Карамельная ракета своими руками. Как я делаю ракетные двигатели. Три способа изготовления
Несколько десятилетий назад, когда человечество бредило освоением космоса, увлечение ракетостроением было повальным. И школьники, и взрослые мужчины с энтузиазмом конструировали в гаражах и на кухнях из подручных материалов. Сейчас ажиотаж немного спал, но что может быть увлекательнее, чем запустить в воздух собственноручно сделанный летательный аппарат? Как же заставить ракету взлететь? Самое доступное и практичное - использовать карамельное топливо, смесь селитры и углевода.
Что потребуется
Набор составляющих не так уж велик.
1. Сахар или сорбит - сырье для карамелизации.
2. Селитра (можно использовать разную, об этом подробнее ниже).
3. Металлическая емкость - чаще всего берут обычные консервные банки, хотя предпочтительнее брать посуду с толстыми стенками - для более равномерного нагрева. Еще лучше - эмалированную или из нержавейки, чтобы не было реакции раствора с материалом посуды.
4. Электроплитка - готовить топливо на газовой плите нельзя!
5. Газета или другая бумага с хорошими впитывающими свойствами (если ваша цель - сделать не просто карамельное топливо, а карамельную бумагу). Ее также используют в двигателях ракет, пропитывая готовой "карамелькой" и высушивая (без нагрева).
6. Средства защиты: очки и перчатки.
7. Вентиляция.
Три способа изготовления
Сделать карамельное топливо можно по-разному. Самое легкое - просто смешать компоненты. Еще "карамельку" варят - просто или с выпариванием. При обычном смешивании топливо ссыпают в стеклянную банку и встряхивают несколько раз, затем плотно закрывают, чтобы исключить впитывание воды. При непосредственном использовании в двигателях ракет этот вид горючего надо хорошо уплотнить, иначе возможен взрыв.
Варят, или, скорее, плавят карамельное топливо при температуре 120-145 градусов до полного преобразования сахара и образования массы, по консистенции похожей на жидкую манную кашу. Предварительно измельчать компоненты не нужно. Очень важно постоянно мешать ее, чтобы не образовались пузырьки воздуха. Варка с выпариванием подразумевает добавление воды с последующим ее испарением. Недостатки этого способа: в топливе остается влага, и это снижает скорость его горения.
Рецепт № 1
Карамельное топливо из - самый лучший вариант. Ингредиенты берутся в следующих пропорциях: сахар или сорбит - 35 %; селитра - 65 %. Селитру сушат на плоской широкой сковороде про 100-150 градусах около двух часов. Затем измельчают в течение примерно 20 секунд - можно использовать ступку или кофемолку.
Закладывают равными порциями, по 50 граммов. Чтобы не возиться с измельчением сахара, лучше купить уже готовую сахарную пудру. Для "вареного" карамельного топлива ничего ни молоть, ни сушить не нужно. Чтобы усилить эффективность, в смесь можно добавить 1%-ный оксида железа (Fe 2 O 3).
Рецепт № 2
Карамельное топливо из натриевой селитры. Особенности этой смеси - она более гигроскопична. Потребуется 70 % селитры, 30 % сахара и два объема воды (200 %).
Рецепт № 3
Пользоваться им не рекомендуется. топливо на (аммоний азотнокислый). Почему лучше обратить внимание на другие рецепты? Потому что это неустойчивое соединение, и при нагревании все что угодно может пойти не так. В результате затея, вполне вероятно, закончится пожаром!
Кроме того, при изготовлении "карамельки" из аммиачной селитры выделяются крайне токсичные пары. Поэтому все рецепты с использованием аммиачной селитры содержат дополнительные компоненты для преобразования ее в натриевую или калиевую. Проще всего вариант с натриевой. Берем 40 % селитры, 45 % пищевой соды и 200 % воды. Отмечаем уровень жидкости и выпариваем, пока не пропадет запах аммиака. Потом доливаем воду до первоначального уровня (она же выпарилась частично), добавляем 15 % сахара и дожидаемся его растворения.
Катализаторы
Для увеличения эффективности "карамельки" в нее добавляют различные катализаторы. Самый популярный - оксид железа. Менее известно карамельное топливо с алюминием. Внимание! Смесь алюминия с нитратами может воспламениться в присутствии воды. Особенно опасно наличие любых щелочных примесей, которые могут присутствовать в селитре, недостаточно чистой или сделанной самостоятельно. Поэтому в горючее на основе нитратов с алюминием в качестве катализатора обязательно добавление 0,5-1 % какой-нибудь слабой кислоты, причем не факт, что этого количества хватит, - все зависит от качества селитры. Борная - наилучший вариант. Щавелевая и уксусная не годятся - алюминий реагирует с ними. Если в процессе варки смесь сильно нагревается, пенится и испускает резкий запах аммиака - нужно незамедлительно снять ее с плитки и погрузить в воду.
Вообще, экспериментировать с катализаторами лучше опытным ракетостроителям, освоившим простейшие виды топлива. Да и подучить химию не помешает: пользоваться готовыми советами просто, но значительно ценнее знание и понимание того, что ты делаешь, и какие реакции происходят в смеси.
Алюминий добавляется в калиевую "карамельку". Допустимые вариации - от 2,5 до 20 %. Разное количество дает разное изменение скорости горения топлива. Рекомендуется использовать сферический алюминий АСД-4.
Как остаться целым и здоровым
Опаснее всего готовить карамельное топливо путем плавления сахара и селитры, но зато этот вариант и самый результативный. Емкость, в которой варят "карамельку", должна быть идеально чистой - посторонние вещества могут вызвать возгорание.
Рядом не должно быть источников открытого пламени - взрывы на кухне нам ни к чему. Очень важно следить за температурой смеси - выше 180 градусов она не должна подниматься ни при каких обстоятельствах!
При размешивании лучше использовать деревянную палочку во избежание побочных реакций. Мешать следует очень тщательно, но равномерно: пузырьки воздуха в готовом топливе при использовании приводят к взрыву ракеты. При розливе этого горючего в формы также нужно следить, чтобы не было пузырьков. Работать необходимо с вытяжкой или на свежем воздухе, особенно это касается рецепта с аммиачной селитрой.
Не перемалывайте сахар и селитру в кофемолке вместе! Молоть нужно отдельно, смешивать, встряхивая, в стеклянной посуде.
Новичкам не стоит связываться с нитратом аммония: сначала попробуйте самое простое и безопасное (на основе калиевой селитры) карамельное топливо. Изготовление любого самодельного горючего должно проходить под тщательнейшим контролем качества ингредиентов, температуры, содержания влаги и с соблюдением всех мер безопасности!
Где достать ингредиенты
Селитра продается в магазинах сельскохозяйственных товаров и отделах для дачников в качестве удобрения. Сорбит - заменитель сахара для диабетиков. Продается, соответственно, в аптеке. Fe 2 O 3 - оксид железа - раньше продавался под названием Можно попробовать сделать его самостоятельно, изучив соответствующую литературу. Минерал гематит - этот тоже Алюминий продается фирмами-производителями химреактивов.
Стандартное смесевое твердое топливо недоступно для большинства« ракетолюбителей». Приходится искать что-нибудь попроще… Для начала нужно решить, где начинается космос — куда же, собственно, нужно попасть. В последние годы более или менее договорились считать, что космос начинается с высоты в 100 км. Хотя это и не вполне так — для орбитального полета такая высота недостаточна, — но круглые числа психологически притягательны, поэтому 100-километровая граница устраивает большинство спорящих.
Редакция ПМ
Первый любительский космический запуск
Стив Беннет и его детище — ракета Starchaser Nova
В космос по дешевке
Тем не менее учредители приза за дешевый доступ в космос (Cheap Access To Space, или сокращенно CATS Prize) были более решительны — чтобы получить приз, нужно доставить полезную нагрузку в 2 кг на высоту 200 км. Конкурс стартовал в ноябре 1997 года, и, чтобы получить приз в $250 000, нужно было успеть достичь этой высоты до 8 ноября 2000 года. Было сделано более 30 попыток, но выше 25 км подняться не удалось никому, и приз так и остался неврученным. Никто не смог претендовать и на «утешительный» приз в $25 000 за достижение высоты в 125 км. Часть команд продолжили работу и после истечения назначенного срока — толчок, который CATS Prize дал любительскому ракетостроению, невозможно переоценить. Некоторые команды стали настоящими коммерческими фирмами, вот только ракеты они больше не делают…
Космический каскадер
Лишь одна команда — CSXT во главе с бывшим голливудским каскадером и мастером по спецэффектам Каем Майкельсоном — продолжила работу, пытаясь достичь первоначальной цели. Майкельсон, известный в узких кругах под именем The Rocketman за свою приверженность реактивной тяге, даже уйдя на отдых, продолжил занятия своей любимой пиротехникой. Проанализировав неудачи предшественников, CSXT отказалась от экзотических схем запуска со стратостата или самолета.
