Парашютная система, прежде всего, предназначена для мягкой безаварийной посадки на землю. Для первого случая этим можно и ограничиться. В дальнейшем, для моделей разного назначения парашютная система может иметь дополнительные требования. К примеру, у спортивных моделей на продолжительность полета такие системы служат еще и для достижения спортивного результата, т.к. в оценку полета входит время нахождения модели в полете от старта до приземления. В этом случае парашютная система должна обеспечивать, кроме всего, и необходимое время нахождения модели в полете.
Наша парашютная система состоит из трех основных частей:
- средств защиты парашюта от действия вышибного заряда (ПЫЖ и ЧЕХОЛ);
- непосредственно ПАРАШЮТА;
- ФАЛОВОЙ СИСТЕМЫ.
Прежде всего, надо уяснить, как происходит введение в действие парашютной системы в процессе полета модели. Здесь придется вернуться к тому, как проходит полет модели. Дело в том, что в момент старта модель имеет нулевую скорость. Разгон модели происходит постепенно. Ускорение модели зависит от тяги двигателя и массы модели. Не забываем, что в полете имеются еще и потери на преодоление гравитации, и аэродинамическое сопротивление. Сейчас я не буду давать формулы, необходимые для расчета ускорений, скорости и высоты полета. Главное, что надо уяснить, это то, что в полете модель разгоняется ровно столько, сколько времени работает двигатель. При этом, в конце работы двигателя модель имеет максимальную скорость полета. Далее модель летит по инерции, пока не израсходуется запасенная в ней кинетическая энергия. Само собой разумеется, что энергия эта расходуется на гравитационные потери и аэродинамическое сопротивление. Т.к. разгон модели происходит с ускорением, иногда в десятки раз превосходящим ускорение свободного падения, а во время полета по инерции эти потери равны ускорению свободного падения, то полет по инерции до момента, когда скорость модели станет нулевой, а высота – максимальной, обычно превышает время полета на активном участке. Задача моделиста заставить модель выбросить парашют именно в этот момент на максимальной высоте. Достичь этого позволяет устройство модельного ракетного двигателя, которое подробнее рассмотрим позже. В данном случае нас интересует то, что после окончания активного участка полета, когда расходуется все топливо, включается ЗАМЕДЛИТЕЛЬ, или, как его называют иначе – ТРАССЕР. Замедлитель горит медленно, почти не создавая тяги. Время его горения настраивается так, чтобы он догорал к моменту достижения моделью максимальной высоты полета. В этот самый момент остатки замедлителя поджигают вышибной заряд. Вышибной заряд представляет собой небольшое количество обычного черного пороха, который производит микровзрыв. Размеры заряда подбираются так, чтобы не повредить конструкцию модели, но при этом появляется большое количество газов, которые и выбрасывают парашют наружу, одновременно сбрасывая головную часть модели. При этом мы имеем возможность столкнуться с ситуацией, что парашют у нас, скорее всего, сгорит. Чтобы этого не произошло, между горячими газами и парашютом устанавливают подвижную преграду – ПЫЖ. Он двигается вместе с горячими газами, не давая сжечь парашют. Выполняются пыжи из самых разных материалов. Самый простой способ, это взять обычную вату, скатать подобие цилиндра и вставить внутрь модели. Правда, хотя это и самый простой способ, но далеко не лучший. Ватный пыж для надежной работы должен иметь длину, равную примерно трем диаметрам модели. При нашем диаметре в 40 мм он будет иметь большой вес, с которым придется считаться. Более хорошие пыжи делают из пенопласта, вытачивая их на токарном станке. Длина такого пыжа должна быть равна примерно диаметру модели. По цилиндрической поверхности такого пыжа можно сделать несколько канавок – лабиринтных уплотнений, что сделает менее вероятным прорыв газов к парашюту и, заодно, уменьшит его вес. Но, как показал опыт, вполне надежным, легким и дешевым, правда не самым простым в изготовлении, является бумажный пыж. Он представляет собой стакан, стенки которого изготовлены из принтерной бумаги плотностью 80 г/м2, а донышко из бумаги с плотностью 160 г/м2 или из ватмана. По своей конструкции он напоминает большую обшивку двигательного отсека со вставленным в него шпангоутом, только у шпангоута отсутствует отверстие под двигатель.
|
|
|
|
Выкройка пыжа.
