Léto 2002.

    Největší letní raketový den se konal doslova v předvečer letošních povodní v odlehlejších prostorech, aby bylo možno vypouštět i větší modely a motory. I když byla doba dovolených, sjelo se velké množství účastníků i jejich známých, kteří se o problematiku také zajímají. Létání se pro velký počet raket se světelnými efekty protáhlo až pozdě do noci. Bližší okruh účastníků pokračoval v diskusích, pití piva a opékání uzenin na zahradě jednoho nedaleko bydlícího kolegy a po ranním spánku ve stanech a následných různých náročných aktivitách, jako je hraní ping-pongu ve stodole, se poslední účastníci rozjeli do svých domovů až v odpoledních hodinách následujícího dne. Musím konstatovat, že tato akce se mimořádně vydařila.

 
    Začnu předvedením díla kolegy, který je také jako já letecký modelář a co se týče raketek, tak na rozdíl od nás ostatních staví velké modely raket, které vypadají jako skutečné. Na tomto setkání vypustil několik menších raketek, těch co jsou v levé části obrázku. Byly poháněny klasickým sorbitkovým kanálákem s průměrem jádra 28mm a délkou kanálku 100mm, postaveným na základě z odpadové PVC trubky a olaminované. Raketky jsou na můj vkus trochu krátké, ale měly velké stabilizátory a tak letěly zcela přímo, jak je hezky vidět na následujících obrázcích. Dolů se snášely na padáčku nebo pásu tkaniny. K zážehu nepoužívá zápalnici, ale odporový palníček, což je určitě efektnější a bezpečnější. Ale zase tahat ty dráty...

Malé raketky letěly krásně, ale špatně dopadla velká, asi jeden a půl metru dlouhá a několik kg těžká raketa, připravená k prvnímu letu právě na tento den. Trup o průměru asi 10cm měla z dost masívního laminátu, uvnitř bytelné přepážky, plná hlavice z lehkého dřeva. Odhoz padáku byl aktivován elektronickým časovačem. Byla pouze jednomotorová, zato na motor ráže 75mm obsahujícím 1.5kg TPH.
Video (2.4M) letu několika malých i velké rakety.
Zpomalené dramatické video (2.1M, bez zvuku, full PAL rozlišení, zpomaleno z 50 na 15fps) katastrofy velké rakety a vybrané obrázky z videa :
Velký motor byl postaven na bázi PVC roury a silně olaminován. To je i pro velké motory vyhovující, problém ale je, že zátka i tryska v PVC drží velmi málo a je potřeba zajistit jejich provázání s pevnostní vrstvou laminátu. Vnitřní PVC trubka pak jen chrání laminát před prohřátím. U daného motoru bylo provázání provedeno pouze několika dírami příliš malého průměru v PVC a laminát nebyl důkladně zalemován přes zaoblené konce motoru. Zahrazení bylo nízké, tak jsem doufal, že to vydrží, ale nevydrželo. Krátce po startu se vytrhla zátka motoru a jeho obsah vystřelil do trupu rakety, který se tlakovým nárazem podélně roztrhl a od kterého odpadly stabilizátory, jak je vidět na druhém až čtvrtém obrázku. Zde je zároveň vidět motor vylétávající v ose dozadu. Jádro motoru je na čtvrtém obrázku v těsné blízkosti zadní části trupu trochu vlevo a téměř zhaslo. Poté se trup odklání doleva, jádro jeho dráhu křižuje a rozhořívá se. Trup po dalším odklonu doleva se rozpadá (viz druhé video), hořící jádro letí po balistické křivce a odlamují se z něj menší hořící kusy, které se rychleji zabrzdí a padají dolů. Zpočátku to vypadalo, že na hlavy zděšených přihlížejících a jejich plechové miláčky, takže i kameraman, ač jinak otrlý raketkový expert, docela dost znejistěl. Naštěstí vítr snesl ohnivý déšť trosek trochu stranou, tak to dopadlo bez nějaké újmy. No prostě když raketa jak skutečná, tak i obdobně skutečně vyhlížející katastrofa.

