«ВЫСОТКИ» ШТУРМУЮТ НЕБО

Категория высотных моделей (S1) — одна из самых «старых» в ракетомоделизме. С 1985 года, с шестого мирового первенства, она прочно «прописалась» во всех чемпионатах мира и Европы. Надо отметить, что наши спортсмены сразу стали лидерами в ней и из одиннадцати мировых первенств последних двадцати лет семь раз становились чемпионами.

Убедительную победу на 16-м чемпионате мира на Байконуре в классе моделей на высоту полёта одержал В.А.Меньшиков, неоднократный чемпион России, призёр и победитель первенств Европы и мира. Его модель — «высотка» класса S1B поднялась на 612 м (см. «М-К» № 6 за 2007 год).

В зависимости от удельного импульса двигателей, диаметра и длины корпуса категория S1 разделена на пять классов. Вот уже много лет чемпионатными являются классы S1B — у юношей и S1C — у взрослых. После недавних изменений в кодексе ФАИ технические требования к моделям стали одинаковыми: минимальный диаметр — 40 мм на середине длины ракеты (не менее 500 мм). И ещё — в категории S1 минимальный диаметр корпуса (заднего сечения любой ступени) не должен превышать 18 мм.

Классы S1B и S1C отличаются максимальным суммарным импульсом двигателей и стартовой массой модели. У юношеских — импульс не более 5 н. с., масса — не более 60 г., у взрослых соответственно — не более 10 н. с. и 120 г.

Ещё одно общее требование к моделям данной категории. При использование двух «рабочих» ступеней импульс модельного ракетного двигателя (МРД) должен быть одинаковый на обеих ступенях — по 2,5 н. с. (у класса S1B) и по 5 н. с. (для класса S1C). Разрешается использовать любое число двигателей, при любой их комбинации, при условии, что их суммарный импульс не превысит допустимого значения для данного класса.

Цель соревнований в категории высотных моделей (S1) — достижение наибольшей высоты, определённой путём соответствующих измерений. Каждый участник может совершить три полёта — по наилучшему результату и определяется победитель. При равенстве результатов, для выявления лучшего берётся сумма двух полётов. А если и она одинакова, то сумма всех трёх и определяет чемпиона.

Все модели данной категории для определения результата высоты отслеживаются в полёте не менее чем с двух откалиброванных измерительных приборов (теодолит, ТЗК), расположенных на концах базовой линии длиной не менее 300 м в прямой видимости с места старта. Операторы, работающие с измерительными устройствами, фиксируют углы как относительно вертикальной оси (азимут), так и относительно горизонтальной (возвышение) с точностью до 0,5 градуса. Угловые данные, полученные при наблюдении за моделью, переводятся в данные по высоте методом триангуляции.

Рис. 1. Модель ракеты на высоту полёта класса S1B:

1 — головной обтекатель; 2 — корпус; 3 — петля; 4—нить подвески системы спасения (фал); 5 — система спасения модели (парашют); 6 — пыж; 7 — соединительный шпангоут; 8 — обойма; 9 — хвостовой элемент (конус); 10 — стабилизатор; 11—силовой шпангоут; 12—двигатель модели ракеты (МРД)

Для тех, кто хочет изготовить свою первую высотную модель, предлагаем чертёж и описание несложной одноступенчатой модели класса S1B под двигатель суммарным импульсом 5 н. с. (рис.1). Материал для её постройки доступный — бумага, пенопласт. Корпус склеивают из двух слоёв писчей бумаги (толщиной 0,1 мм) на оправке диаметром 40 мм. Размеры заготовки при этом — 300×270 мм. Волокна бумаги при выборе заготовки надо располагать вдоль оправки — не будет складок и изломов. Для работы можно применять клей ПВА, немного разбавив его водой.

После высыхания накатанной трубки шов следует обработать наждачной бумагой и дважды покрыть поверхность нитролаком.

По такой же технологии изготавливают и хвостовой элемент, используя конусную оправку. Его после просушки и соответствующей обработки зажимают в патрон токарного станка и торцуют до размера по длине 102 мм. Затем склеивают из бумаги и обойму двигателя длиной 107 мм, используя оправку диаметром 13,2 мм. На обойме с обоих концов закрепляют два шпангоута, выточенных из пенопласта. Один (нижний) — силовой, другой (верхний) — стыковочный. При помощи его осуществляется соединение хвостового элемента и корпуса. Перед этим обойму вклеивают в хвостовой элемент.

В верхнюю часть корпуса изнутри закрепляют небольшой отрезок нитки (фал) для соединения его с другими частями модели.

Головной обтекатель — оживальной формы, вытачивают из плотного пенопласта на токарном станке. Длина посадочной юбки — 25 мм. После обработки его снаружи армируют — покрывают слоем клея ПВА и зашкуривают, получая гладкую поверхность. В торец юбки вклеивают петлю из нитки, к которой впоследствии крепят парашют и нить подвески.

