Библиотечка «Модели к полёту готовы»
В. Ф, Еськов, Р. Л. Нейманов
В. Ф. Резников, А. В. Тараканов
МОДЕЛИ КОСМИЧЕСКИХ РАКЕТ
*** 1969 ***
От нас: 500 радиоспектаклей (и учебники)
на SD‑карте 64(128)GB — ГДЕ?..
Baшa помощь проекту:
занести копеечку — КУДА?..
|
Задание. За последние годы изданы многие десятки научно-популярных книг о космонавтике. Их трудно даже перечислить. К тому же мы не знаем, в каком классе ты учишься и какие книги тебе более доступны. Попроси библиотекаря помочь подобрать интересные и понятные книги о космонавтике. Напиши в свой заочный клуб, какие книги ты прочел, сделал ли из них выписки.
Напиши также и о том, как в твоей школе ребята отмечают День космонавтики — 12 апреля. Наверно, в этот день вы проводите вечер или утренник, возможно, устраиваете игры, парад юных друзей космонавтики. Опиши все это. Не забудь написать, что ты сам сделал к этому празднику. На этом ты заканчиваешь работу по первому разделу программы начального кружка авиационного моделизма — «Летающие игрушки и простейшие модели». Переходи ко второму разделу — «Планеры». Работу по первому разделу программы подготовки авиамоделистов «Летающие игрушки и простые модели» завершает изготовление простейших моделей космических ракет. ЗАНЯТИЕ ОДИННАДЦАТОЕ Первая модель (рис. 1) не имеет двигателя: она стартует с катапульты. Корпус модели трубку диаметром 10 — 15 мм и длиной 150 — 200 мм — склей из плотной чертежной бумаги в один слой. В конец трубки вставь «головку», вырезанную из губки, пористой резины, пласт-массы или иного, легко деформирующегося, материала. Мягкая головка предохранит модель от поломок пди ударах. Точно вдоль оси корпуса приклей стабилизаторы из плотной бумаги или тонкого картона. В корпус «космической ракеты» вклей целлулоидный или картонный выступ. Он не позволит Модели сойти с направляющих, и на него будет опираться толкатель катапульты. Катапульту сделай из двух фанерных полосок толщиной 2 — 3 мм, приклей к ней две рейки сечением 5X5 мм. Между полосками должен свободно передвигаться толкатель. Сделай его тоже из фанеры. В толкатель вклей два бамбуковых, штырька. К одному из них привяжи резиновую нить, другой будет захватывать крючок спускового механизма. Основание катапульты изготовь из доски толщиной 12 — 15 мм размером 100X150 мм. Спусковой крючок изогни из проволоки. Чтобы запустить модель ракеты, отведи толкатель катапульты в крайнее нижнее положение и захвати задний штырек спусковым крночком. После этого поставь модель на направляющие катапульты выступом на толкатель. Ракета готова к старту. При желании можешь сделать стартовую установку (катапульту) более сложной (рис. 2). Она состоит из фермы а с направляющей штангой и основания. Ферму можно поворачивать в любую сторону, а также поднимать на любой угол. Ферма состоит из двух стенок, между которыми закреплена направляющая штанга ж. Внизу фермы просверлено отверстие з для болта, соединяющего ее со стойкой основания. Основание состоит из стойки, трех дисков в, г, д, позволяющих поворачивать ферму, и опорных лап б, которые придают большую устойчивость всей установке. Эта модель несложна, поэтому чертежа ее можно не делать. Отшлифуй фанеру мелкой наждачной бумагой и прямо на ней начерти стенку фермы. Чертеж расположи с краю листа и обязательно вдоль верхнего и нижнего слоев фанеры. Длину фермы установи сам: она может быть равна примерно 250 — 300 мм. Чтобы обе стенки фермы были одинаковыми, вышили вначале одну, зачисть края, положи на тот же лист фанеры и обведи карандашом ее контур. При выпиливании учти, что обводя деталь карандашом, ты несколько увеличиваешь ее. Выпиленные стенки сбей мелкими гвоздями в двух-трех местах. После этого разметь на стенках: и выпили прорези для фиксации толкателя и облегчения фермы. Разъединив готовые стенки, еще раз отшлифуй их наждачной бумагой и покрась яркой краской. Выпили диски основания. Размеры их могУт быть произвольными: важно, чтобы основание позволяло ферме свободно поворачиваться. Опорные лапы вычерти и выпили так же, ка)с и стенки фермы. Закрепи их в шип на среднем, большем диске основания. Выпили из файеры спусковой крючок и две шайбы. Направляющую штангу выстругай из сосновой рейки или бамбука и закрепи в деревянной бобышке. Толщина бобышки должна быть ровно в три раза больше толщины фанеры,, в противном случае ферма не будет подниматгься и удерживаться на заданном угле. Бобышку с направляющей