Высота боковой стенки пыжа равна диаметру модели, т.е. 40 мм. Пыж должен легко перемещаться внутри модели вверх и вниз. Для этого длина его окружности должна быть на 1 мм меньше, чем длина окружности корпуса модели, т.е. 125 мм. Достраиваем сбоку кайму 8 мм шириной, а по одной из длинных сторон зубцы шириной по 5 мм и высотой по 10 мм. Донышко для нашего пыжа будет иметь диаметр равный 39,5 мм. Шаблон пыжа, его изготовление и сборка идут совершенно аналогично тому, как это делается для двигательного отсека, и дополнительных объяснений не требует. Хотя надо добавить следующее:
|
|
- детали пыжа не надо лакировать (нелакированная бумага имеет бОльшую термостойкость, чем лакированная);
- склеивать детали пыжа можно с помощью клея ПВА, а еще лучше подойдет клеевой карандаш. Он клеит быстро, при этом меньше коробит тонкую бумагу;
- сборку полезно производить на стапеле - цилиндре с диаметром 39,5 мм. С помощью этого стапеля будет удобно вырезать и донышко, не производя его разметки. Просто прижимаем заготовку к торцу стапеля и обрезаем лишнюю бумагу, используя боковую поверхность стапеля в качестве линейки.
В общем, на изготовление пыжа опытному моделисту понадобится меньше времени, чем для прочтения этого текста. К концу занятия пыж должен быть готов и останется время на чехол.
Чехол, вещь не обязательная, но опытные моделисты им не пренебрегают. Прежде всего, он дополнительно защищает парашют в случае прорыва газов через пыж. Такое бывает редко, но бывает. Иногда может произойти заклинивание строп парашюта или его полотнища между стенками корпуса и пыжа, а это приведет к невыходу парашюта со всеми вытекающими последствиями. Такое бывает. Конструкция чехлов бывает разная. В свое время, когда модели имели малый диаметр, самым шиком было применение фторопластовой пленки. Затянутый в такую пленку парашют занимал меньше места. Пленка была относительно термостойкой. Кроме этого, фторопласт хорошо скользит по стенкам. После увеличения диаметра корпуса до 40 мм проблемы с размещением парашюта внутри модели исчезли. В такую модель легко влезает самый большой разумный парашют. Здесь хорошим решением оказался чехол коробчатой конструкции. Кто его разработал первым, не знаю. Я подглядел его у одного из наших питерских педагогов.
Выкройка чехла
Смысл этого чехла состоит в том, что он представляет из себя легко раскрывающуюся коробочку квадратного сечения. Диагональ квадратного основания чехла совпадает с внутренним диаметром парашютного отсека модели. Такая конструкция чехла позволяет резко уменьшить силу его трения о стенки парашютного отсека, которое происходит не по всей поверхности, а только по четырем боковым линиям сгиба. Кроме того, парашют в таком чехле располагается плотно и не болтается во время полета. Отсутствие «болтанки» парашюта внутри корпуса во время полета положительно сказывается на устойчивости модели на курсе.
Теперь посмотрим конструкцию чехла и многое сразу станет яснее. Для изготовления чехла достаточно принтерной бумаги плотностью 80 г/м2. После нанесения разметки продавливаем все внутренние линии и вырезаем чехол по внешнему контуру. После этого делаем надрезы, как указано на рисунке, и складываем чехол. Вещь простая в изготовлении, но очень полезная. Рекомендую.
Занятие девятое
Наконец, мы добираемся до самого парашюта. В данном случае нас интересует не столько результат, сколько принцип. Посему парашют будем делать т.н. учебный, действительно простейший. Но хотя он и простой, его часто можно будет применять там, где не требуется достижения больших результатов по продолжительности полета. Часто необходимо наоборот, чтобы модель приземлилась скорее, пока ее не унесло ветром. Это как раз наш случай, т.к. всегда очень обидно потерять свою самую первую модель.
Материалы, из которых делают парашюты, очень разнообразны. В начале моей карьеры мы применяли миколентную бумагу. Бумага эта очень эластичная и прочная. Одна проблема - сейчас ее практически не достанешь. Потом пошли лавсановые пленки. Самый шик до сих пор - это металлизированная лавсановая пленка, та самая, которая применяется в космической промышленности для создания теплозащитных экранов космических аппаратов. Отходы таких пленок для моделистов самое то, только вот централизованных поставок их не предусмотрено, т.ч. каждый выкручивается, как может. Вполне хорошим материалом является парашютный шелк. Его иногда можно достать в виде списанного парашюта. Он очень хорош для крупных моделей, но для спортивных тяжеловат. Американская фирма Estes применяет в своих моделях обычную полиэтиленовую пленку, при этом довольно плотную. Ну, у них двигатели принято ставить мощные, т.ч. и железный парашют вытянут. В простейшем случае за основу можно взять обычный полиэтиленовый пакет из тонкой шуршащей пленки (думаю, что объяснять, что такое шуршащая пленка, не надо). Такая пленка более термостойкая и прочная, не растягивается. Желательно, чтобы пакет был цветной, яркий, но на худой конец сойдут тонкие пакеты для мусора. Последние имеют большой размер, и из них получаются большие парашюты.
Нам большой парашют не нужен. Из пакета вырезаем квадрат примерно 30х30 см. Потом делаем стропы. Многие спортсмены любят применять капроновую нить. Она очень прочная и «скользкая», т.е. не запутывается. Есть, правда, недостаток - плохая термостойкость. Да и не всегда легко ее найти. Хороши хлопчатобумажные нитки. Большой их недостаток состоит в том, что они очень сильно скручиваются, а посему легко запутываются и завязываются узлами. Для борьбы с этим есть достаточно простой и эффективный способ: будущие стропы надо пропитать нитроцеллюлозным лаком типа НЦ-218 с добавлением Растворителя 646 или ацетона в соотношении 1:3. После высыхания такие нити имеют достаточную эластичность, но уже не запутываются. Такие стропы применяются в моей лаборатории, и они нас не подводят.
Для нашего парашюта мы берем две нити длиной, равной четырем длинам диагонали парашюта. В нашем случае это 150…170 см. Угол парашюта закручиваем три раза и привязываем к нему конец стропы двойным узлом. Аналогичным образом привязываем к диагонально расположенному углу противоположный конец стропы. К оставшимся двум углам привязываем вторую стропу. Теперь сводим углы парашюта вместе так, чтобы узлы оказались на одном уровне и выравниваем стропы, вытягивая их от узлов к месту перегиба. После этого в районе перегиба связываем стропы общим узлом, и парашют готов. Остается его сильно потянуть за стропы и убедиться, что купол раскрывается хорошо.
Остается связать модель в единое целое. Для этого существует в спортивном моделизме правило, согласно которому на парашюте должно приземлиться все, что пущено, за исключением пыжа и чехла. Последние две части могут спускаться отдельно, без систем спасения, и вообще теряться, заменяясь в следующих полетах на новые. В соответствии с этими правилами мы должны связать между собой корпус, головную часть и парашют. Для этих целей существует фаловая система. В моей лаборатории принята система, состоящая из фала и гарантийного конца (такой уж у нас сленг).