Стабилизаторы (их четыре) вырезают по шаблону из потолочного пенопласта толщиной 4 мм. Заготовки складывают в пакет и обрабатывают по контуру. Затем каждый профилируют как по виду сверху — уменьшая толщину до 2 мм, так и по виду спереди — придавая обтекаемый симметричный профиль. Для увеличения жёсткости боковые поверхности стабилизаторов обклеивают писчей бумагой и обрабатывают мелкозернистой шкуркой, достигая хорошей, ровной поверхности. Крепят стабилизаторы к хвостовому конусу при помощи водно-дисперсного клея-экспресс «Столяр».

Собранную модель (с двигателем) надо взвесить и отбалансировать — ведь устойчивый полёт — залог успешного выступления на соревнованиях.

Одной из задач при конструировании спортивных моделей ракет является обеспечение их стабилизации, то есть устойчивого полёта на заданной (вертикальной) траектории.

Надо отметить, что один из способов обеспечения устойчивости ракетных моделей — аэродинамический — уже заложен в их конструкциях — установкой стабилизаторов. Но для категории «высоток» будет нелишне проверить, устойчив или нет данный летательный аппарат под воздействием внешних сил.

Необходимым условием аэродинамической устойчивости является взаимное расположение центра тяжести (ц. т.) и центра давления (ц. д’) модели.

Если ц. т. расположен впереди ц. д., то модель будет устойчива. Если ц. т. модели позади ц. д., тогда — нет. Отношение расстояния от ц. т. до ц. д. к длине модели ракеты определяет «запас устойчивости». Для моделей со стабилизаторами он должен быть около 5 — 10%.

Центр тяжести модели (в стартовой готовности) определяют путём её балансировки на ребре школьной линейки.

Для нахождения центра давления можно воспользоваться двумя способами: практическим и расчётным. Для первого из любого листового материала — фанеры, картона, пластика — вырезают фигуру по контуру модели ракеты и находят ц. т. той самой плоской фигуры. Это будет ц. д. модели. Но надо признать — погрешности при этом неизбежны. Практические выводы можно подтвердить вторым — расчётным способом. Для него вычерчивают боковой вид модели и определяют площадь каждого её элемента (обтекателя, корпуса, стабилизаторов и т. д.). Отмечают на рисунке ц. т. каждого элемента. Площадь каждой из геометрических фигур, которая определяется по известным геометрическим формулам, умножают на расстояние от вершины модели до ц. т. данного элемента и получают момент сопротивления плоской фигуры. Сумма моментов, поделённая на суммарную площадь, даст местоположение геометрического центра тяжести контура или центра давления модели. Для данной модели ракеты класса Э1В он будет равен 215 мм. Для изменений положения ц. т. возможна загрузка головного обтекателя.

«ВЫСОТКА» А. КОЗЛОВА

Оригинальностью двухступенчатой модели ракеты класса S1B являются соединение ступеней посредством корпуса МРД второй ступени и подкалиберная форма корпуса верхней ступени. Предлагаемый способ соединения ступеней — работа почти ювелирная, требует определённых навыков и умения. Форма корпуса второй ступени — подкалиберная (с переменным сечением), и с точки зрения аэродинамики решение абсолютно верное и грамотное. Ведь полёт модели на высоту происходит в основном именно на второй ступени (на первой — до высоты 10 — 15 м). Так что выбор автора по форме корпуса совершенно оправдан. А теперь конкретно о модели.

Корпус первой ступени отформован из двух слоёв стеклоткани плотностью 20 г/м2 на оправке фигурной формы с наибольшим диаметром 40 мм и наименьшим — 18,7 мм. После затвердевания смолы заготовку (вместе с оправкой) зажимают в патрон токарного станка и обрабатывают снаружи наждачной бумагой разной зернистости. Затем покрывают двумя слоями яхтенного лака «Параде Л20» и обрезают по нижней длине — 344 мм.

Внутрь корпуса вклеивают: сверху посадочную втулку с внутренним диаметром 10,2 мм и шириной 10 мм; снизу — пять шпангоутов: четыре — с внутренним диаметром 4 мм и один —донный, диаметр его — 10,2 мм. Внутрь шпангоутов закрепляют огневод — трубку из стеклопластика длиной 329 мм и диаметром 4 мм. К нижнему его срезу на длину 9 мм клеят втулку «посадки» МРД первой ступени. Он надевается на неё внутренней поверхностью верхней части корпуса двигателя.

На расстояние 50 мм от нижнего среза корпуса первой ступени в нём делают сквозное (диаметральное) отверстие диаметром 1 мм, проходящее и через огневод. В это отверстие перед стартом продевают нитку для крепления тормозной ленты (системы спасения) первой ступени.