штангож вклей между стенками фермы так, чтобы штаннга была приподнята над фермой на 5 — 8 мм. Чтгобы бобышка лучше держалась между стенками, закрепи ее еще и мелкими гвоздями. Скретленные воедино стенки фермы соедини небольшим болтом со стойкой основания. На выстугпающий шип стойки надень верхний диск, смззшный клеем, и поставь средний диск, а затем нижний. К верхушке направляющей штанги примотай нитками отрезок авиамодельной круг-лой резины с привязанной к ней деревянной рейкой — толкателем и. Спусковой крючок закрепи болтом с шайбой между стенок фермы. Вторая модель ракеты — с воздушным винтом. Она сложнее первой. Работу над моделью начни С изготовления корпуса — бумажной трубки (р и с. 3) длиной 220 — 250 мм. Склей ее из одного слоя плотной бумаги на стапеле — болванке или трубке диаметром 15 — 20 мм. Для большей прочности концы трубки обклей полосками бумаги шириной 10 — 12 мм. Головку и стабилизаторы вырежь из чертежной бумаги. Лопасти воздушного винта вырежь из плотной бумаги, склеенной в три слоя. Врежь и вклей их в рейку длиной 40 — 50 мм и сечением 3X3 мм. Подшипник сделай из древесины, просверли его центр миллиметровой стальной проволокой или выпрямленной канцелярской скрепкой. Из этой же проволоки изготовь ось винта. Чтобы подшипник и палочка крепления резинового двигателя не проворачивались в корпусе ракеты, сделай пазы. Двигатель сделай из двух ниток резины сечением 1X4 мм или восьми ниток круглой резины. Собирай модель в такой последовательности. Связанный петлей резиновый двигатель пропусти внутрь корпуса. Один конец петли надень на крючок оси винта, а другой закрепи палочкой. К этой же палочке приклей головку ракеты. Теперь закрути резиновый двигатель вращением винта на 100 — 120 оборотов. Модель можно запускать горизонтально и вер-тикально. Правильно сделанная модель пролетит 20 — 30 метров или поднимется вверх на высоту до 20 метров. У описанных моделей нет ракетных двигателей. Поэтому они только имитируют полет ракеты, подражают ему. Можно построить модель ракеты с настоящим двигателем, но заниматься этим следует только в кружке под руководством взрослого инструктора. На таких моделях устанавливаются двигатели (иначе называемые «зарядами») заводского изготовления. Сама модель одноступенчатой ракеты несложна. На бумажной трубке — корпусе ракеты — закреплены стабилизаторы. В верхней части корпуса установлен обтекатель, к которому изнутри привязаны стропы парашюта. Сам парашют помещен внутри корпуса (р и с. 4). Корпус ракеты лучше всего изготовить из чертежной бумаги. Длина трубки 350 — 500 мм, внутренний диаметр — точно 23 мм (так как диаметр стандартного двигателя составляет 22,5 мм), толщина — 2 — 3 слоя бумаги. Для выклеивания трубки следует приготовить стапель — круглый деревянный стержень диаметром 23 мм. Заготовку — прямоугольник бумаги размером 350 — 500 X Х150 — 200 мм — промажь клеем и навей на стапель. Следи, чтобы наружный шов не разошелся. Загрузи стапель с навитой трубкой чем-либо тяжелым — до полного высыхания клея. Когда клей высохнет, зачисти трубку шкуркой. Головку ракеты — обтекатель — лучше всего выточить на токарном станке из дерева или пе- нопласта. Чтобы она не была тяжелой, сделай изнутри коническую выемку. Форма головки может быть любой (рис. 4). Для крепления строп парашюта вверни в головку небольшой шуруп или вклей палочку. Готовую головку под "они к корпусу, то есть сделай так, чтобы она держалась в трубке не плотно, а свободно. Это необходимо для того, чтобы она легко могла отделиться и вытянуть парашют. Стабилизаторы на модели могут иметь различную форму (р и с. 5). Они нужны для создания путевой устойчивости. Поэтому их следует сделать из жесткого материала: плотного картона, фанеры, жести. В зависимости от материала определи и способ крепления стабилизаторов к корпусу. Модель ракеты летит со скоростью около 30 м/сек., следовательно, стабилизаторы испытывают достаточно большую нагрузку. Надо обратить особое внимание на их подвеску. Стабилизаторы из жести лучше закрепить на корпусе при помощи двух жестяных поясков, причем запаивать их в кольца нужно непосредственно на трубке, чтобы впоследствии кольца не проворачивались. Стабилизаторы — их может быть три или четыре — необходимо припаивать на кольца строго по осевой линии корпуса. Иначе модель не будет выдерживать заданного направления, будет кувыркаться. Стабилизаторы из картона или тонкой фанеры можно