В настоящее время в ракетном моделизме широко используются двигатели ДБ-1-СМ-6, ДБ-3-СМ-10, ДБ-3-СМ-5, АРД-2 и др. Их корпусом служит охотничья бумажная гильза 12-го калибра (Жевело). Эти гильзы довольно прочны и выдерживают давление до 12 кг/см2.
Поскольку работа ракетного двигателя характеризуется силой тяги, то для моделистов очень важно уметь измерить эту силу. Измерения тяг модельных РДТТ обычно проводятся в лабораториях ракетного моделизма под руководством инструкторов по ракетному моделизму.
Довольно точно силу тяги можно измерить несложным самодельным прибором, сходным по своему устройству с пружинными весами (рис. 23, 24). Прибор наглядно демонстрирует характеристику силы тяги и вполне пригоден для использования в период начального обучения. Но следует учесть, что для снятия характеристик, согласно требованиям «Правил ФАИ», его точность недостаточна.
Корпус его изготовлен из дерева, а стержень, проходящий внутри корпуса, — из алюминиевой или деревянной трубки. На верхнем конце стержня (штока) соплом вверх устанавливают ракетный двигатель. Если нажимать на шток сверху, то он, опускаясь вниз, будет давить на пружину. Шкала справа покажет, какую нагрузку испытывает шток (пружина подбирается соответствующей жесткости, рассчитанной на максимальную тягу двигателя). Карандаш, прикрепленный к штоку, вычертит на вращающемся барабане кривую силы тяги по времени. Барабан приводится в действие каким-либо механизмом, в данном случае — патефонным механизмом.
Имея такой простейший прибор, можно испытать любой модельный двигатель, получить диаграмму тяги по времени, а затем посчитать характеристики двигателя, необходимые для расчета траектории полета модели ракеты.
Прибор автоматически вычерчивает кривую тяги для любого момента времени работы двигателя. По таким диаграммам тяг изучают работу и настоящих ракетных двигателей.
Чтобы быть уверенным в точности измерений, перед началом испытаний необходимо тщательно выверить прибор. Прежде всего градируется при помощи разновеса шкала. Установите на шток площадку и постепенно загружайте ее гирями, всякий раз отмечая на шкале положение стрелки-указателя. Затем проверьте скорость и равномерность вращения барабана. Делается это так: пускается в действие механизм и по секундомеру подсчитывается число оборотов в минуту. Если нет разницы между числом оборотов в первую и вторую минуту, значит механизм работает удовлетворительно. Затем по секундомеру определяется время полного оборота барабана. Скорость вращения барабана, хотя она и не влияет на результат опыта, удобнее подобрать такую, при которой барабан за время работы двигателя делал бы примерно один оборот.
Этого легко достичь, приблизительно зная время работы двигателя. Если же барабан за время работы двигателя делает более одного оборота, то результаты измерения будут более точными, но полученный график придется «развернуть», т. е. перечертить на отдельный лист бумаги.
Ведущий испытание должен убедиться, что бумага (ватман, миллиметровка) плотно прилегает к барабану, острие карандаша надежно прижато к бумаге, а шайба-держатель циркуля с противоположной стороны имеет стрелку, которая скользит по размеченной шкале. На шкалу перед опытом надевается за-копченая стеклянная пластинка. Стрелка держателя при движении штока фиксирует на стекле максимальную тягу двигателя.
Прибор должен быть установлен строго горизонтально и надежно закреплен на какой-либо удобной подставке или штативе (рис. 22) так, чтобы шток мог свободно, не встречая препятствий, опускаться своим нижним концом.
Проверив измерительный прибор, соплом вверх укрепляют двигатель в специальное гнездо на конце штока. В сопло вставляют электрозапал или стопин с электрозапалом.
Когда все подготовлено, ведущий испытание дает команду уйти всем в укрытие. Затем приводит в действие механизм прибора, убеждается в том, что барабан пришел в движение и карандаш прочерчивает сплошную прямую линию по верхней кромке бумаги, и уходит в укрытие. Соблюдение осторожности необходимо при всех испытаниях и особенно новых двигателей.
Опыт начинается так: ведущий испытания держит в руке секундомер, положив палец на его пусковую головку. По команде «Пуск» нажимается кнопка пуска двигателя и в тот момент, когда двигатель начнет действовать, включается секундомер.
Время работы двигателя составляет примерно от 1 до 5 сек. В момент прекращения работы двигателя ведущий останавливает секундомер и подает команду «Отбой». Затем подходит к прибору, останавливает механизм, убеждается в нормальной записи диаграммы и снимает с барабана лист. Проверяет контрольный замер максимальной тяги, а также время работы двигателя по секундомеру. Результаты всех этих измерений немедленно записываются в блокнот.
Итак, испытания модельного двигателя проведены. Теперь необходимо обработать полученные данные. Прежде всего переснимите на кальку полученную диаграмму. Соедините ее начальную и конечную точки.прямой линией, затем эту линию разделите на несколько частей — по числу секунд, прошедших за время работы двигателя.
Время подсчитайте так: сначала определите число полных оборотов барабана в одну секунду. Для этого опустите карандаш на барабан и подсчитайте обороты барабана. Допустим, он сделал 50 оборотов за 1 мин и 10 сек, тогда время одного оборота составит:
За это время острие карандаша проделало путь (при диаметре барабана 100 мм), равный 314 мм (3,14X100), а в секунду
От начальной точки диаграммы работы двигателя отложите по прямой вправо 224,3 мм. Это будет первая секунда. Вторую секунду отметьте дальше по прямой и так до тех пор, пока новая точка не выйдет за пределы диаграммы. Расстояние между отмеченными секундами разделите на 10 частей. Каждая часть составит 0,1 сек. Такая точность вполне достаточна. Так как прибор может не отметить малые тяги, для полноты диаграммы обычно используют и показания секундомера. Поэтому в случаях разницы показаний прибора и секундомера поступают так: допустим, прибор показывает время 1 сек, а показание по секундомеру 1,14 сек. В этом случае берется показание секундомера, а разницу 0,14 сек раскладывают поровну: 0,07 сек влево от начальной точки диаграммы и 0,07 сек вправо от конечной точки работы двигателя.
Далее переходят к вычерчиванию ординат. Из каждой точки деления на прямой проводят перпендикулярно линию до встречи с кривой. Затем на ординате, проведенной из точки, начинающей диаграмму, размечают шкалу нагрузок соответственно шкале барабана в килограммах. Диаграмма готова.
Средняя тяга двигателя по диаграмме может быть определена путем подсчета среднего значения суммы величин ординат между прямой и кривой. Для этого измеряют при помощи циркуля длину каждой ординаты и их общую сумму делят на количество взятых ординат.
Допустим, что мы имеем диаграмму тяги по времени работы двигателя. Максимальная тяга Рмакс=1,15 кг, средняя тяга Рср=0,875 кг, время работы двигателя t=1,14 сек, вес топлива GT=0,02 кг. Определим остальные характеристики двигателя.
Суммарный импульс двигателя:
Удельная тяга двигателя:
Скорость истечения газов из сопла двигателя:
