Є такі іграшки — металева кулька на підставці, наливаєш воду, підпалюєш знизу, пара виходить із трубочок і все починає крутитися. Це репліка стародавньої парової турбіни першого століття нашої ери. Саме на неї дивився автор каналу Integza — і раптом зрозумів: а це ж, по суті, обертова ракета. Що якщо на такий принцип поставити пропелер?
Звучить безглуздо. Навіщо крутити ракетою пропелер, якщо можна просто використати ракету напряму? Але тут є фізика: переміщати багато повітря повільно — ефективніше, ніж штовхати мало повітря дуже швидко. Енергія, потрібна для прискорення газу, зростає з квадратом швидкості. Саме тому вентилятори великі й обертаються повільно. Ракета — це інструмент для надзвукових швидкостей. Для всього іншого вона надлишкова.
Будуємо ракету з підручних матеріалівКамера згоряння — саморобна. Повітря входить з одного боку, бутан з іншого, вони змішуються і підпалюються іскровим модулем на основі дешевого високовольтного трансформатора з Amazon.
Для сопла автор обрав графіт — той самий матеріал, з якого роблять стрижні олівців. Графіт витримує температури,
при яких більшість металів уже починають плавитися, і легко обробляється. Розрахунки геометрії сопла — за формулами з сайту NASA, хоча сам автор своїй математиці не дуже довіряє, тому надрукував три варіанти різного розміру й просто перевірив, який краще працює.
Але тут є нюанс: звичайне сопло направляє гази назад, а для обертання потрібно — вбік. Тому замість розрахункового сопла — латунна трубка із внутрішнім діаметром 3 мм. Два плеча, два вихлопи по боках — і конструкція починає крутитися.
Звичайний кульковий підшипник у таких умовах живе рівно до першого прогріву. Автор знайшов рішення — керамічний підшипник із цирконієвими кульками. Теоретично вогнестійкий. Практично — горить. Точніше, горить не він сам, а пластиковий сепаратор між кульками.
Вирішення проблеми — знову графіт. Новий сепаратор, вирізаний вручну. Руки після цього чорні до ліктів, але підшипник тримає полум’я без жодних претензій.
Охолодження через термодинамікуКарбоновий пропелер — єдиний доступний — погано переносить тепло, точніше, погано переносить його зв’язуюча смола. Вона просто горить.
Потрібне охолодження.
І тут Integza придумав щось справді елегантне. Бутан у балоні поводиться як газована вода: під тиском він рідкий, але варто відкрити — миттєво перетворюється на газ і при цьому різко охолоджується. Фізика розширення газів. Автор обмотав мідну трубку спіраллю навколо камери згоряння і підключив її до саморобного резервуару з паливом із переробленого балончика WD-40.
Схема така: ракета горить і нагрівається → нагріває мідну спіраль із бутаном → бутан розширюється, охолоджує конструкцію і водночас підвищує тиск → більше палива надходить у камеру → більше потужності. Термодинаміка в чистому вигляді, коли все якось само себе підтримує.
Від 640 до 2840 обертівПерші запуски розчаровували. При двох барах тиску без горіння двигун не рухався взагалі. З бутаном — 640 обертів за хвилину. При чотирьох барах — 1280. Небагато.
Проблема виявилася в балансі: якщо резервуар стоїть нижче спіралі — охолодження немає, двигун перегрівається і глохне. Якщо вище — бутан у рідкому вигляді потрапляє прямо в камеру згоряння, тиск злітає некеровано.
Прорив стався випадково.
Автор вичерпав бутан і, не бажаючи йти в магазин, розібрав зварювальний набір і злив звідти газ. Прочитав етикетку вже після того, як залив. Виявилося — не чистий бутан, а суміш із пропаном. А пропан при кімнатній температурі має вищий тиск насичених парів.
Результат — 2840 обертів за хвилину і приблизно кілограм тяги. Реакція автора на відео говорить сама за себе.
Двигун працює, але поки що прив’язаний до компресора — саме він подає повітря для горіння. Наступний крок, який автор вже анонсував — навчити двигун стискати власне повітря за рахунок обертання. Тобто зробити його по-справжньому автономним.
Поки що це виглядає як дорога іграшка із графітовими підшипниками і бутановим охолодженням. Але саме так зазвичай і починається щось цікаве.
Запис Інженер створив ракетний пропелер із підпаленого бутану спершу з'явиться на ProstoMob.