вклеивать в пазы, образованные двумя тонкими рейками или полосками плотной бумаги. Способы крепления стабилизаторов показаны на рис. 6. В самом начале полета модель ракеты еще не обладает скоростью, при которой стабилизаторы начнут «работать» — обеспечивать путевую устойчивость. Поэтому для старта применяют различные приспособления — направляющие устройства. Самое простое приспособление — направляющие кольца, установленные в верхней и нижней части корпуса. Нижнее направляющее кольцо можно объединить с кольцом, удерживающим стабилизаторы. Старт модели производится с металлического стержня (или трубки) диаметром 6 — 8 мм, длиной около 1,5 метра. Направляющие кольца должны быть несколько большего диаметра, то есть свободно скользить по стержню. На рис. 7 показана модель на стартовом устройстве. Двигатели для моделей ракет изготовляют пиротехнические мастерские. Большинство этих мастерских находится в ведении комитетов ДОСААФ. Двигатель заводского изготовления представляет картонную гильзу 12 калибра (предназначенную для охотничьих ружей). В гильзе особым образом запрессована горючая смесь. Руководители кружков получают такие заряды в авиаспортклубах ДОСААФ, на станциях юных техников, в домах пионеров, причем только лично. Выписывать заряды по почте нельзя: почтовые правила запрещают отправку в посылках огнеопасных веществ. Отдельным моделистам не следует даже пытаться изготовлять заряды своими силами, так как категорически запрещаются какие-либо опыты с порохом и различными горючими веществами. Жидкие топлива в двигателях моделей ракет не применяются совершенно. Строить и запускать модели с настоящими ракетными двигателями можно только в кружке, причем пользоваться покупными зарядами. Будь дисциплинирован! Не нарушай это основное правило! ПОЧЕМУ ЛЕТИТ РАКЕТА? Прежде чем объяснить принцип движения ракет, мы напомним тебе о всех известных устройствах, движение которых основано на том же принципе. Для этого мы предлагаем тебе проделать несколько простых опытов. Для первого опыта нужна оболочка детского воздушного шара. Наполни ее воздухом и сожми горловину. Воздух внутри шара давит на все стенки равномерно, давление взаимно уравновешено, и шар находится в неподвижном состоянии. Но стоит лишь открыть горловину, как равновесие нарушится: против горловины появится избыток силы — тяга. Выпусти шар из рук, он немедленно придет в движение. Правда, оно будет беспорядочным из-за вращения шара. Но если к горловине привязать «хвост» из бумажной ленты, шар полетит по прямой (р и с. 8). Второй опыт. Вырежь из тонкого целлулоида пластинку длиной 50 — 60 мм и шириной 15 — 20 мм, один конец ее заостри. В плане она должна быть похожа на «кораблик» (р и с. 9). В середине «кораблика» сделай отверстие диаметром 4 — 6 мм и от него постепенно расширяющуюся к корме прорезь. Реактивный «кораблик» готов. Положи его на воду, налитую в таз или ванноочку, применяемую фдТбПЮбиТёПШЙ, й в отверстие «кораблика» залей несколько капель жидкого масла (растительного или машинного). Мас ло станет вытекать через прорезь, образуя своееобразную струю. Пока она будет существовать, «кораблик» движется вперед. Подобных опытов можно поставить очень мнсиго. Вспомни, например, «Сегнерово колесо», которое демонстрировалось на уроке физики; оно вращается при стечении с него жидкости. Во всех случаях, независимо от того, какое вещество вытекает из выходного отверстия (в шервом случае — воздух, во втором — мас- Рис. 4 ло), всегда возникает сила, стремящаяся вызвать перемещение в обратную сторону. Вообще говоря, не важно, каким способом приводится в движение то вещество, которое вытекает из выходного отверстия. У воздушного шара воздух вытекал из-за упругих сил, стремящихся сжать шар. Во втором примере масло стремилось разлиться пленкой по поверхности воды. А у «Сегнерова колеса» жидкость вытекает под влиянием веса. Ракета ничем не отличается от всех описанных устройств, позволяющих получать реактивную силу. Особенным является лишь способ, каким мы заставляем газы вытекать из ее корпуса. Самую простую ракету (ракетный двигатель) можно представить в виде корпуса и заполняющего его горючего вещества — заряда (рис. 1 0). Если поджечь заряд, то, сгорая, он выделяет большое количество газов. В процессе горения давление газов повышается, если выходное отверстие невелико. Вытесняемые давлением газы истекают с большой скоростью. А чтобы еще более повысить