    Další velký motor jiného kolegy, obrázky konstrukce :

Motor byl celý ze skelného laminátu z dílů, jak je patrno na obrázcích. V trysce je zalaminováno keramické hrdélko. Průměr trysky byl navržen pro maximální zahrazení 200, TPH klasická sorbitolová. Jako tepelná izolace bylo použito vrstvy vysokoteplotního silikonového polymeru, což se ale ukázalo jako zcela nevhodné.
Video (772k) a obrázky z testovacího běhu na zemi :
Jak je na první pohled vidět, došlo rychle k propálení pláště, resp. stěny vtokové části trysky. Tento okamžik je vidět na velkém obrázku vpravo. Izolace namáhání nevydržela a zřejmě se strhla, průsvitný laminát se rychle v celé tloušťce prohřeje, ztratí pevnost a propálí se. Můj názor je ten, že izolace v této oblasti je kromě žáru namáhána intenzívní erozí vířících stlačených spalin a pokud není mechanicky pevná, strhne se. Erozi bych přirovnal k drhnutí kovovým kartáčem, to by měla po mechanické stránce vydržet. Vrstva silikonového polymeru se ale strhne snadno. Kdo by takový motor zkoušel vyrobit, použijte na izolaci "papírový laminát" - alespoň 2mm silnou vrstvu vytvořenou z nasákavého černého papíru nasyceného epoxidem. Papír musí být černý, jinak prosvítá a celá vrstva se prohřívá, ověřeno.
Na motoru je zajímavý velký expanzní kužel, resp. zde parabolická výtoková část. To udělal autor více méně pro parádu a pro vyzkoušení laminování takovéhoto tvaru, pro let by takto velký expanzní poměr trysky byl zcela nevhodný. Rozumná hodnota expanzního poměru je cca 4, t.j. konec trysky má dvojnásobný průměr než hrdlo. Pro nižší zahrazení, tak pod 100, ztrácí expanzní kužel svůj smysl, naopak pro vyšší zahrazení je vhodnější větší expanzní poměr. Lze jej spočítat programem propep v závislosti na pracovním tlaku v motoru.
Na chodu motoru dále upoutají pozornost další jevy. A to absence plamene, mimořádné množství kouře a pomalé rozpulzování po ztrátě tlaku ve spalovací komoře. Celé to velmi věrohodně připomínalo rozjíždějící se parní lokomotivu, kdo ještě pamatuje. Autor si totiž chtěl ulehčit práci s mletím většího množství dusičnanu a použil mlecí přísadu, konkrétně stearát vápenatý. Sorbitolová TPH je ale velmi citlivá na nečistoty, zhoršující hoření. I malé množství, cca procento, stearátu zavinilo, že malé vzorky TPH se obtížně zapalovaly, hořely spíš jako dýmovnice a snadno zhasínaly. Nicméně ve velkém motoru se to rozběhlo dobře a nebýt nevhodné izolace, motor by jistě stabilně doběhl.
Doufám, že se autor nenechá odradit neúspěchem prvního motoru a na nějaké příští setkání připraví další kus s lepší izolací.

 
   Nyní něco pro odpočinek od katastrof
   a pro potěchu oka i ucha :
 
   Krásná ukázka hoření vzorku TPH AP/HTPB
 
   Video (1M)
 
 
   Video (370k) letu tří "pískacích" raketek.

    Větší množství víceméně standardních letů, video (4.1M) ze startů celkem čtrnácti raketek a pár obrázků.

Na videu jsou první dvě s čelním motorem, pak nějaké pokusy s maličkými raketičkami na TPH AP/PVC/Al vypouštěnými z trubky, též šestý let je na něco takového, ostatní jsou klasické kanáláky na sorbitku. Poslední lety jsou v noci se světlicí, bohužel na videu to zdaleka není to co ve skutečnosti.

    A po standardních letech větší množství "nestandardních letů", přesněji řečeno katastrof, video (2.6M) z celkem deseti nehod a pár obrázků.

Obrázky jsou (vyjma posledního) v odstupu 0.02 sekundy. Z nich i z videa je patrné, že zvláště při zkoušení vysokoenergetických TPH je opatrnost a rozvaha skutečně na místě, i malý motorek by při nechtěném zážehu mohl způsobit vážnou újmu. Z poslední nehody je jasné, jak je výběr rozsáhlého prostoru bez nebezpečí založení požáru důležitý.

