II Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
СЕРИЯ РАКЕТОПЛАНОВ РАЗНЫХ СХЕМ СТРОЕНИЯ
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Актуальность
Самолеты и ракеты выполняют разного рода задачи. А что если взять плюсы самолета и ракеты вместе и получить ракетоплан. Это было бы очень удобно и экономически выгодно, так как бы этот аппарат взлетал бы как ракета и потом пилотировался на Землю как самолет.
Цели и задачи:
-
Посмотреть в источниках массовой информации, проекты разработок ракетопланов.
-
Сделать чертеж бедующих моделей.
-
Подобрать нужную схему строения аппарата.
-
Начать изготовление опытных образцов.
-
Протестировать готовые модели.
-
Проанализировать недостатки и достоинства аппаратов.
-
Продолжить усовершенствование моделей.
История
Первыми в этом деле испробовала себя Нацистская Германия, в которой 1920-1930-х годах представила проект ракетоплана - «He-176» компания «Хейнкель». «He-176» был первым в мире самолётом, приводившимся в движение лишь жидкостным реактивным двигателем. Пилотируемый Эрихом Варзицем, он совершил свой первый полёт 20 июня 1939 года около Варнемюнде. Директор компании - Эрнст Хейнкель делал акцент на развитие высокоскоростных технологий. Работа над He-176 не была особо выдающейся, но заложила основные принципы развития ракетной техники.
Позже были созданы другие.
Из первых реализованных проектов «Спейс шаттл» США и «Буран» СССР. Несмотря на внешнюю схожесть, эти две космические системы всё же отличаются в корне.
«Шаттл» - многоразовый транспортный космический корабль Корабль имеет три жидкостных ракетных двигателя, работающих на водороде. Окислитель - жидкий кислород. Для совершения выхода на околоземную орбиту требуется огромное количество топлива и окислителя, поэтому топливный бак является самым большим элементом системы «Спейс Шаттл». И всё равно, трех мощных двигателей крылатого корабля не хватает для выхода в космос. К центральному баку системы крепятся два твердотопливных ускорителя, которые берут на себя 83% нагрузки. Всего было построено пять шаттлов (два из них погибли в катастрофах) и один прототип. Из-за недостатка финансирования этот проект закрылся.
Разработка «шаттла» на руководителей СССР произвела большое впечатление. Начались работы над проектом «Буран». В отличие от «Шаттла» предполагалось снабдить «Буран» катапультируемой кабиной для двух пилотов и турбореактивными двигателями для посадки на аэродроме. Сам крылатый корабль «Буран» стал третьей ступенью ракеты-носителя, таким образом, получилась классическая схема трехступенчатой одноразовой космической системы, с тем лишь отличием, что орбитальный корабль был многоразовым.
Но не повезло и «Бурану». После первого и единственного успешного полёта корабль хранился в ангаре на космодроме «Байконур». 12 мая 2002 года обрушилось перекрытие цеха, в котором находились «Буран» и макет «Энергии». На этом печальном аккорде и закончилось существование крылатого космического корабля, подававшего столь большие надежды.
Эти два аппарата были промежуточным звеном между ракетой и планером. Но именно проект «ракетоплана», остается актуальным и на сегодняшний день.
Основная часть
Мои модели
Моя первая модель представлена планером со схемой строения «утка». Вторая модель построена по схеме – «бесхвостка». Третья модель увеличена в размерах и построена по второй схеме.
Первая модель «Утка»
Почему же я использовал схему «утка», а не классическую схему строения планера?
Вообще утка – это строение, при котором у летательного аппарата орган продольного управления (стабилизатор) расположен впереди крыла. Названа так, потому что один из первых самолётов, сделанных по этой схеме «14 Бис» напомнил очевидцам утку.
Принцип работы аппарата
Принцип работы аппарата заключается в том, что при отработке двигателя перемещается подвижный грузик с весом, тем самым перемещается и центр масс у аппарата. Сам движок находится у носа ракетоплана, что дает дополнительное перемещение центра масс.
Как же все это устроено? При старте грузик с весом находится рядом с носом , сам он привязан к отсоединяемой головной части и оттянут резинкой. В этом положении центр масс находиться выше центра давления (что позволяет ракетоплану быть статически устойчивым). И вот ракетоплан стартовал, отработал движок, и вышибной снаряд отбрасывает головную часть, а резинка в ту очередь притягивает грузик к крылу аппарата, тем самым центр масс смещается в район средней хорды крыла, что обеспечивает ему дальнейшее стабильное планирование.
Пуски первой модели
Было произведено два пуска. При первом пуске, «Утка» не взлетела, т.к. система зажигания двигателя зацепила аппарат. Я решил эту проблему, доработав пусковую систему и протестировав ее в лаборатории.
Второй пуск получился, но наполовину. Пусковая система сработала прекрасно. Аппарат в режиме «ракета» был стабилен, даже при сильном ветре, но после отработки движка, порвалась резинка, из-за газовой струи движка. Ракетоплан не спланировал и упал на землю.
Вторая модель «Бесхвостка»
Эта схема решала многие проблемы первой модели. Я смог отказаться от перемещения центра масс и сам аппарат стал легче.
При схеме строения «бесховстка», крыло находится как в «классическом» варианте, но стабилизатор расположен сзади крыла, а не на хвосте. Это позволяет управлять подъемной силой, т.к. можно поменять наклонение угла стабилизатора.
Принцип работы
При старте, стабилизатор у л.а. сложен и зафиксирован. Ракетоплан совершает взлет, отрабатывает движок, вышибной заряд выбивает головную часть, убирается ограничитель, который фиксирует стабилизатор, сам стабилизатор принимает нужный угол и аппарат планирует.
Пуск второй модели
Пуск опять же был не удачным, движок был неисправен и не смог выполнить свою работу. Ракетоплан совершил жесткую посадку и сломался.
Заключение
Третья модель
Третья модель сейчас находится на стадии строительства. На нее планируется поставить более мощный движок, т.к. она была увеличена в размерах. Аппарат будет сделан из более прочных материалов, что позволит усовершенствовать конструктивно-силовую схему, и будут применены технологии 3Д печати, что позволит увеличить прочность и легкость изготовления деталей. После пробных запусков, планируется поставить камеру для выявления каких либо недостатков при взлете и посадке.
Библиографические ссылки
-
http://modelist-konstruktor.com/v_mire_modelej/raketoplan-utka
-
http://avia-master.com/raketoplany/
11