ФРМС

S1 / S5. Схемы систем спасения первых ступеней.

Схема «С Лючком».

Предлагаю вниманию уважаемых коллег описания нескольких вариантов схем системы спасения (СС) моделей высотных классов S1 и S5. В основном это будет касаться класса высоток-копий S5.

Наряду с вопросом поджога двигателя второй ступени (см. материал на сайте «S1 / S5. Поджог двигателя верхней ступени.»: http://frms.ru/forum/viewtopic.php?t=502 ) важнейшим аспектом в конструкции многоступенчатых моделей является вопрос НАДЁЖНОСТИ СС первой ступени.

ИСТОРИЯ СХЕМЫ.
Давно-давно, лет так д-цать назад, а именно в 1981 году, при подготовке к 5-му чемпионату Европы мы с Ильичём разработали, отработали и построили двух-ступенчатые модели в классе S1 (конечно, главным образом разрабатывал Владимир Ильич Минаков, а Ваш покорный слуга - строил), на которых в том же году и было завоёвано первое советское (а считай - российское) личное «золото» чемпионатов Европы (Юрий Солдатов), а также и личное «серебро» (Виктор Кузьмин). Так, вот те модельки как раз и имели подобную схему.
Описание и чертёж той модели приведены на сайте: http://bob-pot.narod.ru/tbrb.htm , см. «Модель класса S1B (разработка) Ю.Солдатова.». В тексте описания имеется несколько неточностей. В частности, видимо автор того материала несколько слукавил. Юрий Солдатов не являлся ни разработчиком, ни конструктором той модели…
Кроме этого там указано, что: «…При отделении первой ступени створка отбрасывается от корпуса резиновой нитью и увлекает за собой стример…». Конечно, створка отбрасывается набегающим воздушным потоком. …
А так же указывается, что «..головной обтекатель ракеты .. выполняется из бальзы»..(?) Конечно, он был из липы. Зачем же его делать из бальзы, если его, ГО потом приходилось грузить свинцом? Да и ноздреватая поверхность бальзы – не самая лучшая для обтекания…. Но все это – «дроби», конечно.

В чём-то эта схема отражала наши поиски/находки в свободных классах (S3; S6 и S4), в которых мы тогда неизменно использовали корпуса-«раскладушки».

Позже эта же схема была применена и на моделях-копиях высоток S5 на прототипе «М100Б». И применение этой схемы было также небезуспешным: ЧМ-1985 – личное «серебро» (Сергей Ильин). В дальнейшем эта простая и надёжная схема многократно применялась на детских моделях-копиях на Московских городских соревнованиях.

В какой то мере СС первой ступени, реализованная на чемпионской (Байконурский ЧМ-2006, S1В) модели «Светлейшего Князя» Меньшикова Владимира (см. описание и чертёж модели «Модель ракеты класса S1B чемпиона мира В.Меньшикова» на сайте : http://bob-pot.narod.ru/tbrb3.htm ), является разновидностью описываемой ниже схемы. Хотя и заслуживает самостоятельного названия типа «схема с лючком Меньшикова» (или имени кого там, … того кому «клюнула» такая симпатичная идея контровки кордом). Я сам - хотя и не сторонник размещать какие-либо элементы СС 1-й ступени на степени верхней, но в данном случае корд-чека, находясь в аэродинамической тени 2-й ступени, если и оказывает некое влияние на обтекание ступени и струю газов двигателя, то скорее всего это влияние сказывается «в третьем знаке после запятой».

ОПИСАНИЕ СХЕМЫ.
В Приложении представлена Последовательность изготовления СC 1-й cтупени «С лючком».

ЭТАПЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ:
Номера операций Приложения соответствуют №№ операций нижеприведённого описания.

1. После намотки корпуса первой ступени, его мехобработки, нанесения грунта / шпаклёвки и выведения поверхности до состояния «перед покраской», он, этот корпус одевается обратно на оправку, на которой осуществлялась его намотка. Однако для того, чтобы не повредить намоточную оправку при вырезании лючка, лучше использовать для этого отдельную оправку (Оправка 1), которая по диаметру на 0.01 ... 0.02 мм меньше намоточной.
На корпусе (Дет.1) частично вырезается люк (Дет. 1.2). В верхней части корпуса (на длине 10 –15 мм) прорезание осуществляется не насквозь, а скорее намечается/процарапывается. Прорез насквозь делать только в нижней части люка. Это делается для целостности корпуса 1-й ступени, чтобы более аккуратно получилась следующая операция.
Прорез осуществлять очень острым и желательно тонким лезвием. Углы люка желательно выполнять не острыми, а скруглить.
Размеры рекомендую следующие: По ширине (длине образующей) – примерно одна треть (четверть) длины окружности диаметра ступени. К примеру, в своё время на модели внешнего диаметра 13.1 ширина лючка по образующей составляла 15 мм. По длине – в зависимости от размеров (ширины) применяемой ленты.

Примечание: В данном описании не представлены операции по сборке всей ступени, а только связанные с изготовлением элементов собственно СС этой ступени. Тем не менее, на этом этапе или же перед этой операцией № 1 – в зависимости от конфигурации ступени и её конструкции (наличия или отсутствия сужающейся кормы на ней), необходимо вклеить двигательный отсек первой ступени и нижнюю заглушку с отверстием для пиротрубки.

2. В верхнюю часть корпуса ступени (Дет.1) вклеивается стеклопластиковый цилиндр – посадка для стыковки с верхней ступенью (Дет.2). Внешний диаметр его примерно равен внутреннему диаметру корпуса. Длина – около 2 диаметров (или чуть бОльше). Толщина стенки примерно равна 0.1…0.15, обеспечиваемая намоткой 3-4 слоёв стеклоткани толщиной 0.025.

3. После полимеризации клея лючок прорезается насквозь в том числе через-и-вдоль приклеенный посадочный цилиндр (Дет.2). Это также выполнять на оправке (Оправка 2).

4. На вырезанный лючок (Дет.1.2) в нижней его части приклеивается предварительно намотанный стеклопластиковый цилиндр (Дет.3) с внешним диаметром равным внутреннему диаметру корпуса и толщиной стенки примерно равной 0.1…0.15. Данную операцию приклейки лучше выполнять на оправке (Оправка 2), чтобы избежать возможного коробления / усадки / потери формы при приклейке. Данную операцию можно совместить со следующей.

5. Вклеить цилиндр-заглушку (Дет.4.1) с пиротрубкой внутрь посадочного цилиндра, в ёё часть, оставшуюся после вырезания люка (Дет.2.1). Этот цилиндр-заглушка выполняется из дерева (бальза), и перед приклейкой в посадочный цилиндр раскалывается по линии разреза люка.
В корпус 1-й ступени (Дет.1.1) ниже уровня выреза (и ниже уровня заходного зуба лючка) вклеить ограничитель (Дет. 8 ), предотвращающий проваливание СС.

6. После полимеризации клея на склейке Дет.1.2 - Дет.3 обрезается лишнее с приклееного на лючок цилиндра (Дет.3) и формируется заходной зуб.

7. Внутрь вырезанной части посадочного цилиндра на корпусе (Дет.2.1). вклеивается ещё один стеклопластиковый цилиндр-кольцо (Дет.5). Он служит для придания жёсткости состыковки, а главное – соосности состыкованных ступеней.

8. После полимеризации клея оставшийся сегмент деревянного цилиндра-заглушки (Дет.4.2) накладывается обратно (в Дет.4.1) и приклеивается к внутренней поверхности лючка (в Дет.2.2).

9. После полимеризации клея на внутреннюю поверхность люка (Дет.1.2) приклеивается петля (Дет.6) для крепления. На верхнюю поверхность деревянного сегмента-заглушки (Дет.4.2) приклеивается картонный сегмент (Дет.7), который послужит щитком-протектором СС 1-й ступени от истекающей струи продуктов сгорания двигателя второй ступени в момент разделения ступеней.

10. Подвязка ленты (Дет.9) осуществляется х/б нитью № 00 - Дет.10 к петле на люке. К этой же петле крепится и кольцо резины-венгерки (Дет.11). Впрочем, резину во многих случаях можно заменить всё той же х/б нитью № 00 (или толстой синтетической) – в случае использования ленты (а не парашюта) и сравнительно малой скорости разделения ступеней и т.д.

ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ СХЕМЫ.
Недостатком данной схемы (для класса S5) является наличие разреза на корпусе модели-копии при его отсутствии на прототипе. Тем не менее, если этот разрез-лючок выполнять аккуратно, то он не будет очень заметен и не повлечёт за собой сколь-нибудь существенного снижения оценки на стенде.

Наиболее простым в исполнении эта схема является в случае одинаковых диаметров верхнего участка первой ступени и нижнего участка второй. В других случаях, например «Таурус-Томагавк», реализация этой схемы будет не совсем симпатичной и простой. И желательно прибегать к другим вариантам СС первой ступени.

Преимуществом данной схемы является её сравнительная простота в изготовлении и особенно при подготовке модели к полёту.
Кроме этого, данный дизайн является достаточно лёгким по массе конструкции в сравнении с другими схемами.

S1 / S5. Схемы систем спасения первых ступеней.
Схема «Катушка Хохлова».

Продолжаю описание различных вариантов схем системы спасения высотных моделей-копий S5.

ИСТОРИЯ СХЕМЫ.
Предлагаемая схема была разработана где-то в 1980-х годах и успешно применялась уважаемым Хохловым Владимиром Николаевичем в течение многих лет и на соревнованиях школьников г. Москвы, и на чемпионатах СССР и России. Думаю, и в настоящее время применяется – особенно на детских моделях-копиях – и прежде всего в классе копий S7. Применяли эту схему и мои ребятишки-ученики на чемпионате школьников г. Москвы.

ОПИСАНИЕ СХЕМЫ.
На Рис. 1 Приложения представлен эскиз зоны стыка ступеней.
На Рис. 2 Приложения представлен эскиз разделения ступеней. Показана подвязка ленты. Возможна установка парашюта вместо ленты. Но в этом случае, учитывая, что разделение ступеней происходит со скоростями, отличными от нуля, необходимо основательно чехлить этот парашют и/или прибегать к другим мерам, приводящим к уменьшению скорости ввода системы спасания.
Совсем не обязательно выполнять двигательный отсек (ДО) во всю длину двигателя (как это показано на Рис. 1), а можно ограничить его по длине до нижнего среза шпангоута ДО.

Название «Катушки» от своего автора схема получила поскольку в качесве чехла он использовал полоску тонкого (толщиной где-то 0.1 … 0.2 мм) пластика шириной несколько меньшей чем расстояние между шпангоутами. И эта пластинка, прикреплённая к цилиндру «катушки», наматывалась в несколько слоёв (подобно нитке на катушку), закрывая/защищая уложенный парашют / ленту. Данная пластина также упрощает подготовку модели к полёту / состыковку ступеней, и является аэродинамическим тормозом, достаточно эффективно гасящим скорость после разделения ступеней.

ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ СХЕМЫ.
Недостатком данной схемы является ограниченность её применения, поскольку она подразумевает размещения системы спасения в зазоре между внутренним цилиндром верхней части первой ступени, внутренний диаметр которого должен быть не меньше диаметра двигателя 2-й ступени, и внутренним диаметром 2-й ступени. И подобную схему можно реализовать, когда разница между внутренним диаметром корпуса второй ступени и диаметром её двигателя составляет по-крайней мере 5 мм. Верхние же ступени моделей S5 выполняются как правило более тонкими, и такого зазора не всегда предполагают.

Преимуществом данной схемы является её - я бы сказал - абсолютная ПРОСТОТА как в изготовлении, так и при подготовки модели к полёту.
Кроме этого, конструкция подобной схемы является достаточно лёгкой по массе. И если в классе высотных-копий она не всегда применима, то она хорошо себя зарекомендовала особенно в классе моделей-копий реализма полёта S7.

Александр!
Я тоже применял такую систему на своей Ариане-L-01 на первой и второй ступени.
И данная система очень хорошо работала.
Для более эффективного раскрытия системы спасения на дно катушки прикреплялась пружинистая лента, которая накручивалась в один слой, для более надежного выброса системы спасения. Я использовал упаковочную ленту.
Это было на чемпионате СССР в 1984 году.
А сейчас у Челябинцев на второй ступени Арианы такой же принцип.

S1 / S5. Схемы систем спасения первых ступеней.
Схема Минакова «Через Назад».

Продолжаю описание различных вариантов схем системы спасения высотных моделей-копий S5.
Для простых высоток (S1) данная схема не является лучшим вариантом, поскольку для этого класса существуют намного более простые и легкие по массе конструкции схемы.

ИСТОРИЯ СХЕМЫ.
Так же как и схема «С Лючком» этот вариант берёт своё начало с 1981 года.
Тогда при подготовке к ЧЕ-81 и отработке двухступенчатой модели-копии ракеты “Sonda” в комбинации ступеней “S6-S9” было найдено красивейшее техническое решение - Передача огня к двигателю 2-й ступени и ввод в действие системы спасения 1-й (стриммера) осущесвлялось одновременно от вышибного заряда двигателя 1-й ступени с выходом двигательного отсека из корпуса этой ступени.
Тогда выполнение/реализация подобной схемы при:
- короткой второй ступени, а значит – и малой длине передачи огня;
- сравнотельно тонкой первой ступени, а значит и малым перепадом давления «внутренний диаметр корпуса – внутр. диаметр пиротехнической трубки» при срабатывании вышибного двигателя 1-й ступени – по сравнению с нынешними копиями-высотками с как минимум 50-милиметровыми, первыми ступенями -
всё получалось достаточно просто в конструкции и надёжно в полёте.
Когда в соответствии с Кодексом первые ступени удлинились и потолстели (сначало до 40 мм, сейчас и того больше - до 50 мм), пришлось для повышения НАДЁЖНОСТИ (парадоксально, но – факт) несколько УСЛОЖНИТЬ конструкцию. Однако, в одном или двух испытательных полётах не произошёл поджог двигателя 2-й ступени, и тогда методом мозгового штурма мы пришли к нижеописанной подготовке двигателя 1-й ступени. Дело в том, что при воспламенении вышибного, горячий газ, выталкивающий ДО расширяется и при этом охлаждается. Кроме того, гидравлическое сопротивление полости Пиротрубки, которая по диаметру значительно меньше диаметра ДО, является большим, и этому горячему газу просто «не хватает ума», чтобы прорваться через этот «заслон» подобной «пробки» большого гидравлического (вернее – пневматического) сопротивления. И он, этот газ, устремляется вниз, выталкивая ДО...

В дальнейшем применение данной модификации на высотных моделях-копиях приносило неплохие результаты, судите сами:
на прототипе «Найк-Кейджун»:
- ЧМ-1990 , «золото» – Ильин С.; «серебро» – Минаков В.;
- ЧМ-1992 , «золото» – Ильин С.; «серебро» – Минаков В.; «бронза» – Митюрёв А.;
на прототипе «Таурус Томагавк» - я там не был, но могу только догадываться, что применялась та же схема (если это не так или не совсем так, и были внесены какие-то изменения, меня смогут поправить читатели/писатели нашего форума), и применялась также небезуспешно и ниже я приведу результаты только личных призовых мест, и только по ЧМ, как показатель всё той же НАДЁЖНОСТИ:
- ЧМ-1996 , «серебро» – Минаков В.; «бронза» – Ильин С..;
- ЧМ-2000 , «серебро» – Меньшиков В.; «бронза» – Воронов О.;
- ЧМ-2002 , «золото» – Коробейников Е.;
- ЧМ-2006 , «серебро» – Грязев А.
То техническое решение было настолько простым, удачным и, я бы сказал, красивым, что его до сих пор применяют моделисты и у нас в стране, и теперь, я думаю, и за рубежом.


ОПИСАНИЕ СХЕМ.
Данная схема как бы объединяет в себе 2 системы: Систему Поджога двигателя 2-й ступени и Систему спасения ступени 1-й.

А. УПРОЩЁННЫЙ ВАРИАНТ СХЕМЫ. Без доработки двигателя, для моделей с малыми диаметрами первых ступеней.
В Приложении 1, Рис. 1 представлен эскиз нижней части 1-й ступени по упрощённой схеме «Через Назад» – без доработки двигателя – для вариантов моделей с малыми диаметрами первых ступеней.

В Приложении 1, Рис. 2 представлен эскиз отделения двигательного отсека 1-й ступени от его корпусной части по упрощённой схеме «Через Назад», где показана подвязка Двигательного Отсека и ленты к Корпусу 1-й ступени.

Б. МОДИФИЦИРОВАННЫЙ ВАРИАНТ СХЕМЫ. Для моделей с большими диаметрами первых ступеней.

ПОДГОТОВКА/ ДОРАБОТКА ДВИГАТЕЛЯ 1-Й СТУПЕНИ:
В Приложении 2, Рис. 3 представлен эскиз доработанного двигателя 1-й ступени.
Двигатель для 1-й ступени используется с небольшим замедлением (1...1.5 сек) для того, чтобы был какой-то (пусть хоть в сотую секунды) интервал по времени между зажиганием вышибного для поджога двигателя 2-й ступени и зажиганием вышибного для отстрела ДО из корпуса 1-й ступени. И в начале давление газов будет действовать только на малую площадь сечения пиротрубки, т.е. непосредственно внутрь её, передавая луч огня вверх - в двигатель 2-й ступени. А уже после этого вышибной, расположенный над замедлителем «выплюнет» ДО из корпуса 1-й ступени.

В Приложении 2, Рис. 4 представлены этапы такой доработки.
На этапе №3 данной доработки указан технологический картонный пыж, обеспечивающий соосность угле-стеклопластиковой трубки, приклеиваемой к закрывающему замедлитель пыжу. После полимеризации клея этот технологический пыж снимается.

В Приложении 3, Рис. 5 представлен эскиз нижней части 1-й ступени по модифицированной схеме «Через Назад».

В Приложении 3, Рис. 6 представлен эскиз отделения двигательного отсека 1-й ступени от его корпусной части по модифицированной схеме «Через Назад», где показана подвязка Двигательного Отсека и ленты к Корпусу 1-й ступени.

В Приложении 4, Рис. 7 представлен эскиз Посадочных поверхностей состыковки «Двигательный Отсек/Двигатель – Корпус».
Как Вы видите, состыковка ДО/двигателя с корпусом осуществляется по 3-м посадочным поверхностям – А, В и С. Это дополнительно накладывает требования по взаимной соосности всех элементов. И для технологичности состыковки ДО и корпуса:
- нижний край металлтической Трубки-посадка Пиротрубки (Дет. 6, Рис. 5) развальцовывается, а с края вклеиваемой в двигатель трубки снимается фаска;
- край Корпуса внутренней Трубки-Заглушки (Дет. 3, Рис. 5), а также край сборки «Корпус ДО (Дет. 10) - Шпангоут Корпуса ДО (Дет. 10)» заваливается/скругляется;
- длины посадок В и С (см. Рис. 7) выбираются из условия: b меньше c.

Для уменьшения влияния горячих газов на систему спасения длины посадок А и С (см. Рис. 7) выбираются из условия: а меньше c. При этом условии к тому моменту, когда ДО сойдёт со своей посадки с Корпусом (посадка С, Рис. 7) и горячие газы вышибного выйдут во внутренний объём его, он – этот объём уже будет соединён с внешней средой и СС уже будет частично в набегающем потоке воздуха.

ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ СХЕМЫ.
Недостатками данной схемы являются:
- сравнительная сложность в изготовлении;
- более скрупулёзная подготовка модели к старту, не терпящая каких-либо отклонений от «протокола»;
- необходимость вышеописанной специальной доработки/подготовки двигателя;
- несколько бОльшая масса конструкции.

Преимуществом данной схемы является её НАДЁЖНОСТЬ, но только (!) при соблюдении всех пунктов «протокола».

Этот дизайн работал в течение сезонов абсолютно безотказно. Не смотря на сравнительную сложность-заморочки, не отступали от того, что не подводило и работало надёжноно, руководствуясь принципом «лучше перебдеть чем недобдеть» и что называется OVERKILL проблему «поджога верха и спасения низа». Тогда у нас не было ни достаточного количества двигателей, а главное – времени, чтобы набрать статистику по каким-то другим решениям. Может быть за последние 12-14 лет народ упростил / модифицировал, или нашёл какие-то более простые решения - флаг им/вам в руки! И если это – так, то м. б. если они (или кто-то из них) не поленится и/или не побоится раскрыть «know how» и «стратегические секреты», то они/он/она смогут дополнить мой рассказ.

Мягких посадок Вашим моделькам, сударыни и судари!

Не смог открыть файлы, выложенные в теме. Поэтому, возможно, повторюсь. Сконструировал я тут высотку. Долго думал, как систему спасения первой ступени присобачить. И надумал вот такое:


В общем, летает. Подвел сей вариант только однажды на модели копии М-100. Но там пиротрубка почти полметра была.