Запуски с воздушных шаров восходят к 50-м годам прошлого века. Попытки сэкономить на атмосферных потерях предпринимались еще до полета первого спутника, но, как в 1950-е годы, так и в 1990-е, результат был неудовлетворительным — простая на вид схема таила в себе множество «граблей», на которые неудачливые ракетостроители и через 40 лет наступали с тем же энтузиазмом.
Каю Майкельсону пришлось отказаться и от двухступенчатой конструкции — надежность ее в любительском исполнении оставляла желать лучшего, в чем он и убедился в ходе неудачной попытки достичь границы космоса в 1997 году. Вторая ступень просто не запустилась. Вдобавок после неудачных стартов конкурсантов CATS Prize получение разрешений на запуск двухступенчатых высотных ракет обставили почти непреодолимыми для любителей рогатками.
Пропуск в космос
Вообще-то американские законы, регулирующие любительское ракетостроение, самые либеральные в мире. Кроме обычных, запускаемых по всему миру ракетомоделей, в США определены классы High Power Rockets и, для тех, кому и этого не хватает, Experimental Rockets. Классификация идет как по полному импульсу двигателя (произведение тяги на время работы), так и по стартовой массе и разрешает — с определенными оговорками — любительские ракеты до 16 000 Н с в классе High Power Rocketry и до 128 000 Н с в классе Experimental Rocketry. Сравните это с максимальными 80 Н с на ракетомодельных соревнованиях! В Европе ничего подобного для любителей больших ракет нет, поэтому европейский рекорд высоты полета до сих пор менее 10 км. Мало того, европейские любители вынуждены возить свои ракеты в США, снаряжать и запускать их в Неваде!
Но и в пустыне законы следят за безопасностью весьма тщательно. Любителям запрещено перевозить большие заряды из штата в штат — снаряжать ракету нужно прямо на месте запуска. Есть и масса других ограничений, кажущихся на первый взгляд надуманными, но большинство из них созданы при разборе какого-нибудь несчастного случая и призваны устранить такие случайности в дальнейшем.
Летающий гвоздь
Все, что мог усовершенствовать Майкельсон, — это аэродинамика ракеты и характеристики топлива. CSXT провела большую исследовательскую работу, дабы достичь максимальных характеристик. Объем испытаний двигателей различных калибров был непредставим для большинства любителей — больше дюжины самодельных РДТТ калибром 6 и 8 дюймов (15−20 см) сгорели на испытаниях при попытках добиться надежной работы на пике возможностей. Говорят, затраты команды превысили $130 000! Но наконец, в январе 2002 года ракета, способная достичь космоса, была готова. Она получила имя Primera, в честь компании-спонсора, производителя компакт-дисков. Лишь 1 июня удалось получить разрешение на запуск — однако он не состоялся из-за погодных условий. На новую попытку в конце сентября нужно было новое разрешение, которое было получено 27 августа. Но 21 сентября 2002 года эта ракета, успев подняться на 720 м и набрать скорость 1700 км/ч всего за три секунды, разрушилась в воздухе из-за прогара корпуса двигателя возле сопла и разворота ракеты поперек потока.