ее, выходному отверстию придают форму сопла — канала, который сперва сужается, а затем постепенно расширяется. Таким образом, реактивный двигатель сочетает в себе тепловую машину, которая преобразует химическую энергию топлива (твердого или жидкого) в кинетическую энергию газовой струи, и движитель, который создает силу тяги за счет реакции газа, выбрасываемого из реактивного сопла. f Знание физики позволяет объяснить причину появления силы тяги — реакции. Для этого вспомни третий закон Ньютона: действие одного тела на другое всегда вызывает со стороны последнего такой же силы противодействие. Именно этот закон наглядно проявляется при полете ракеты. Выбрасывая газы, образовавшиеся в результате сгорания топлива, сама ракета по закону противодействия отталкивается от них в противоположную сторону. Те, которые думают, что ракета развивает тягу потому, что отталкивается от воздуха струей газов, заблуждаются. Воздушная среда только уменьшает силу тяги ракеты, которая значительно лучше «чувствует себя» в безвоздушном пространстве. Именно это обстоятельство делает ракету единственно возможным средством для осуществления космических полетов. Иногда в популярных книгах и статьях встречается иное объяснение силы тяги ракеты. Давление газов на переднюю стенку больше, чем на заднюю (см. рисунок), в которой имеется выходное отверстие: разность давлений на переднюю и заднюю стенки и образует силу тяги. Это объяснение также правильно, но оно для расчетов неудобно тем, что мы не знаем величин давления в корпусе ракеты. Одна из особенностей реактивного движения состоит в том, что сила тяги зависит исключительно от массы ежесекундно выбрасываемого вещества — «рабочего тела», и от скорости выбрасывания. Что при этом используется в качестве «рабочего тела» — безразлично. Обычно им являются газы, которые образуются при сгорании топлива. Но, например, в игрушечных ракетах «рабочим телом» служит вода, выталкиваемая из сопла сжатым воздухом. А в предполагаемой ракете будущего — ионной — тяга двигателя будет создаваться при помощи сильного электрического поля, разгоняющего и выбрасывающего из ракеты с огромной скоростью электрически заряженные частицы: ионы и электроны. В данном случае они и будут «рабочим телом». Существуют проекты и другой ракеты — фотонной. Рабочим веществом в ней должны служить частицы света — фотоны, образующиеся в термоядерном реакторе. Отраженные специальным рефлектором фотоны образуют поток, направленный в одну сторону и развивающий реактивную тягу. Создание такой ракеты в принципе возможно, но пока относится к области научной фантастики, так как в реакторе должны действовать температуры в миллионы градусов. Конечная скорость любой ракеты зависит от силы тяги двигателя и от продолжительности его работы. Если расход массы очень велик, а скорость истечения незначительна, то двигатель, израсходовав топливо, быстро прекратит работу и ракета не успеет развить достаточную скорость. Если же расход массы достаточный, а скорость истечения велика, тогда при определенном запасе топлива в конце концов достигается нужная скорость. Основоположник теории реактивного движения К. Э. Циолковский еще в 1897 году вывел формулу, установившую зависимость между скоростью ракеты в любой момент, скоростью истечения газов из сопла, массой ракеты и массой топлива. Формулой Циолковского (ее так и называют) пользуются все конструкторы ракет и ракетных кораблей. Ракетные двигатели — самые мощные из всех, применяемых в технике в настоящее время. Достаточно указать, что шесть двигателей космической ракеты, «забросившей» корабль «Восток», развивали мощность в 20 миллионов лошадиных сил — в восемь раз больше Волжской ГЭС! В тех случаях, когда требуется достигнуть значительной дальности полета, применяют составные многоступенчатые ракеты, предложенные впервые К. Э. Циолковским. Он предложил помещать топливо в разных ступенях составной ракеты. По мере его выгорания «отработавшая» ступень, ставшая ненужным грузом (балластом), отбрасывается. Благодаря этому скорость ракеты возрастает быстрее. Если скорость полета одноступенчатой ракеты после выключения двигателей составляет 5 — 6 км/сек и дальность полета — до 5000 км, то двухступенчатая ракета уже дает возможность достигнуть скорости до 7 км/сек и преодолеть расстояние более 10 000 км. Многоступенчатые ракеты позволяют достичь космических скоростей. При первой космической скорости — около 8 км/сек — тело становится искусственным спутником Земли. При второй космической скорости (немногим более 11 км/сек) тело, начав движение вблизи поверхности Земли, преодолевает земное притяжение и может стать искусственной планетой. При третьей космической скорости (около 16,7 км/сек) тело, начиная движение вблизи поверхности Земли, преодолевает ее притяжение, затем притяжение Солнца и покидает Солнечную систему. Советские ракеты служат делу науки, делу мирного освоения космического пространства. ОСНОВОПОЛОЖНИК ТЕОРИИ МЕЖПЛАНЕТНЫХ СООБЩЕНИЙ В Калуге, в конце одной из тихих улиц, недалеко от берега реки Оки, стоит скромный деревянный домик с мезонином. С утра до вечера к домику идут экскурсанты. Домик этот изображен даже на медали. А на другой ее стороне — портрет человека, чье имя теперь знает каждый школьник. Это Константин Эдуардович Циолковский, советский ученый, основоположник теории межпланетных сообщений, автор крупнейших открытий в ракетной технике. Много лет он жил в Калуге, преподавал математику и физику в женском училище и одновременно работал над созданием теории и конструкций различных летательных аппаратов: цельнометаллического управляемого дирижабля, самолета с металлическим каркасом (расчеты опубликованы в 1894 году, задолго до появления первого самолета, практически пригодного для полетов). Но особенно интересовало его реактивное движение. Мысль о возможности использования реак- тивного движения для создания космических летательных аппаратов К. Э. Циолковский высказал еще в 1883 году. ...Жизнь ученого была нелегкой. Еще в детстве, девяти лет, он заболел скарлатиной и почти совершенно оглох. Из-за этого он не мог ходить в школу. Но он стремился к знаниям и много читал. Книги помогли Циолковскому стать учителем и ученым. Но его научныё исследования не встречали поддержки. Над ним смеялись, считали его чудаком, фантазером. Несчастья продолжали преследовать его. Однажды все рукописи, чертежи и расчеты ученого сгорели во время пожара. В другой раз много работ и моделей погибло от наводнения. Денег для опытов не было. Но Циолковский не падал духом. Он сам мастерил приборы, на свои скудные средства издавал книги, посвященные своим исследованиям и расчетам. Он верил, что сделанные им открытия помогут людям освоить космос. В 1903 году появилась работа К. Э. Циолковского «Исследование мировых пространств реактивными приборами». В ней ученый впервые вывел законы движения ракеты, обосновал возможность использования ракет для межпланетных сообщений, определил кпд ракеты... Эта работа — маяк, указавший наиболее правильный путь развития космонавтики и ракетостроения. Исследования, опубликованные в последующие годы, развивали выдвинутые ученым проблемы. В 1929 году К. Э. Циолковский опубликовал работу «Космические ракетные поезда», в которой рассмотрел теорию составных (многоступенчатых) ракет. Целый ряд технических идей, высказанных Циолковским, находит применение при создании современных ракетных двигателей, космических ракет и аппаратов. К. Э. Циолковский не увидел практического осуществления своих проектов и идей. Он умер в 1935 году (на 79-м году жизни), за 22 года до запуска первого в мире советского искусственного спутника Земли. Но все последующее развитие авиации и космонавтики, великие победы советской науки и техники в освоении космоса позволили особенно яснъпонят ь~ гениаль-ность русского ученого К. Э. Циолковского, указавшего человечеству дорогу в просторы Вселенной. С МЕЧТОЙ О БУДУЩЕМ 10 — 11 августа 1968 года в Чернигове состоялись первые Всесоюзные соревнования юных ракетных моделистов. Место для соревнований выбрано не случайно: в поселке Коропа Черниговской области родился в 1853 году Николай Иванович Кибальчич, народоволец-революционер, автор первого в мире проекта ракетного аппарата для полета человека. В проекте он рассмотрел устройство порохового двигателя, управление полетом путем изменения угла наклона двигателя, режим горения, обеспечение устойчивости аппарата и др. Талантливый изобретатель, отдавший жизнь в борьбе с царизмом (он был осужден на смертную казнь за участие в убийстве царя Александра II), изложил свой проект во время кратковременного тюремного заключения (перед казнью, в 1881 году). Именем Кибальчича назван кратер на обратной стороне Луны, сфотографированной советской автоматической межпланетной станцией «Луна-3» в 1959 году. Направляющие кольца
|
