pondělí 21. července 2014

Něco o modelech raket 2 - komerční raketové motory

Historii máme za sebou, v druhém dílu série je na místě probrat, čím budeme model rakety pohánet. Jak jsem napsal v úvodu, hodlám se zabývat pouze tovární produkcí, nikoli domácí výrobou.
Pro modely raket se používají motory na tuhé pohonné hmoty (TPH). U modelů ve velikosti odpovídající FAI třídám lze toto brát jako 100% pravidlo, skutečně se u takto malých motorů jiné řešení nevyskytuje. Motory na TPH ale převládají i v oblasti modelářské “high power rocketry”, čistě kapalinové se nevyskytují prakticky vůbec, výjimečně se setkáme s hybridními (tuhé palivo, kapalné nebo plynné okysličovadlo), v rámci této série článků to ale lze zanedbat.


Výkon a značení motorů

Základním parametrem raketového motoru je jeho celkový impuls, udávaný v newton-sekundách (Ns). Pochopení je snadné - hodnota v Ns udává, jaký tah by měl daný motor v případě, že by doba jeho tahu byla přesně jedna sekunda. Pokud tedy máme motor s udaným impulsem 10Ns, tak se k této hodnotě lze dostat buď tahem 10N po 1 sekundu, nebo 5N po 2 sekundy atd.
K zjištění, která varianta platí, slouží druhý parametr - střední tah. Udává se v newtonech a označuje průměrnou hodnotu tahu daného motoru. S její znalostí se lze dopočítat k době tahu - má-li motor celkový impuls 5Ns a střední dat 4N, bude doba tahu 5/4, tedy 1,25s. Výpočet není zcela přesný, tah obvykle není zcela lineární, nicméně pro naše potřeby vesměs plně vyhoví. 
Posledním důležitým parametrem je zpoždění. Jeho význam je prostý - po nějaké době od ukončení tahu motoru následuje tzv. výmet - v podstatě exploze malého množství černého střelného prachu v opačném směru než je tryska (tedy do trupu rakety). Uvolněné plyny vyhodí padák či jiné zařízení, na kterém model přistane. Hodnota zpoždění udává, jak dlouhý je interval mezi dohořením TPH a vyhození padáku. Parametr je důležitý, protože po dohoření TPH letí model setrvačností dále a padák je nutno vyhodit v momentu, který se co nejvíce blíží bodu dosažení vrcholu dráhy (a tedy minimální rychlosti).
V praxi se na motoru setkáte dnes výhradně se značením v následujícím formátu:
C6-3
Písmeno je od A do G (u modelů mimo FAI i vyšší) a udává celkový impuls v intervalech podle následující tabulky. Následující číslice udává střední tah přímo v newtonech. Číslice za pomlčkou pak udává zpoždění v sekundách (může se zde objevit i písmeno P jako “plugged” což znamená, že daný motor výmet vůbec nemá).


Označení písmenem
Impuls od- do Ns
1/2A
0,626-1,25
A
1,251-2,50
B
2,51-5,00
C
5,01-10,00
D
10,01-20,00
E
20,01-40,00
F
40,01-80,00
G
80,01-160,00

Pro náročnější výpočty je samozřejmě vhodné vyhledat dokumentaci výrobce s přesným průběhem tahu pro daný motor, ve většině případů však vystačíme s pochopením základního označení.

Konstrukce motoru

U komerčně prodávaných modelářských raketových motorů se vyskytují v zásadě jen dvě varianty řešení.
První , daleko častější a do třídy C asi výhradní řešení, je jednorázově použitelný motor lisovaný do papírové trubky. Konstrukce je na obrázku a zahrnuje následující části:
  1. Plášť motoru, obvykle papírová trubka
  2. Tryska, například z kaolinu
  3. TPH, obvykle pod tlakem lisovaný černý střelný prach
  4. Zpožďovací slož
  5. Výmetná slož (obvykle volně sypaná hrubá zrna černého střelného prachu).