Доработки и изготовление новой ракеты, названной GoFast, заняли полтора года. Ракета потяжелела в полтора раза и весила на старте 328 кг (из них 197,5 кг весило топливо). Длина ракеты была равна 6,4 м, а диаметр корпуса — всего 25,4 см, то есть ракета выглядела тонкой, как гвоздь! В профессиональном ракетостроении такие пропорции почти не встречаются, но необходимо было любой ценой уменьшить аэродинамическое сопротивление, что при гиперзвуковой скорости достижимо только путем уменьшения диаметра. Да-да, ракета должна была набрать гиперзвуковую скорость еще в плотной атмосфере — на высоте около 8−10 км, где летают обычные дозвуковые лайнеры. Поэтому нос ее представлял собой сплошной стальной конус с очень маленьким углом раскрыва и тоненький у вершины — токарь сумел выточить эту деталь лишь с третьей попытки.
Первый рекорд
На этот раз судьба была более благосклонна к команде. 15 мая 2004 года с чудовищным ускорением в 21,5 g (больше, чем у катапульты для спасения летчиков-истребителей) тоненькая ракета устремилась к границе космоса. Привлеченные наблюдатели радиолокатором отслеживали скорость и высоту ракеты. Через 13 секунд топливо в двигателе полностью выгорело и ракета полетела по инерции со скоростью, в 5,2 раза превышавшей скорость звука. Стало ясно, что рекорд состоится. Через 2,5 минуты ракета достигла космоса. Через пять минут после старта были приняты сигналы радиомаяка — модуль полезной нагрузки спускался на парашюте. К сожалению — далековато от расчетного места приземления. Найти его удалось, когда батареи маяка уже иссякли. А корпус ускорителя пришлось искать более двух недель — он упал в 40 км от места старта. Эти трудности несколько омрачили успех, но высота в 115 км была взята, о чем, кроме радиолокатора, теперь свидетельствовали и записи бортового «черного ящика»!
Почти шаттл
Но вернемся к сахару. Топливо, использованное в ракете GoFast, было максимальным любительским приближением к топливу стартовых бустеров (SRB) «Шаттла». Типовое смесевое твердое топливо состоит из перхлората аммония, алюминия и синтетического каучука, изначально жидкого, твердеющего прямо в двигателе. Но перхлорат аммония и каучук — вещества, практически недоступные для большинства «ракетолюбителей». Их продажа находится под весьма серьезным контролем. Да и алюминиевый порошок нужен не абы какой — «серебрянка», например, не годится, частицы металла должны иметь сферическую форму и определенный размер.
Карамель
В результате двигатели на таком топливе даже в США доступны лишь единицам. Остальным приходится применять что-нибудь попроще. Например, пресловутый сахар. «Карамельное» ракетное топливо действительно представляет собой сплав сахара с калийной селитрой. Его характеристики скромны, но все же оно раза в полтора лучше известного всем дымного пороха, на котором ракеты летали почти тысячу лет, прежде чем был придуман пироксилин. К тому же «карамель» как минимум в 10−20 раз дешевле, чем топливо на перхлорате аммония. Кто придумал «карамельное» топливо, сейчас установить сложно, появилось оно в середине XX века. Американские источники утверждают, что впервые его применил Билл Колберн в 1943 году в Калифорнии. Редкие книги о любительском ракетостроении не воспроизводили его рецепт, но на научную основу применение его было поставлено лишь в середине 1990-х — любители стали изучать свойства топлива, зависимость его характеристик от вариации состава, от начальной температуры, давления в камере и т. д. Конечно, в распоряжении профессионалов есть энергетически более выгодные вещества, но любителям для серьезного и безопасного применения все эти сведения были необходимы, и получить их можно было лишь экспериментальным путем.
Не сахар
Оказалось, что топливо это устойчиво горит в широком диапазоне давлений в камере, что позволило делать на нем как простейшие бумажные двигатели, так и перезаряжаемые металлические. Малые отклонения в составе также не мешают его хорошей работе, поэтому оно более безопасно. Однако есть у этого топлива и недостатки, прежде всего — это хрупкость. К примеру, топлива на основе каучука весьма мягкие, профессионалы-ракетчики
утверждают, что от куска такого топлива можно руками отщипнуть крошку, это позволяет наглухо скреплять заряд с корпусом. Заряд служит и теплозащитой — пока он весь не сгорит, корпус двигателя не нагреется. С карамелью так делать нельзя — она может растрескаться под рабочим давлением, доходящим до полусотни атмосфер! Поэтому карамельный заряд — вкладной, между ним и корпусом должна быть узенькая щель для выравнивания давления. Но при этом металлический корпус должен быть защищен от горячих газов, ведь их температура достигает почти 1400˚C, так что металл неизбежно потеряет прочность.
Другой недостаток «карамели» — большое количество «конденсированной фазы». Так ракетчики называют продукты сгорания, которые не являются газами. При горении карамели образуется поташ, или углекислый калий. В камере он жидкий, а в сопле становится твердым. Мельчайшие частички углекислого калия создают плотный белый дым. Этот дым довольно едкий, так как поташ имеет щелочную реакцию. Поэтому ни в коем случае нельзя жечь «карамельное топливо» в закрытом помещении. Но для ракетного двигателя конденсированная фаза вредна по другой причине: твердые или жидкие частички не могут расширяться в сопле, как газы, а значит, не создают работы; тепло от них к газу передается только излучением, поэтому КПД ракетного двигателя уменьшается. Это значит, что фактический удельный импульс «карамели» заметно ниже теоретического, рассчитанного из теплоты химических реакций.
И еще один серьезный недостаток — для классической сахарной карамели слишком мала разница температур между плавлением сахара и загоранием готовой смеси. Но эта проблема была успешно решена заменой сахара на сорбит. Сорбитовое топливо горит медленнее, чем сахарное, но работать с ним гораздо безопаснее, ведь сорбит плавится уже при 125˚C, а сахароза — лишь при 185˚. Все остальные полезные свойства сахарного топлива у сорбитового сохранились.
На честном слове
После триумфа GoFast многие ракетчики предъявляли претензии команде CSXT. Дескать, их ракета «нечестная», поскольку не может быть воспроизведена практически никем из любителей, и к тому же из-за большого отклонения их ракеты высотные пуски теперь находятся под гораздо более плотным контролем: чиновники в США решили, что их законодательство чересчур либерально. Но с другой стороны, однажды решенную задачу второй раз решить гораздо проще. И канадец Ричард Накка, один из главных энтузиастов «карамели», решил добиться «честного» с точки зрения любительского ракетостроения результата, достичь границы космоса на сахарном — или сорбитовом — топливе. Проект был назван Sugar Shot to Space, в вольном переводе «На сахаре в космос».
Но сначала надо было выяснить, решаема ли эта задача в принципе. Если бы не мешала атмосфера, достаточно было бы скорости 1400 м/с, чтобы с поверхности Земли «допрыгнуть» до высоты 100 км. Но у GoFast атмосфера «съела» около 300 м/с (больше 1000 км/ч!). Чтобы уменьшить величину потерь, надо разгоняться в более разреженном воздухе, на большей высоте, а для этого необходимо уменьшить стартовую перегрузку и увеличить время работы двигателя. Но для неуправляемой ракеты это нежелательно, так как увеличивается участок, на котором стабилизаторы плохо работают. Нужно увеличивать либо высоту направляющей, либо размер стабилизаторов, что увеличивает аэродинамические потери.
Свой профиль
Анализ аэродинамики был выполнен очень тщательно, в результате пропорции ракеты получились еще более странными, чем у GoFast, — длина в 30 раз больше диаметра, три стабилизатора вместо четырех, да и форму носовой части пытались оптимизировать. Вот только все это не приближало к желаемому результату. Делать же ракету двухступенчатой не хотелось, так как это уменьшало надежность и увеличивало сложности с получением разрешения на запуск. Ричард Накка был не понаслышке знаком с этими проблемами.
Надо было придумать такой профиль тяги (зависимость тяги от времени), который можно было бы реализовать в движке на карамели и который бы снизил аэродинамические потери и не слишком увеличил потери гравитационные. В зенитных ракетах используется быстрая стартовая ступень с тягой под сотню тонн и ускорением до 50 g (в противоракетных системах) и относительно «долгоиграющая» маршевая — с гораздо меньшей тягой. Но маршевая ступень раньше делалась на ЖРД, а сейчас — на специальных твердых топливах, обеспечивающих большое время работы. Для любителей это не годится — слишком велик объем отработочных испытаний. У простых карамельных движков время работы тесно связано с диаметром.
