Авторотация как эффективный способ спасения метеорологических ракет

Цель

Создание модели ракеты, наглядно демонстрирующей возможности использования авторотации для возвращения метеорологических ракет.

Задачи

• Изучить понятие и принцип авторотации.
• Узнать области применения авторотации.
• Изучить устройство и принцип работы метеорологических ракет.
• Спроектировать ротор.
• Спроектировать и сделать оснастку для изготовления ротора.
• Создать модель ротора.
• Создать модель ракеты, использующей ротор в качестве системы спасения.
• Провести лётные испытания модели.

Описание

Авторотация − режим вращения воздушного винта летательного аппарата без участия двигателя. Это слово произошло от греческого «сам» и латинского «вращение». То есть, означает оно «самовращение».

Режим авторотации чаще всего используется для аварийной посадки вертолёта при отказе двигателя. Также она применяется, когда выходит из строя рулевой винт или нарушается управление по рысканью, в результате чего продолжать нормальный полёт невозможно. Во время авторотации создаётся подъёмная сила, достаточная для планирования, маневрирования и мягкой посадки воздушного судна.

В экспериментальной части нашей работы авторы разработали оснастку для изготовления модели ротора и создали сам ротор и модель ракеты для проведения лётных испытаний.

Сначала мы спроектировали шлифовальное приспособление к токарному станку для профилирования лопастей ротора профилем Е-205 (Eppler-205) и наклонный стол для подачи лопастей на шлифовку. Постройка винта ротора начинается с изготовления лопастей. В нашем эксперименте материалом служит дерево бальса. Заготовки размером 400х33х3 мм из прямослойной бальсы профилируются на токарном станке с применением разработанного шлифовального приспособления.

После изготовления лопастей приступают к изготовлению центрального узла. Узел представляет из себя равнобедренный треугольник и для прочности выполняется из четырёх слоёв бальсы толщиной 1 мм, склеенных эпоксидной смолой.

В центре треугольника сверлится отверстие под штангу. Штанга изготавливается из тростника чия. На нижнем конце штанги крепится проволочный замок для дальнейшего соединения с моделью.

Окончательный этап сборки ротора – это приклейка лопастей к центральному узлу.

Корпус модели ракеты мы изготовили из стеклопластика. Благодаря шарнирам в центральной части лопасти и на центральном узле ротора, ротор складывается и убирается внутрь модели ракеты.

Для запуска модели ракеты использовали специализированные твёрдотопливные модельные ракетные двигатели (МРД). Сам двигатель является одноразовым, сменным. Модель ракеты − многоразовая, т. к. оснащена системой спасения, в нашем случае − ротором. Движущая сила МРД создаётся за счёт истечения через сопло продуктов сгорания заряда твёрдого топлива. После сгорания заряда твёрдого топлива загорается замедлитель, продукты сгорания которого образуют дымовой след для наблюдения за полётом модели. Тяга при сгорании замедлителя не создаётся. При сгорании замедлителя от него воспламеняется вышибной заряд, который раскрывает систему спасения модели, в данном случае − ротор, и модель плавно возвращается на землю.

Результат

Лётные испытания модели ракеты показали возможность использования ротора в качестве системы спасения для ракеты.

Авторотацию можно использовать для посадки атмосферных метеорологических ракет, таким образом обеспечить их многоразовость и возможность спуска ракеты вне зависимости от погодных условий на ограниченном пространстве. Использование авторотации будет способствовать предотвращению потери ракеты и исследовательской аппаратуры, установленной на ней. Обеспечение срабатывания системы спасения можно осуществлять по таймеру, установленному в ракете, или радиосигналу с земли: выпустится винт, и им можно будет управлять на расстоянии, ракета благополучно совершит посадку на землю в заданном районе.

Оснащение и оборудование

1. Токарный станок Jet.
2. Компьютер с установленным программным обеспечением: AutoDesk Inventor 2019, RockSim 9.6.3.
3. Материалы для изготовления шлифовального приспособления: алюминий, наждачная бумага.
4. Материалы для изготовления модели ротора и модели ракеты: стеклоткань, эпоксидная смола, бальса, капрон, резина, проволока.

Перспективы использования результатов работы

Результаты работы могут быть использованы на настоящих малых метеорологических ракетах для определения метеоусловий в заданной точке (частные аэродромы, совхозные поля и т. п.).

Особое мнение

«Очень понравилось участвовать в конференции, обязательно будем участвовать на следующий год»