Přehled mých raket, připravených na toto setkání.
    Některé konstrukce motorů byly zcela nové, tak je zde popíši.
    Zcela napravo 11 nejmenších raketek bylo poháněno upraveným galcitem. Blíže o nich bude uvedeno dále u letových ukázek.
    Druhá skupina motorů zprava, šest kusů, jsou kanálkové motory taktéž z Al trubiček 22/19mm, takové jsem zde také ještě nepopsal. TPH SX-81, délka jádra kolem 80mm, průměr kanálku 7mm, dřevěná tryska 5.5mm. Kanálek vpředu převrtán na průměr 10mm do hloubky cca 4mm, zde zatlačena zážehová tabletka ze světlicové směsi, zátka vytvořena z hořlavého epoxidového tmelu, krátkého zpoždění dosaženo centrálním navrtáním. Na motor je pak přilepena zelená světlicová tableta stejného průměru a nakonec lukoprenovou formou natvarována hlavice z kompozitní vytvrditelné směsi, hořící oranžově. Raketky startovaly velmi ostře, dosahovaly značných výšek a dvoubarevná hlavice byla efektní.
    Zhruba uprostřed čtyři černé motory jsou moje již známé kanáláky s jádrem 28mm délky 50mm, na nich je zajímavý postup výroby. Jádro je slepeno s tryskou a zátkou a celek je olaminován uhlíkovým rowingem, křížové vinutí. Výsledkem je mimořádně lehký a pevný plášť.

Na obrázku je vidět, jak je ovíjení raketky uhlíkovým rowingem provedeno.
    Dále doleva jsou čtyři čelní motory s jádrem 28mm a dřevěnou tryskou s ocelovým hrdélkem. Plášť byl z laminátových trubek, vnitřní vrstva laminátu byla z novinového papíru prosyceného epoxidem, vnější vrstva ze skelné tkaniny. Celková tloušťka stěny asi 2mm. Trubky byly velmi pevné, ani při zkoušce plnou silou dvoutunového lisu při použití plastelíny se neroztrhly, ale při chodu motoru žár spalin stěnou prosvítá a ta se zřejmě ještě před jeho doběhnutím propálí, vnitřní vrstva tepelné izolace by měla být silnější a neprůsvitná, třeba z černého papíru nebo ještě lépe se zalaminovanou vrstvou z kovové fólie. Hlavice byly tenkostěnné laminátové, laminované kousky skelné pásky do lukoprenové formy, naplněné malými světličkami, prosypáno trochou prachu a hliníku.
Další černý motor, jeden vpravo od tří šedivých, byl také ovíjený uhlíkovým rowingem, ale delší, se zahrazením asi 250. Přesto tenký uhlíkový plášť vydržel.
    Tři šedivé motory byly ty nejklasičtější kanáláky z PVC trubek 32/28mm s dřevěnými tryskami a nízkým zahrazením, aby vydržely bez dodatečného vyztužování. Klasická sorbitolová TPH byla aditivována MoS2 (Molyka) pro zrovnoměrnění chodu.
    Třetí motor zleva byl kanálák z PVC trubky o průměru asi 40mm, olaminovaný uhlíkovou tkaninou.

Hlavice byla vytvořena ze dvou PET lahví a před letem byla naplněna světlicemi, prosypanými směsí černého prachu a lístkového práškového hliníku. Na obrázku vypadá promáčkle, to je zkreslení dané sejmutím scannerem.
    Druhý motor zprava byl kanálák z PVC trubky o průměru asi 50mm, olaminovaný uhlíkovou tkaninou.