Баллистическая пауза
Но решение было найдено — им стал двухстадийный двигатель. Такой двигатель состоит из двух камер с двумя зарядами топлива, по очереди работающих на общее сопло. Между камерами — заглушка из пережигаемого материала, которая не должна пустить горячие газы ко второму заряду во время работы первого. После выгорания первой стадии ракета будет некоторое время лететь вверх по инерции, постепенно теряя скорость, но и выбираясь из плотных слоев атмосферы, и лишь по окончании баллистической паузы воспламенится вторая половина запаса топлива. Максимальная скорость при этом будет заметно меньше, чем у GoFast, и достичь ее удастся на большей высоте — при этом аэродинамические потери снизятся.
Однако при всех ухищрениях стартовая масса и размеры у ракеты на сахарном топливе должны быть больше, чем на перхлорат-каучуковом. Поэтому члены группы SS2S построили вначале модель двухстадийного двигателя в масштабе 1:4 (по линейным размерам; по массе топлива это 1/64). Только с четвертой попытки к ним пришел успех — сложнее всего было добиться, чтобы камера первой стадии не прогорала во время работы второй, ведь ей доставалась двойная доза тепловой нагрузки.
Однако, преодолев все трудности, ракетчики поняли, что перед постройкой полноразмерной ракеты для штурма космоса им придется сначала отработать технические решения на чем-то подешевле, и сейчас строят ракету в масштабе 1:3. Долог путь любителей в космос! Но мы надеемся, что со временем у них все получится, и желаем им настойчивости и успехов.
Топливо для ракеток изготавливается из селитры и газет.
Можно использовать любую селитру:
- КАЛИЙНАЯ СЕЛИТРА: KNO3 - он же нитрат калия, калий азотнокислый, калиевая селитра, индийская селитра (подходит по всем параметрам).
- НАТРИЕВАЯ СЕЛИТРА: NaNO3 - он же нитрат натрия, натрий азотнокислый, чилийская селитра (при повышенной влажности может отсыревать)
- АММИАЧНАЯ СЕЛИТРА: NH4NO3 - он же нитрат аммония, аммоний азотнокислый, аммониевая селитра, азотное удобрение (рецепт с преобразованием)
- КАЛЬЦИЕВАЯ СЕЛИТРА: Ca(NO3)2 - он же нитрат кальция, кальций азотнокислый, известковая селитра, норвежская селитра (рецепт с преобразованием)
Изготовление раствора селитры для пропитки газет
- Возьмите какую ни будь ёмкость подходящего размера для мерки (колпачок, пузырёк, стакан, банку или ведро;-) В первый раз не делайте много! Если селитра в гранулах крупнее гречки, перед отмериванием измельчите её до крупности поваренной соли. Сахар отмеривается в виде песка. Отмеривать нужно следующим образом: Наберите полную мерку с горкой и прижмите её для уплотнения (усилием руки), досыпьте и снова прижмите. Когда содержимое перестанет уплотняться, сгортните лишнее ровно по краю мерки линейкой или корпусом карандаша. Это и будет одна мерка (в скобках указаны проценты по весу).
Рецепты селитры
Для калийной селитры:
3 объема селитра + 1 объем сахара
Последовательность действий:
- Отмерить: 3 селитры (80%), 1 сахар (20%) и в 3 раза больше воды (12 мерок, 300%).
Раствор готов.
Для натриевой селитры:
2 селитра + 1 сахар
Последовательность действий:
- Отмерить: 2 селитра (70%), 1 сахар (30%) и в 2 раза больше воды (6 мерок, 200%).
- Нагреть помешивая до полного растворения.
Раствор готов.
Для аммиачной селитры с преобразованием в натриевую:
2 селитра + 2 сода пищевая (NaHCO3) или 1 сода стиральная (Na2CO3) + 1 сахар
Последовательность действий:
- Обеспечить хорошую вентиляцию!
- Отмерить: 2 селитры (40%), 2 соды пищевой (45%) или 1 стиральной и в два раза больше воды (8 или 6 мерок, 200%).
- Кипятить около часа пока запах аммиака почти не пропадёт.
- Добавить 1 часть сахара (15%).
Раствор готов.
Чтобы не портить воздух в комнате аммиаком выделяющемся в результате реакции с содой, готовить под вытяжкой или на открытом воздухе! Если такой возможности нет, банку с раствором можно выставить за окно на подоконник. Для подогрева можно использовать маленький кипятильник.
Для аммиачной селитры с преобразованием в калийную:
3 селитра + 3 хлористый калий (KCl) или 1 углекислый калий (поташ) (K2CO3) или 1 сульфат калия (K2SO4) + 1 сахар
Последовательность действий:
- Отмерить: селитру, калий и в два раза больше воды.
- Перелить в любую подходящую ёмкость и отметить уровень.
- Кипятить около часа.
- Снова перелить в ёмкость с отмеченным уровнем и долить воду до отметки.
- Добавить 1 часть сахара.
Раствор готов.
Для кальциевой селитры с преобразованием в натриевую или калийную:
3 селитра + 3 сода пищевая или сернокислый калий или сульфат калия + 1 сахар
Последовательность действий:
- Отмерить: 3 селитры, 3 соды или калия и в два раза больше воды (12 мерок).
- Нагреть помешивая. Раствор станет мутно-белым.
- Дать отстояться. Образовавшийся мел выпадет в осадок.
- Аккуратно слить раствор селитры с осадка.
- Осадок выбросить.
- Добавить в раствор 1 часть сахара.
Раствор готов.
Пропитка газет
Если сжечь для проверки сложенный несколько раз или скрученный в рулон 5-ти сантиметровый кусок карамельной бумаги, он должен активно сгореть примерно за 3 - 5 сек. с "неоновым" пламенем. В один слой может гореть неустойчиво и даже гаснуть.
Калиевую селитру можно использовать как ракетное топливо, для самодельных ракет. Речь идет о простых ракетках, которые собираются за пару минут, на коленке.
Сначала о ракетах.
Количество выделяемых газов при горении селитры с сахаром, достаточно чтобы поднять в воздух самодельную ракету или пиротехнический снаряд. Но если корпус ракеты будет слишком тяжелый, то она может и не взлететь. Для изготовления корпуса можно применять трубки из прессованного картона. Их можно взять от использованных пиротехнических изделий, от пленки в которую колбасу в магазинах заворачивают, можно самому проклеить пару слоев картона, только используйте силикатный (канцелярский)- он не горюч, и жаростоек. Хороша как материал в пиротехнике алюминиевая фольга для запекания. Можно полностью ракету сделать из фольги, но она мягкая и чтоб ее не развернуло большим давлением, ее перетягивают мягкой проволкой. Проволокой формируют и сопло, откуда будет струя пламени. Чтобы ракета летела ровно ей нужен стабилизатор (хвост) в виде длинной палочки. Его проще всего оторвать от использованной китайской ракеты, или отрезать и высушить ровный прутик в лесу. В качестве запала, я использую пропитанную в растворе калийной селитры газету. Приготавливаю ее заранее, сворачиваю в трубочку, перегибаю и затыкаю ей сопло, чтоб топливо не высыпалось.
Теперь о топливе
Калиевая селитра хорошо горит с сахаром. Смешиваем пропорции 5 частей селитра и четыре сахара, на каждые 100 гр. селитры можно добавить 5 гр. соды. Все топливо готово.
Если заморачиваться об улучшении горения смеси посоветую все ингридиенты измельчить в кофемолке. Можно измельчать их вместе, еще лучше перемешаются. Это не опасно. Засыпав смесь в картонную трубку можно утрамбовать, постучав чем-то плоским, близким по диаметру предметом. Слышал, что горение будет лучше, если в утрамбованной смеси, оставить отверстие, диаметром 8-10мм, на всю длину смеси. Это можно сделать, засунув перед трамбованием, длинный цилиндрический предмет. Желательно гладкий, чтоб легче потом достать, например фломастер.
Можно смесь сварить. В небольшую кастрюльку наливаем воды, чтоб только дно закрыло. Включаем маленький огонь, и начинаем высыпать частями, постоянно помешивая, чтоб все успевало таять. Смесь плавится, потом темнеет, напоминает карамель – можно снимать и разливать по формочкам. Смесь не перегрейте, а то сгорит в кастрюле, поэтому бес присмотра ее не оставляйте на огне. Дайте смеси остыть, она затвердеет. Можно наделать, длинных палочек и использовать их как фитиль.
Испытания проводите на улице, а то балкон или подьезд можно спалить.
Кстати селитра очень хорошо горит с молотым шашлычным углем. Возможно даже лучше чем с сахаром. Ведь состав пороха селитра, уголь, и немного серы. Еще можно по эксперементировать как горит селитра с: сорбитом, крахмалом, сухим спиртом.
Видео демонстрируещее горение селитры и сахара
Меньше чем за минуту состряпал ракету или типа того, и она поползла по земле. Если корпус облегчить, то можно и в небо запускать. Надо пустой болончик с под дезика или освежителя попробывать.
Вот видео:
Относящееся к смесевым топливам с органической связкой. Базовый, наиболее изученный и часто используемый состав - 65 % КNО 3 и 35 % сорбита (по массе). Такой состав близок к оптимуму по достижимому удельному импульсу при небольших степенях расширения, характерных для модельных РДТТ . Умеренный показатель степени в законе горения делает топливо пригодным для работы в широком диапазоне давлений, и, как следствие, подходящим для кустарно изготавливаемых РДТТ с заметным разбросом геометрических характеристик.
Энергетические характеристики данного состава очень умеренные. Теоретический удельный импульс карамельного топлива на нитрате калия - 153 кгс*с/кг, а практически достижимый не превышает 125 единиц. Это меньше, чем у дешёвых баллиститных топлив на основе нитроцеллюлозы, поэтому промышленно этот состав не применяется. Однако, это существенно больше, чем у дымного пороха, к тому же, изготовление карамельного топлива не требует специфического оборудования, необходимого для производства пороха, поэтому популярно у изготовителей модельных ракетных двигателей, как кустарных, так и серийных коммерческих.
Главные недостатки этого топлива - гигроскопичность и большое количество конденсированной фазы в продуктах горения. Также следует признать недостатком хрупкость этого топлива, что сужает выбор конструкций РДТТ с его использованием. Наконец, недостатком является значительная усадка (уменьшение объёма) при затвердевании, что может вызвать искажение формы шашки или отслоение бронировки.
При замене в составе топлива сорбита на сахарозу скорость горения возрастает довольно значительно, на 40 % при атмосферном давлении, но другие свойства топлива (плотность, удельный импульс, показатель степени в законе горения и т. д.) почти не меняются. Главный недостаток сахарного состава - гораздо более опасный процесс приготовления, так как требуется более сильный нагрев.
Карамельное топливо названо так из-за использования в его составе сахара или сорбита , а также из-за внешнего вида готового топлива. Англоязычный термин «rocket candy» точно так же характеризует отношение к нему.
Несмотря на относительную его безопасность, по сравнению с другими составами, карамельное топливо требует таких же мер предосторожности при использовании, как и любое другое ракетное топливо, так как является высокоэнергетическим составом.
Исходное топливо малотоксично, но продукты его горения могут раздражать слизистые и органы дыхания, так как карбонат калия , выделяющийся в сильно диспергированной форме, и имеющий щелочную реакцию, может вызвать химический ожог даже после остывания до комнатной температуры. Температура горения базового состава примерно 1400 градусов Цельсия, этого достаточно для размягчения стального корпуса РДТТ при воздействии на него без теплозащиты.
Готовое топливо состоит из твёрдого раствора селитры в сорбите и взвешенных в нём мелкодисперсных частиц нерастворившейся селитры. Температура плавления готового топлива значительно ниже, чем исходных компонентов. Растворимость селитры в сорбите в твёрдом виде гораздо меньше, чем в расплаве, поэтому топливо при остывании набирает прочность постепенно, так как по объёму идёт выделение кристаллов из твёрдого раствора, при этом выделяется некоторое количество тепла. Крупные шашки остаются мягкими более суток.
Пионером использования карамельного топлива считается Билл Колбёрн, использовавший его впервые в 1948, а широкую известность в США это топливо приобрело с выходом книги Бертрана Бринли в 1960 году. Широко применяется в импровизированных реактивных снарядах из-за доступности компонентов.
