Ракетные конфеты - Rocket candy

Ракетная конфета, или же R-Candy, это тип ракетное топливо за модель ракеты сделано с сахар в качестве топлива и содержащий окислитель. Пропеллент можно разделить на три группы компонентов: топливо, окислитель и присадка (и). В прошлом, сахароза чаще всего использовался как топливо. Чаще всего используются современные составы сорбитол за простоту изготовления. Самый распространенный окислитель - это азотнокислый калий (KNO3). Азотнокислый калий чаще всего встречается в бытовом средстве для удаления пней. Добавки могут быть различными веществами, которые действуют как катализаторы или улучшают эстетику взлета или полета. Традиционный сахарный пропеллент обычно готовят при соотношении окислителя к топливу 65:35 (13: 7).[1]

Существует много различных методов приготовления ракетного топлива на основе сахара. Сухое сжатие не требует нагрева, только измельчение компонентов и их укладка в двигатель. Однако для серьезных экспериментов этот метод не рекомендуется.[2] Сухой нагрев фактически не растапливает KNO3, но он растапливает сахар, а затем KNO3 зерна становятся взвешенными в сахаре.

Удельный импульс, общий импульс и тяга, как правило, ниже для того же количества топлива, чем у других составных модельных ракетных топлив, но ракетные конфеты значительно дешевле.

В Соединенных Штатах производство ракетных двигателей является законным, но незаконно перевозить без разрешения пользователей с низким уровнем взрывчатых веществ. Поскольку они считаются любительские моторы, они обычно запускаются в санкционированные Ассоциация ракетостроителей Триполи исследовательские запуски, которые требуют от пользователей высокой мощности Трипольской ассоциации ракетостроителей. сертификация уровня 2. Пользователи также могут запускать с использованием этих двигателей, подав заявку на FAA отказ от полета. Аналогичные законы действуют в Канаде, Великобритании и Австралии.[нужна цитата ]

Составные части

Ракетные конфеты можно разделить на три основные группы компонентов: топливо, окислители, и добавки. Топливо - это вещество, которое горит, выделяя быстро расширяющиеся газы, которые создают тягу при выходе из сопла. Окислитель обеспечивает кислород, который необходим для процесса горения. Добавки могут быть катализаторами для ускорения или повышения эффективности горения. Однако некоторые добавки более эстетичны и могут добавлять искры и пламя при взлете или добавлять дым для облегчения следования за ракетой в воздухе.

Топлива

В качестве топлива для ракетных конфет можно использовать множество различных сахаров, включая глюкозу, фруктозу и сахарозу; однако сахароза является наиболее распространенной. Сорбитол, а сахарный спирт обычно используется в качестве подсластителя в пищевых продуктах, производит менее хрупкое топливо с более медленной скоростью горения. Это снижает риск растрескивания зерен пороха.[3] Сахара с кислородом с двойной связью, такие как фруктоза и глюкоза, менее термически стабильны и имеют тенденцию к карамелизации при перегреве.[4] но имеют более низкую температуру плавления для простоты приготовления. Сахара, содержащие только спиртовые группы, такие как сорбит, гораздо менее подвержены такому разложению. Некоторые другие часто используемые сахара включают: эритритол, ксилит, лактитол, мальтитол, или же маннитол.

Окислители

Окислитель, наиболее часто используемый при изготовлении сахарных моторов, - это азотнокислый калий (KNO3). Также можно использовать другие окислители, такие как натрий и кальций нитраты, а также смеси нитрата натрия и калия.[5] KNO3 можно приобрести, купив гранулированный «средство для удаления пней» в магазинах, торгующих садовыми принадлежностями. Другими редко используемыми окислителями являются перхлорат аммония и калия.

При использовании нитрата калия необходимо решить две основные проблемы в отношении окислителя. Самый главный вопрос - чистота материала. Если приобретенный материал не работает должным образом, может потребоваться перекристаллизация KNO.3. Вторая важная проблема, связанная с окислительной частью топлива, - это размер его частиц. Большинство производителей ракетного топлива предпочитают свои KNO.3 измельчить до мелкого размера частиц, такого как 100 меш (около 150 мкм) или меньше.[2] Сделать это можно с помощью кофемолки. Для измельчения в мелкозернистый хорошо перемешанный порошок можно также использовать каменные тумблеры.

Добавки

Слева - образец основной смеси, справа - добавлен 1% красного оксида железа.

К ракетному топливу часто добавляют добавки, чтобы изменить его горящие свойства. Такие добавки могут использоваться для увеличения или уменьшения скорости горения пороха. Некоторые используются для изменения цвета пламени или дыма. Их также можно использовать для изменения определенных физических свойств самого пороха, таких как пластификаторы или поверхностно-активные вещества для облегчения заливки состава. Есть много типов экспериментальных добавок; перечисленные здесь - только наиболее часто используемые.

Было обнаружено, что оксиды металлов увеличивают скорость горения сахарных пропеллентов. Было обнаружено, что такие добавки лучше всего действуют при уровнях от 1 до 5 процентов.[3] Чаще всего используются оксиды железа. Чаще всего используется красный оксид железа, поскольку его несколько легче получить, чем желтый, коричневый, или же чернить версии. Коричневый оксид железа проявляет необычные свойства ускорения скорости горения под давлением.

Углерод в виде древесного угля, сажи, графита и т. Д. Может быть и иногда используется в качестве топлива в сахарных рецептурах. Однако чаще всего небольшое количество углерода используется в качестве глушителя, оставляя видимый след дыма. Уголь действует как поглотитель тепла, удерживая часть тепла сгорания, находящуюся в топливе, вместо того, чтобы быстро передавать его корпусу двигателя.

Если в составе сахара используется металлическое топливо, такое как алюминий или магний, существует опасность, если в окислителе обнаруживаются следы кислот. Кислые материалы могут легко вступать в реакцию с металлом, выделяя водород и тепло, что представляет собой опасную комбинацию. Добавление слабых оснований помогает нейтрализовать эти кислотные материалы, значительно снижая их опасность.

Хлопья или губка металлического титана (размером около 20 меш) часто добавляют к сахарным рецептурам в количестве от 5 до 10% для получения искрящегося пламени и дыма при взлете.[4]

Поверхностно-активные вещества используются для снижения вязкости при плавлении сахарных пропеллентов. Например, пропиленгликоль помогает снизить вязкость расплава пропеллентов на основе сахарозы.[3]

Составы

Типичный сахарный пропеллентный состав обычно готовят при соотношении окислителя к топливу 13: 7 (весовое соотношение). Однако этот состав немного богат топливом.[4] и может изменяться до 10%. Есть много различных возможных составов, которые позволят летать в любительской ракетной технике.

Подготовка

Есть несколько различных методов приготовления ракетного топлива на основе сахара. Эти методы включают сухое сжатие, сухое нагревание, растворение и нагревание. Последние два метода предполагают нагрев топлива.

При сухом прессовании сахар и нитрат калия измельчаются по отдельности настолько мелко, насколько это возможно, а затем смешиваются в шаровая мельница или же стакан для равномерного смешивания компонентов. Эта смесь затем сжимается в трубке двигателя, аналогично методу упаковки черного пороха в винтовку с дульным зарядом. Однако этот метод редко используется для серьезных экспериментов, и прежде чем принимать решение об использовании этого метода, следует принять во внимание меры безопасности. При перемешивании существует значительная вероятность самовозгорания, что может привести к серьезным травмам.[2]

Другой, более распространенный и безопасный метод приготовления ракетного топлива на основе сахара - это сухой нагрев. Сначала нитрат калия измельчается или измельчается до мелкого порошка, а затем тщательно смешивается с сахарной пудрой, которую затем нагревают. Этот метод фактически не плавит нитрат калия, так как температура плавления KNO3 составляет 323 ° C (613 ° F), но он плавит сахар и покрывает зерна KNO3 с топленым сахаром. Процесс плавления должен выполняться с использованием теплораспределитель, чтобы избежать возникновения горячих точек самовоспламенения.[нужна цитата ]

Джеймс Зевон выступает за метод растворения и нагрева.[6] Растворение и нагревание пороха фактически растворяет оба элемента пороха и объединяет их. Во-первых, KNO3 и сахар кладут в кастрюлю или сотейник. Затем добавляют ровно столько воды, чтобы полностью растворить KNO.3 и сахар. Затем смесь нагревают и доводят до кипения, пока вода не испарится. Смесь пройдет несколько этапов: сначала кипячение, затем вспенивание и взбивание, после чего она приобретет гладкую кремообразную консистенцию. У растворения сахара и KNO есть несколько преимуществ.3 в воде перед нагреванием. Одним из преимуществ является то, что KNO3 и сахар не нужно измельчать в мелкую пудру, потому что они оба полностью растворяются. Этот метод приготовления также заставляет образовавшееся топливо сопротивляться карамелизации в емкости, что дает больше времени для его упаковки в двигатели.

Спектакль

Ракетные топлива на основе сахара имеют в среднем Iзр(удельный импульс ) от 115 до 130 секунд. Сравните это со средним Iзр из APCP (Перхлорат аммония составной порох), который составляет от 180 до 260 секунд. Сорбитол и KNO3 топливо на основе с типичным соотношением 35:65 способно к Iзр от 110 до 125 секунд. Однако сорбит и KNO3 У ракет с добавками были зарегистрированы удельные импульсы до 128 секунд.[4]

Ксилит и KNO3 Ракетные топлива на базе способны дать удельный импульс ~ 100 секунд. Они имеют неограниченную скорость горения около 1,3 мм / с. В целом сахарные ракеты могут конкурировать[требуется разъяснение ] довольно хорошо.

Декстроза и KNO3 топлива на основезр 137 секунд.[7]

Приложения

Летучие мыши зерно основной смеси сорбита

Ракетные конфеты также иногда называют «карамельными конфетами» - термин, популяризированный Бертран Р. Бринли в своей новаторской книге по любительская ракетная техника, Ракетный мануал для любителей, опубликовано в 1960 году. Это топливо использовалось в некоторых любительских ракетах, описанных Гомер Хикэм в его бестселлере мемуары Ракетные Мальчики.

Ракетные леденцы также использовались в небольшой любительской ракете, описанной подполковником Чарльзом М. Паркиным в длинной книге. Электроника иллюстрирована статья, которая продолжалась несколькими выпусками, начиная с июля 1958 года. Паркин описал, как приготовить топливную смесь, используя электрическую сковороду в качестве источника тепла для операции плавления. Эта статья была перепечатана в книге Паркина, Справочник по ракетам для любителей, который был опубликован в 1959 году. Статья Паркина способствовала росту популярности ракетного ракетного топлива среди любительских ракетных групп, начиная с конца 1950-х - начала 1960-х годов.

В Сахарный выстрел в космос программа была сформирована[кем? ] с целью «запустить в космос ракету, работающую на« сахарном топливе »»[8] эквивалент 100 километров (62 миль) по высоте. В Двойной сахарный выстрел ракета достигнет[когда? ] 33 километра (21 миль), или одна треть от заданной высоты.[8] Первый Мини-сахарная шот ракета, прототип Экстремальный сахарный выстрел ракета, достигшая высоты 4 км (2,5 мили) до того, как произошла катастрофическая неисправность двигателя; контакт со вторым Мини-сахарный шот Ракета была потеряна на высоте почти 6 километров (3,7 мили) и превышала 1 Маха. Экстремальный сахарный выстрел Ракета, которая, как ожидается, будет соответствовать цели выхода в космос, еще не завершена.[когда? ][8]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ "Веб-сайт экспериментальной ракетной техники Ричарда Накки". nakka-rocketry.net. Получено 19 ноября 2015.
  2. ^ а б c Ракетная техника Иакова
  3. ^ а б c Место ракетной техники Ричарда Накки
  4. ^ а б c d Ракетный сайт Джолли
  5. ^ Ракетная мастерская Сержа
  6. ^ Джеймс Зева Ракетри
  7. ^ [1]
  8. ^ а б c Сахарный выстрел в космический проект

внешняя ссылка

*JTRocketmen