ОДНОСТУПЕНЧАТАЯ МОДЕЛЬ С ПАРАШЮТОМ (рис. 4А). Предлагаемая модель может быть рекомендована для соревнований на продолжительность полета.

Корпус — из двух слоев чертежной бумаги, склеен столярным клеем на оправке диаметром 22 мм. В нижней его части закреплена обойма под двигатель.

Направляющие кольца — из четырех слоев чертежной бумаги, оправкой для них служит круглый карандаш диаметром 7 мм. Три стабилизатора из фанеры толщиной 1 мм приклеены нитроклеем встык к нижней части корпуса.

Рис. 4А. Одноступенчатая модель с парашютом:

1 — стабилизатор, 2 — двигатель, 3 — пыж, 4 — корпус, 5 — парашют (без чехла), б — стропы, 7 — обтекатель

Рис. 4Б. Модель для соревнований «спуск на ленте».

Головной обтекатель выточен на токарном станке из березы и соединен с корпусом резиновой нитью.

Купол парашюта круглый, диаметром 500 мм, из микалентной бумаги. Шестнадцать строп из ниток № 10 прикреплены к головному обтекателю.

Вся модель после сборки покрыта тремя слоями нитролака и окрашена нитрокрасками полосками черного и желтого цвета.

Масса модели без двигателя 45 г.

МОДЕЛЬ РАКЕТЫ «ЗЕНИТ» (рис. 4 Б). Эта модель сконструирована для соревнований «спуск на ленте», а также на высоту полета.

Корпус склеен из бумаги на оправке 20,5 мм. Стабилизаторы — из фанеры. Головной обтекатель — из липы.

Лента размером 50×500 мм изготовлена из микалентной бумаги. Одной из узких сторон при помощи амортизатора (резиновой нити) крепится к корпусу.

Масса модели без двигателя — 20 г.

В. РОЖКОВ, мастер спорта СCCP