Hlavice byla odlita do lukoprenové formy z oranžově hořící kompozitní směsi, do osy zalita tyč z lisovaného černého prachu, jinak by hořela příliš dlouho a hrozilo by nebezpečí, že doletí až na zem.
Podivná sestava zcela vlevo a pak detailní obrázek zde vlevo, na první pohled vypadající jako poněkud přerostlá zápalka, je můj již ze dřívějších stránek známý kanálový kilový motor o průměru jádra 60mm, PVC trubka 64/60mm olaminovaná skelným laminátem, tryska i zátka dřevěné. Na motor byla spojovacím dílem nasazena komerční kulová puma o průměru 150mm a hmotnosti 1.25kg, obsahující velkou oranžovou světlici na padáku. Spojovacím dílem byla kvalitní pevná papírová trubka, těsně suvně pasující na motor, přilepená na kulovou pumu přes původní kuželovou část s výmetnou složí, z které byl odstraněn hrot kužele s elektrickým palníkem. Spoj byl zvnějšku přelaminován skelným laminátem, musí vydržet tah motoru řádu desítek kp i pulzující aerodynamické síly při obtékání koule. Zpoždění průšlehu motoru bylo zkráceno na minimum navrtáním jádra ze strany zátky tak, aby čelní část jádra byla jen o několik mm delší, než tloušťka stěny jádra. Do vývrtu byla napasována dvojmo černá stopina a na zátku ještě nalepena světlicová tableta s centrální dírkou. Setrvačná síla po dohoření motoru je značná a stlačení výmetné slože dopředu by jinak mohlo zapříčinit selhání jejího zážehu. Posléze jsem také měl obavy o aerodynamickou stabilitu takovéto sestavy a neznal jsem dobu hoření zpožďovačů vlastní pumy. Ale vše vyšlo, let dvaapůlkilové, poněkud neforemné sestavy byl majestátní a stabilní, puma se od motoru odstřelila ve správný okamžik krátce po jeho dohoření.
 
Video (2.6M, 12.5fps) ze tří nočních letů mých raket. Druhý let je raketa s hlavicí z hořlavého epoxidového tmelu, který funguje jako oranžová světlice o průměrné svítivosti, ale s dlouhou dobou hoření. Třetí let a obrázek vpravo je kulová puma s kilovou světlicí na padáku, jejíž let přes značnou hmotnost a určitou nedůvěryhodnost celkového tvaru sestavy byl perfektní. Bohužel video zdaleka nedokáže zachytit nádherné oranžové světlo, kterým byla osvícena okolní krajina i obloha.

    Malé raketky na galcit, obrázky ze startu snímané po 0.02s a krátké video (116k, 50fps) :

    Galcit je jednoduchá TPH, původně vyvinutá pro pomocné raketové motory v rámci programu JATO (jet-aided takeoff), pro usnadnění startu přetížených vojenských transportních letadel z krátkých a nekvalitních rozjezdových ploch. Tato TPH však měla pro vojenské účely nevýhodné vlastnosti, jako je nízký rozsah použitelných teplot a intenzívní kouřová stopa a záhy byla nahrazena lepšími kompozity.
    Někteří kolegové již galcit zkusili, ale v malém motorku nehoří stabilně, silně pulzuje, kouří a zhasne nebo při zapulzování motorek roztrhne. Dle mého názoru mu vadí příliš velký rozdíl mezi teplotami dekompozice složek. Použil jsem proto přídavek 1% jemného červeného Fe2O3 k chloristanu draselnému, který funguje jako katalyzátor rozkladu a navíc jako dobrá mlecí přísada. Dále "převařený" asfalt, to pro odstranění nízkovroucích složek, plastifikovaný nikoliv olejem, ale výševroucí vazelínou. Dále jsem použil přídavek 4% práškového Mg pro zvýšení tepelného toku ze spalin, větší množství již nemělo pozorovatelný vliv. Ještě dříve jsem vyzkoušel různá množství přísad a různá zahrazení, ale motory nelétaly lépe než na sorbitolovou TPH a trpěly pulzacemi. Na konci kanálku musí být silná zážehová tableta, v mém případě maličká světlička, galcit nelze zapálit plaménkem nebo zápalnicí.
    Všechny motory vypuštěné na setkání letěly, některé sice s nebezpečnými pulzacemi, ale žádný se neroztrhl ani nespadl a dolet byl stovky m. Jádro bylo o průměru 19mm a délky kolem 40mm, kanálek průměr 8mm, tryska 4.5mm, zátka a náznak hlavice z hořlavého epoxidového tmelu.
    Příprava galcitu je jednoduchá, proto jsem mu věnoval více pozornosti a času ve snaze připravit jej tak, aby stabilně hořel i v malém motoru. Stále jsem však používal obsah asfaltu 25%, jak je většinou uváděno v popisech. To ale možná byla chyba. Později jsem provedl výpočty vlastností galcitu s čistým asfaltem pomocí programu propep a získal jsem následující data.
Graf je vynesen z hodnot, vypočtených pro tlak 1.5MPa ve spalovací komoře, což je dejme tomu rozumný tlak pro malé amatérské motorky nepříliš pevné konstrukce. Již na první pohled je patrné, že za těchto podmínek je maximum specifického impulzu při podstatně nižším obsahu asfaltu, a to mezi 18% a 19%. Maximální teplota hoření je ještě o procento níže. Posléze jsem v jiném materiálu našel obsah asfaltu 15-20%, to už je lepší a je z toho jasně vidět, že ne vždy je správně, co je psáno. Moje zkušenost je, že mnohé směsi obsahující výrazně nadstechiometrický obsah palivové složky v TPH nehoří v malých motorcích stabilně a to je pravděpodobně i důvod pulzací předvedených motorků. Velké motory na galcit dále používaly jednak podstatně vyšší pracovní tlaky (uvádí se až 2000PSI, to je asi 15MPa) a posléze z důvodu plasticity TPH i za nízkých teplot směs asfaltu s nějakým plastifikátorem. Jeho složení se nikde neuvádí, maximálně to, že se jedná o speciální olej a je uvedena nějaká výrobní značka. V jednom materiálu byl uveden obsah 30% v asfaltu. Běžný olej, t.j. ropná frakce, to vzhledem k jeho nízkému bodu varu asi není. Takže se může jednat třeba o nějaký syntetický nebo rostlinný olej, který má vysokou tepelnou odolnost, jako je třeba ricinový, nebo nějaký zcela jiný plastifikátor. Takový ale může obsahovat v molekule kyslík a posléze mít v ní vyšší poměr vodíku k uhlíku, což je pro vlastnosti TPH výhodné. Obojí pak může způsobit, že vhodnější je vyšší obsah palivové složky v TPH. Ten je posléze u takovýchto směsí důležitý ještě z dalšího důvodu, a tou je plasticita zahřáté směsi při plnění. Pod 25% kapalné fáze směsi velmi rychle zanikají plastické vlastnosti a směs se stává drobivou. I to může být důvod, proč se použije více palivové a zároveň pojivové složky, než kolik je třeba.
    Další pokusy s galcitem jsem již nedělal a dělat nejspíš nebudu. Důvodem je nepříliš velký výkon, jen o málo vyšší, než jednoduchá a levná sorbitolová TPH. Navíc práce s asfaltem je dramaticky nepříjemnější než se sorbitolem. No a konečně jsem po provedení velkého množství výpočtů a vyzkoušení vzorků nalezl podstatně výhodnější náhradu za asfalt v galcitu pro malé motorky, a to jak z hlediska snadnosti, bezpečnosti i pohodlnosti přípravy, tak z hlediska vyššího výkonu.

    Nakonec obrazové připomenutí toho, jak je důležitá kvalitní a neprůsvitná tepelná izolace. Obrázky jsou ze statického testu kanálkového motoru s průměrem jádra 28mm na běžnou sorbitolovou TPH, která hoří nízkou teplotou. Motor měl plášť z PVC trubky plus skelný laminát. Na první pohled je jasné, jak "aktivní zóna" motoru žhne.
 
Video (134k)
 
Video (246k), výřez z předchozího, 4x zpomaleno, bez zvuku.

    Na podzim roku 2002 se sice ještě konalo jedno větší setkání a několik menších testovacích akcí, ale z nich nemám žádné nové zajímavé obrazové dokumenty. Ostatně nic význačného nového, co by stálo za popis, se neudálo a nějaké nové poznatky si nechám na následující rok, abych měl o čem psát, kdyby byl na události chudý. Doufám ale, že bude opět nějaké větší setkání, na kterém se předvedou nové věci a že opět někteří jedinci přivezou řádné "kusy".
 

 
< < Předchozí Rakety hlavní stránka Další >>