Стабилизаторы (их — три) первой ступени выполняют из бальзовой пластины 3 мм, профилируют, уменьшают к свободному краю до толщины 0,5 мм и крепят встык к корпусу с помощью эпоксидной смолы. Затем покрывают их двумя слоями лака.

Корпус второй ступени, как было сказано выше, — подкалиберный, изготовлен так же, как и корпус нижней ступени — отформован на оправке переменного диаметра: наибольший — 18,9 мм и наименьший — 10,1 мм. После затвердевания смолы полученную заготовку зажимают в токарный станок и при 270 — 300 об/мин обрабатывают наждачной бумагой и покрывают лаком. Дав ему просохнуть, торцуют по размеру (длина — 134 мм без головного обтекателя).

Рис. 2. Модель ракеты класса S1B чемпиона России А.Козлова (г.Екатериибург):

1 —головной обтекатель; 2 —петля подвески; 3—корпус второй ступени; 4—нить подвески системы спасения; 5—система спасения (тормозная лента); 6—пыж; 7—упорная втулка; 8 — центрирующая втулка; 9—стабилизатор второй ступени; 10 — шпангоут второй ступени; 11—МРД второй ступени; 12—посадочная втулка первой ступени; 13—огневод; 14—шпангоут; 15 — переходной конус; 16—шпангоут; 17—корпус первой ступени; 18—центрирующие шпангоуты первой ступени; 19—втулка «посадки» (крепления) МРД; 20—донный шпангоут; 21 —МРД первой ступени; 22 — стабилизатор первой ступени; 23—система спасения первой ступени

Внутрь корпуса в нижнюю (кормовую) часть вклеивают упорную и центрирующую втулки и шпангоут, предварительно сделав в них отверстие диаметром 10,2 мм по МРД. В верхней части корпуса изнутри закрепляют фал (нитку длиной около 800 мм) для соединения с головным обтекателем и крепления тормозной ленты. Её длина — не менее 3 м, ширина — 25 — 30 мм.

Стабилизаторы второй ступени (их — четыре) вырезают из бальзовой пластины толщиной 1 мм, боковые стороны армируют стеклотканью, крепят встык к хвостовой части корпуса.

Головной обтекатель — оживальной формы, вытачивают из липы, хорошо обрабатывают и покрывают лаком. В нижний торец (юбку) вклеивают петлю для крепления фала.

Полётная масса модели без МРД и системы спасения — около 20 граммов. Стартует «высотка» на двух двигателях «Дельта» импульсом 2,5 н. с. МРД первой ступени замедлителя не имеет. Его задача — дать модели стартовый «толчок», разогнать до определённой скорости. Время его работы не более 1 — 1,2 с. Время работы замедлителя МРД второй ступени подбирается практически и составляет порядка 6 — 6,5 с.

Подготовка модели к старту — дело ответственное, требует навыков и определённой последовательности. Расскажем об этом подробно.

В данной конструкции (по способу соединения ступеней) очерёдность их подготовки значения не имеет. Например, начнём с первой (нижней) ступени. На внешней стороне корпуса, в месте диаметрального отверстия, закрепим тормозную ленту-полоску из фольгированного полиэтилена размерами 25×300 мм, предварительно сложенную «гармошкой». Продетой через отверстие хлопчатобумажной ниткой прижимаем и привязываем к корпусу тормозную ленту. После этого в данный шпангоут вставляем МРД и «сажаем» его на втулку (соединение должно быть плотным, без люфтов). Затем сверху засыпаем в огневод немного пороха — одну мерку (отрезок гильзы от мелкокалиберной винтовки длиной 4 мм).

Далее укладываем тормозную ленту в корпус второй ступени, предварительно засыпав тальк, вату и краску (для создания цветного облака для лучшего наблюдения высоты раскрытия системы спасения). Затем с тугой посадкой «ставим» МРД второй ступени, оставляя его юбку длиной 18 мм свободной. На неё с небольшим усилием надеваем втулку корпуса первой ступени. Торец двигателя при этом упирается в верхний срез огневода. Расстояние между ступенями в месте их соединения не должно быть более 1,5 — 2 мм. Для гарантии в сопло двигателя второй ступени можно засыпать 5 — 6 порошинок.

Взлетает модель с газодинамической установки типа «пистон», при этом юбка МРД первой ступени входит в держатель этой установки. После старта, на высоте 10 — 15 м срабатывает вышибной заряд двигателя первой ступени. Огневой импульс передаётся по трубке-огневоду к двигателю второй ступени, и она «уходит» вверх. И в это же время происходит пережигание фиксирующей нитки системы спасения первой ступени, тормозная лента раскрывается — и она приземляется.

В. РОЖКОВ