Фал связывает между собой корпус модели и головную часть. Чтобы сильно не заботиться о размерах этого фала, на основе опыта эксплуатации моделей принято следующее мнемоническое правило: длина фала равна удвоенной длине модели. Этого вполне достаточно, но вы можете выработать и другое значение. Так, в Америке применяют фалы длиной в 4…5 длин корпуса. С моей точки зрения, кроме лишнего веса и вероятности запутывания такого фала, такая длина ничего хорошего не дает. Но американцам виднее.
Для фала мы применяем суровую нить. Концы нити мы проклеиваем нитроклеем типа Моделист на длине примерно 1 см. Это позволит упростить себе жизнь, когда мы будем вставлять эти концы в отверстия на головной части и корпусе.
Первым делом крепим фал к ГЧ. Для этого делаем в ГЧ два отверстия рядом со швом корпуса, там, где кайма дает двойную толщину. Отверстия должны по диаметру соответствовать толщине фала. Первое отверстие делаем у основания конуса, второе примерно на середине высоты. В отверстия снаружи вставляем концы фала и вытаскиваем их через основание ГЧ. На конце фала, который вставлен в верхнее отверстие, завязываем большой узел. После этого вытаскиваем конец фала, вставленный в нижнее отверстие до тех пор, пока узел не упрется в верхнее отверстие и часть фала, проходящая снаружи ГЧ между отверстиями, не натянется. Оставляя фал натянутым, приклеиваем наружный кусок к ГЧ с помощью клея типа Супермомент. Получается прочное надежное соединение.
Теперь необходимо соединить свободный конец фала с корпусом модели. Вроде бы логично прикрепить его с внутренней стороны модели, но тогда он может мешать движению пыжа или перегорать от вышибного заряда. Обычно фал ставят снаружи и прикрепляют его ближе к стабилизаторам. В этом случае в момент приземления стабилизаторы сталкиваются с землей в последнюю очередь и меньше повреждаются. Мы делаем отверстие в двигательном отсеке вплотную к стабилизатору в том месте, где находится кайма (более прочное место) так, чтобы оно находилось между шпангоутами ближе к верхнему шпангоуту. Это связано с тем, что в случае прогара двигателя прогар происходит обычно ближе к соплу, т.е. ближе к нижнему шпангоуту. При этом вероятность пережигания фала, если он закреплен у верхнего шпангоута, уменьшается. Делать отверстие выше верхнего шпангоута нельзя, т.к. крепление фала окажется в зоне действия вышибного заряда. В полученное отверстие вставляем свободный конец фала и вытаскиваем его наружу через отверстие для двигателя в нижнем шпангоуте. Если отверстие мало (под двигатели калибра 10 или 13 мм), то для вытаскивания фала придется воспользоваться пинцетом или ножницами. На конце фала завязываем большой узел и вытягиваем его назад, натягивая вдоль стабилизатора, после чего приклеиваем его в угол между стабилизатором и корпусом с помощью Суперклея.
Чтобы исключить отрыв фала от корпуса, полезно перехватить фал в районе перед передним концом стабилизатора с помощью скотча. Для этого надеваем корпус на стапель, натягиваем фал вдоль корпуса и перехватываем корпус двойным кольцом из скотча выше передних концов стабилизаторов.
Часто фал разрезают в средней части и вставляют в этот промежуток резиновый амортизатор. Такой амортизатор позволяет выдерживать нагрузки, возникающие при отстреле ГО и парашюта с применением не очень прочной нити. С другой стороны, амортизатор может сам стать причиной аварии, т.к. для увеличения надежности он обычно выполняется в форме кольца, но это кольцо может перехватить стропы или парашют и стать причиной нераскрытия парашюта. Применяемая в нашей модели заделка концов фала при выборе прочной нити обеспечивает хорошую надежность. С точки зрения надежности следует избегать в фаловой системе лишних элементов и узлов. Каждый лишний узелок - это возможность зацепления, заклинивания, запутывания.
Прикрепив фал, делаем на нем петлю для крепления гарантийного конца парашюта. Для этого вытягиваем фал вдоль корпуса модели и перегибаем его так, чтобы ГЧ оказалась на одном уровне с вершиной модели. На этом месте делаем небольшую петлю. После этого делаем гарантийный конец, отрезаем кусок суровой нити, равный половине длины модели, и проклеиваем концы. Один конец привязываем к стропам парашюта в районе общего узла. Второй конец привязываем к только что сделанной петле на фале. В чем назначение гарантийного конца? Конечно, можно обойтись и без него. Но есть правило, согласно которому спортсмен имеет право поменять парашют в любой момент перед стартом (например, в связи со сменой метеоусловий). Иногда эту операцию приходится проводить при большом дефиците времени, да еще и в плохих условиях. Наличие гарантийного конца позволяет мне просто отрезать его в районе петли фала и привязать новый парашют за имеющийся у него гарантийный конец. Но, тут уж каждый выбирает то, что считает нужным, исходя из своего опыта.
Осталось последнее - вставить парашют на место. Прежде всего, вставляем пыж донышком вверх. Обычно он упрется нижним концом в место стыковки половин парашютного отсека. Не следует проталкивать его глубже: места для парашюта достаточно, а для хорошей центровки выгодно сместить его вверх. Потом складываем парашют вдвое, потом еще вдвое, чтобы все четыре угла с привязанными стропами совпали. Теперь вытягиваем стропы, контролируя, чтобы они не были перепутаны, вдоль парашюта к переднему концу и перегибаем их вдвойне назад. Уложенные вдоль парашюта стропы накрываем, сгибая парашют вдоль вдвое, и закручиваем полу у основания, как бы сворачивая парашют в трубочку. Расположение строп внутри парашюта позволит вам быть уверенным, что не произойдет их спутывание в момент, когда вы будете вставлять парашют в корпус. Опытный спортсмен на этом этапе возьмет несколько бельевых прищепок и прихватит парашют в нескольких местах, освободив себе руки для других дел. А дела тут такие: прежде всего, необходимо зафиксировать фал. Что это значит? При укладке парашютной системы мы натягиваем фал вдоль корпуса. Но когда мы вставляем внутрь корпуса парашют и начинаем надевать на корпус ГЧ, мы видим, что фал ослабляется и начинает свободно болтаться. Выход прост: в передней кромке корпуса делаем небольшой продольный надрез, примерно на 5 мм, и в нем защемляем фал. После раскрытия парашюта фал, под действием веса модели, расфиксируется, и она повиснет стабилизаторами вверх.
Фал зафиксировали. Теперь берем чехол и кладем на него парашют так, чтобы он уперся верхней частью в середину чехла. Затем сгибаем длинные крылья вверх, охватывая парашют с боков. Вторую половину чехла отгибаем вверх, а малые крылья отгибаем вперед, вдоль парашюта. Теперь загибаем вторую половину чехла на парашют, и его большие крылья отгибаем вниз, охватывая парашют. Парашют уложен в чехол. Теперь вставляем парашют в чехле в корпус. Донышко чехла вставляем внутрь, а свободный конец с торчащими стропами, фалом и гарантийным концом, наружу. Утапливаем парашют до тех пор, пока он не упрется в пыж, но так, чтобы он оказался ниже уровня среза парашютного отсека не менее, чем на 10…15 мм. Если что, то придется пыж пропихнуть немного глубже. Осталось аккуратно уложить сверху парашюта свободную часть строп, фал и гарантийный конец и надеть на корпус ГЧ.
До конца занятия остается несколько минут, которые можно потратить на тренировки с укладкой парашюта. Сначала резко дуем в отверстие для двигателя в двигательном отсеке. Если все сделано правильно, то парашют должен легко выйти наружу и при малейшем движении модели наполниться воздухом. Ребята с удовольствием проделают эту процедуру несколько раз. Следите только, чтобы они не перестарались и в запале не повредили свои модели. Думаете, модель уже готова к полету? Как бы не так. Остались еще некоторые вещи, которые вам предстоит сделать и на которые уйдет более одного занятия.