Motor se zapálí tryskou, TPH postupně odhořívá, při svém dohoření zapálí zpožďovací slož. Ta pomalu hoří určenou dobu, po dohoření následuje výmet zapálením černého střelného prachu, který vyhodí padák. Motor se po použití vyhazuje, nové plnění není možné (obvykle by to ani nešlo kvůli opotřebení pláště a trysky, nejde jen o bezpečnost).
U silnějších motorů (třídy F a G, výjimečně i E) se občas používá vnitřní hoření, kdy je v TPH po délce kanál, což zvýší plochu hoření, princip jednotlivých dílů motoru je ale totožný.

Druhou variantu nabízí ve velikostech, o kterých píšu, výhradně americká firma Aerotech. Jde o tzv. reloadable engine, tedy motor vícenásobně použitelný. Plášť je v tomto případě hliníkový, přední a zadní čelo je šroubovací. Zakoupí se hliníková sestava těla motoru (hardware) a do ní pak tzv. reload kit, tedy náplň. Reload kit obsahuje trysku (ta se používá jednorázově), zrna TPH s vnitřním hořením, zpožďovací slož a výmetnou slož. K tomu doplňkové díly jako například těsnící O-kroužky atd. Po sestavení je funkce motoru stejná jako v předchozím případě, pouze je malinko složitější zážeh (motor se zapaluje na horním konci, ne u trysky), to je ale plně popsáno v návodu.
Po letu se hardware vyčistí a lze znovu naplnit. Toto řešení má význam pro silnější motory (od E nahoru, Aerotech vyrábí i řadu motorů mimo FAI limity). U slabších motorů vyjde toto řešení spíše dráže než jednorázové, právě někde u třídy F nastává zlom, kdy tyto motory začnou být zajímavé. V žádném případě je nedoporučuji pro první pokusy s raketami, nicméně po získání zkušeností a zájmu o stavbu větších modelů to může být zajímavé.


Zážeh motorů

V otázce bezpečného zážehu motoru je patrná určitá odlišnost mezi USA a Evropou. V bezpečnostních pravidlech americké asociace NAR se připouští výhradně elektrický zážeh. Do trysky motoru se vloží speciální palník (obvykle dodaný s motorem). K palníku se připojí krokosvorkami dvojlinka dlouhá minimálně 5 metrů, jeden drát je přerušen tlačítkem (stačí zvonkové). Dvojlinka se připojí k baterii 6-12 Voltů a stiskem tlačítka motor odpálíme. Celkem jednoduché a bezpečné.
Existuje ale ještě druhá možnost, kterou je použití zápalnice (stejné jako u volně prodávaných ohňostrojových raket), například německé motory Weco a Klima se dodávají se zápalnicí místo elektrického palníku. Zápalnici vložíme do trysky, zajistíme balsovým klínkem a zapálíme, poté odejdeme do bezpečné vzdálenosti. Postup je spolehlivý a nemusíme se motat s dráty. Osobně použití zápalnice mírně preferuji pro jednoduché jednomotorové rakety, nicméně elektrický zážeh se je vhodné naučit také. Jednak je povinný na soutěžích, navíc je nezbytný pro současný zážeh více motorů atd.

Možnosti nákupu motorů v ČR (a z ČR)

Poznámka - tato kapitola popisuje zkušenosti platné v létě 2014. Situace se časem může měnit k lepšímu i horšímu, nemohu proto zaručit trvalou platnost.

Firma Rapier Pardubice
V ČR existuje výrobce poměrně kvalitních motorů na TPH. Vyrábějí se motory tříd A,B,C a D ve více provedeních. Problém je ale v tom, že výrobce příliš nestíhá a preferuje export, web má zcela neaktuální a příliš nekomunikuje. V běžné obchodní síti se občas vyskytují motory tříd A a B o průměru 15mm, vhodné k rekreačnímu létání, méně často i C a D. Kromě toho Rapier vyrábí motor třídy A o průměru 13mm, který je velmi vhodný k získání prvních zkušeností se soutěžními modely FAI (pro žákovské soutěže v ČR je to předepsaný typ motoru). Cenově se pohybujeme v relaci 25-50 korun za start.

Motory Estes
Americké motory Estes k nám dováží Astramodel a vyskytují se i v maloobchodní nabídce. Slušnou nabídku motorů a raket Estes drží skladem například Pecka model, dostupnost tedy dobrá. Problémem jsou ale ceny - vychází dráže než v USA a jeden motor třídy C se blíží 85 korun, B lehce přes 70 korun (při nákupu balení 24ks, v malém je to ještě horší). Silnější motory třídy D pak již lezou přes 140 korun za kus. V době psaní článku se ale objevila jistá naděje, že Estes zařadí do nabídky u nás známý rakouský obchod Lindinger, avizované ceny jsou cca o 30% nižší, což by již do jisté míry zajímavé bylo, na potvrzení je ale nutno počkat. V nabídce Estesu je i minimotor třídy A použitelný pro získání zkušeností se soutěžním létáním, proti Rapieru vyjde dráž, nicméně je snáze dostupný.

Německé motory Klima
Velmi zajímavou alternativou jsou motory německé výroby. Sám spokojeně používám německé motory A,B,C značky Weco, jejich výroba byla zastavena ve prospěch vylepšených pod značkou Klima. Dostupné jsou v kategorii A,B,C,D, všechny v průměru 18mm, u některých lze dokonce vybírat mezi různými tahy. Ceny za kus vycházejí 30-50 korun za kus slabších, pro nové D pak necelých 90 korun, ale je nutno dodat, že ve třídě D jsou motory Klima parametry poměrně nadstandardní díky použití kompozitní slože místo obvyklého černého prachu. Do ČR je bohužel nikdo nedováží, nákup je ale možný u rakouského Lindingera i přímo u firmy Klima (tam je poštovné méně výhodné).
Firma Klima navíc avizuje i motory o průměru 24 a 29mm silnějších tříd (až po F), na trhu by se snad měly objevit ke konci roku 2014.

SierraFox Hobbies
V tomto případě nejde o typ motoru, ale o název eshopu z Itálie. Obchod je do značné míry zaměřen na výrobky z oblasti “high-power rocketry”, nicméně najdou se i jiné věci. Především se jedná o asi jediný bezproblémový zdroj RMS motorů Aerotech (i jednorázových motorů této značky). Ceny sice nejsou nejnižší, ale zde se bavíme o motorech silnější třídy, kterých se nespotřebuje tolik. Ke koupi zde jsou i klasické motory Estes a Klima, cenově se ale nijak neliší od jiných možností. Obchod je ověřen více českými modeláři.

Soutěžní speciály
Složitější to budou mít zájemci o špičkové soutěžní létání, což vyžaduje motory třídy A o co nejmenší hmotnosti a pak speciály pro RC raketové kluzáky tříd D a E s velmi dlouhým tahem.
Osobně vím o dvou zdrojích.
Motory MRK (Marian Krause) jsou špičkové soutěžní motory. Původem jde vlastně o slovenské speciály od M. Jelínka, který ale předal výrobu panu Krausemu. Objednání je ale poměrně složité, sám jsem využil kontaktů od našich reprezentantů a nechal si motory dovézt.
Motory Cosmo jugoslávské výroby jsou nabízeny i online, zde prozatím ověřuji možnost objednání. 
Situace kolem motorů Delta české výroby je mi poměrně nejasná a prozatím cestu k jejich získání nemám.


Celkově vzato situace sice není ideální (hlavně cenově), ale na druhé straně se toho dá v součtu snadno koupit víc než dost. Když si to srovnám se situací ze začátku 80tých let, kdy motory domácí produkce prostě nebyly a možnosti nákupu ze zahraničí byly prakticky nulové, tak si vlastně není na co stěžovat :-)

Žádné komentáře: