Отримання карамельного палива методом випарювання давно відоме. Однією з найвдаліших технологій випарювання вважається методика, вигадана американським ракетником Rcandy. У наших умовах точно повторити його метод важко з різних причин, на яких я зупинятись не буду. Просто пропоную свою адаптацію, яку назвав МІКС-1. Вона простіше і за компонентами та за технологією. Порівнянь із оригіналом я, зрозуміло, не робив, але успішне використання палива у двигуні ТРДК-1 говорить про його придатність.
Перевага методики випарювання очевидна.
По-перше, компоненти не треба молоти, все одно вони будуть розчинені у воді. Тобто. беремо, наприклад, звичайний цукровий пісок або пудру, сорбіт і селітру прямо з упаковки.
По-друге, не треба заздалегідь перемішувати. Перемішування проводиться вже у процесі розчинення.
І по-третє, не потрібен суворий контроль вологості вихідних компонентів. Компоненти, звичайно, треба брати досить сухі, щоби вологість не впливала помітно на вагові пропорції компонентів. Зазвичай вологість складових у заводських упаковках цілком прийнятна.
Компоненти пального:
Калієва селітра KNO 3 - 65%
Цукор (цукроза) C 12 H 22 O 11 - 25%
Сорбіт (сорбітол) C 6 H 14 O 6 - 10%
Гарячої води треба взяти за вагою селітри. Для отримання палива, що швидко горить, можна додати зверху 1-1,5% окису заліза Fe 2 O 3 . Додавати окис можна відразу, з усіма компонентами, або вже після готовності палива, коли воно ще не загуснуло. Цей варіант назвав МІКС-1К.
Цукор купуємо в гастрономі, сорбіт в аптеці, а селітру в садівничому магазині або спеціалізованій фірмі.
Компоненти відважуємо в потрібних пропорціях і зсипаємо в посудину, в якій готуватимемо паливо. Добре підходить невелика товстостінна алюмінієва сковорода. Для невеликих кількостей можна взяти сталеву шахрайку. Заливаємо гарячою водою та ставимо на гарячу плитку.
Обов'язково контролюємо температуру поверхні нагрівача.
Як контролювати нагрівання я писав у статті про сорбітову карамель.
Спочатку температура плитки може бути великою 200-250°C. Доводимо нашу суміш до кипіння та випарюємо, помішуючи ложкою.
Процес випарювання потребує постійного контролю.
Коли суміш загусне і почне сильно пухиритися, зменшуємо температуру до 175 ° C, і продовжуємо випарювання з помішуванням.
Після припинення активного бульбашки можна продовжувати процес без помішування.
У якийсь момент міхуріння практично припиняється, тільки рідкісні поодинокі бульбашки і легке потріскування говорить про те, що процес продовжується. Тут краще працювати у тиші. Забираємо температуру до 150 ° C і уважно слухаємо. Коли потріскування припиниться, паливо готове.
Щоб переконатися в цьому остаточно, треба взяти трохи палива, скачати маленьку ковбаску, покласти на металеву поверхню і розчавити в коржик. Якщо при згинанні коржик зламався, значить точно, готово. Зменшуємо температуру до 100-120 ° C і починаємо укладання палива у форми.
Паливо досить пластично, і укладання не становить жодної складності. Береться порція палива, скочується в щільну грудку і кладеться у форму. Потім торцем товстого металевого стрижня грудка вручну щільно утрамбовується формою. При необхідності береться наступна грудка, укладається зверху і знову трамбується. При трамбуванні карамель поводиться, як пластилін, утворюючи щільне пластичне укладання, без бульбашок повітря, що дуже важливо.
Дуже легко формувати в такому пластичному заряді різні канали, продавлюючи склад підходящим стрижнем. Заряд застигає досить швидко, але часу для формування каналів у шашці або скріпленому заряді цілком достатньо. Протягом найближчої півгодини це робиться без проблем.
Rcandy пише, що паливо можна зберігати в целофановому пакеті і, при необхідності, використовувати, розігріваючи до 100-120°C. Я не перевіряв. Зазвичай роблю стільки палива, скільки треба задля конкретної зарядки.
Характеристики палива стандартні для цукрової карамелі.
Швидкість горіння МИКС-1 повітря 3.5-3.6 мм/с.
Швидкість горіння палива МИКС-1К із фероксидним каталізатором 4.8-5.0 мм/с
Температура горіння ~1700°C.
Технологія не складна, хоч і вимагає часу. Єдина вимога – це постійне спостереження за процесом та контроль температури. За дотримання цих умов можна досить безпечно готувати велику кількість карамелі. /kia-soft 07.10.2010/ ***
У процесі роботи над торцевим двигуном прийшов до модернізації технології виготовлення палива МИКС-1К.
1. Роблю попередній помел окису заліза 20 сек у кавомолці.
2. Каталізатор замішую заздалегідь до додавання води.
3. Після випарювання не опускаю температуру нижче 180°C, переводячи паливо у фазу плавлення.
Варіація одержала назву МІКС-1КП. Суб'єктивно та об'єктивно паливо виходить трохи активнішим. Максимальний потяг торцевика ТРДК-1 на ньому збільшився на 17%. Швидкість горіння повітря 4,9-5,2 мм/с. Є відео випробування зразка.
Замість ув'язнення.
Внаслідок розробки "швидкого" палива отримав дещо більше, ніж планував.
По-перше, запропонований склад можна використовувати, як у стандартному (МІКС-1), так і "прискореному" (МІКС-1К) варіанті.
По-друге, склад може готуватися як методом упарювання, так і методом плавлення, що вигідно відрізняє його від складу на чистому цукрі. Присутність сорбіту не дає цукру розкладатися під час плавлення палива.
По-третє, ненеароком виробилася нова технологіяприготування палива ВИПАРУВАННЯ-ПЛАВЛЕННЯ. Вона поєднує у собі всі переваги обох технологій. Паливо МІКС-1КП, приготовлене за цією технологією за попередніми підкидками активніше приблизно на 10%.
Калієву селітру можна використовувати як ракетне паливо для саморобних ракет. Йдеться про прості ракетки, які збираються за пару хвилин, на коліна.
Спочатку про ракети.
Кількість газів, що виділяються при горінні селітри з цукром, достатньо щоб підняти в повітря саморобну ракету або піротехнічний снаряд. Але якщо корпус ракети буде надто важким, то вона може й не злетіти. Для виготовлення корпусу можна використовувати трубки з пресованого картону. Їх можна взяти від використаних піротехнічних виробів, від плівки в яку ковбасу в магазинах загортають, можна самому проклеїти пару шарів картону, тільки використовуйте силікатний (канцелярський) - він не горючий, і жаростійкий. Хороша як матеріал у піротехніці алюмінієва фольга для запікання. Можна повністю ракету зробити з фольги, але вона м'яка і щоб її не розвернуло великим тиском, її перетягують м'яким дротом. Дротом формують і сопло, звідки буде струмінь полум'я. Щоб ракета летіла, їй потрібен стабілізатор (хвіст) у вигляді довгої палички. Його найпростіше відірвати від використаної китайської ракети, або відрізати та висушити рівний прутик у лісі. Як запал, я використовую просочену в розчині калійної селітри газету. Готую її заздалегідь, згортаю в трубочку, перегинаю і затикаю їй сопло, щоби паливо не висипалося.
Тепер про паливо
Калієва селітра добре горить із цукром. Змішуємо пропорції 5 частин селітра та чотири цукру, на кожні 100 гр. селітри можна додати 5 гр. соди. Все паливо готове.
Якщо морочитися про поліпшення горіння суміші пораджу всі інгредієнти подрібнити в кавомолці. Можна подрібнювати їх разом, ще краще перемішати. Це не є небезпечним. Засипавши суміш у картонну трубку, можна утрамбувати, постукаючи чимось плоским, близьким по діаметру предметом. Чув, що горіння буде краще, якщо в утрамбованій суміші залишити отвір, діаметром 8-10мм, на всю довжину суміші. Це можна зробити, засунувши перед трамбуванням довгий циліндричний предмет. Бажано гладкий, щоб легше потім дістати, наприклад фломастер.
Можна суміш зварити. У невелику каструльку наливаємо води, щоб дно закрило. Включаємо невеликий вогонь, і починаємо висипати частинами, постійно помішуючи, щоб все встигало танути. Суміш плавиться, потім темніє, нагадує карамель – можна знімати та розливати за формами. Суміш не перегрійте, бо згорить у каструлі, тому біс нагляду її не залишайте на вогні. Дайте суміші охолонути, вона затвердіє. Можна наробити довгих паличок і використовувати їх як гніт.
Випробування проводьте на вулиці, а то балкон чи під'їзд можна спалити.
До речі, селітра дуже добре горить з меленим шашличним вугіллям. Можливо навіть краще ніж із цукром. Адже склад пороху селітру, вугілля, і трохи сірки. Ще можна експериментувати як горить селітра з: сорбітом, крохмалем, сухим спиртом.
Відео демонструє горіння селітри та цукру
Менше, ніж за хвилину, приготував ракету або типу того, і вона поповзла по землі. Якщо корпус полегшити, можна і в небо запускати. Треба порожній болончик з-під дезика або освіжувача спробувати.
Ось відео:
Схема двигуна представлена на Рис.1. І одразу перше правило:
1) нічого не робити «на око».
Необхідний найпростіший набір вимірювальних та креслярських інструментів: лінійка, штангенциркуль, олівець.
Корпус двигуна виготовляється з 10-ти шарів високоякісного офісного паперу. Для цього із стандартного листа А4 відрізаються по довжині дві смужки завширшки 69 мм. Далі береться оправка - рівний гладкий і міцний, краще за металевий, стрижень (або трубка) довжиною більше 80 мм і діаметром 15 мм. Щоб корпус не прилипав до оправлення, можна відрізати шматок широкого скотчу по довжині оправлення і накатати його на оправлення у поперечному напрямку. Потім на оправку намотуються послідовно смужки паперу, які в процесі намотування рясно, без перепусток, промазуються силікатним клеєм. Прилеглу до оправки бік першого витка промазувати клеєм, звичайно, не треба.
Намотувати, точніше, накочувати папір треба на твердій рівній поверхні, так, щоб витки лягали один на одного практично без зсуву і дуже щільно, без бульбашок. Підкладіть газетний аркуш, щоб не тільки зберегти в чистоті поверхню, але й прибрати надлишки клею, що виділяються в процесі накатки. Щоб не було зсуву витків, я рекомендую спочатку накатати смужку всуху, так щоб вона правильно пішла, потім зробити акуратний відкат до першого витка, не відриваючи оправлення від столу, потім знову почати накатку вже з промазанням клеєм. Обов'язково треба промазати початковий край смужки так, щоб він чітко приклеївся першому витку. Потрібний, звісно, певний досвід, щоб ця операція вдалася. Проте некондиційні корпуси не викидайте. Вони знадобляться для припасування діаметра сопла, заглушки, для виготовлення різних кондукторів і стопорних кілець. Після того, як смуги проклеєні, можна прокатати корпус на оправці за допомогою рівної дошки, щоб ущільнити витки. Робити це треба лише у напрямку намотування.
Після цього непогано прогнати сирий корпус через зовнішню оправку - металевий циліндр з внутрішнім діаметром 18 мм. Корпус движка повинен досить щільно проходити через цю оправку, цього треба домогтися обов'язково, оскільки надалі доведеться проводити набивання корпусу паливом, що без зовнішньої оправки, що щільно сидить, робити не можна. Якщо таку трубку знайти не вдасться, треба буде виготовити зовнішню оправку намотуванням не менше 15-ти шарів офісного паперу на вже готовий корпус двигуна, так само на силікатному клеї. Злегка підсушивши корпус, треба зняти його з оправки, попередньо провернувши проти намотування. Далі, поки корпус повністю не висох, треба вставити з одного боку готове сопло. Для цього, звичайно, необхідно, щоб сопло вже було підготовлене.
Отже, виготовляємо сопло. Рекомендую зробити відразу два сопла, далі буде зрозуміло чому. Зазвичай нескладно знайти дерев'яний стрижень діаметром 16-18 мм, краще з твердого дерева на зразок бука чи граба. Акуратно торцімо його, тобто. робимо рівний перпендикулярний осі спил на одному кінці. Для цього треба відрізати рівну смугу ватману, шириною ~100мм і щільно намотати на стрижень як виток над витком. По краю цього намотування поступово повертаючи стрижень і утримуючи ватман на місці робимо круговий пропил. Злегка зачистивши шкіркою місце спила отримуємо чіткий торець. Тут ми підійшли впритул до другого правила, що безпосередньо випливає з першого:
2) при будь-яких операціях, що вимагають геометричної точності, використовувати всілякі оправки, шаблони, кондуктори.
Торцянувши дерево, за тією ж схемою відпилюємо від неї циліндр висотою 12 мм. У цій заготовці по центру вздовж осі свердлимо отвір діаметром 4,0 мм. Робити це краще на свердлильному верстаті, хоча б зробленому із дриля зі спеціальною свердлильною підставкою. Вона не надто дорога, але дозволяє робити вертикальне свердління. Якщо такого пристрою немає, можна використовувати будь-який найпростіший кондуктор, зрештою зробити свердління вручну. Особлива точність у разі не потрібна, оскільки фішка у наступній технології. Просвердлити заготівлю центром не вдасться навіть на свердлильному верстаті. Тому я просто надягаю заготовку на шпильку М4 і затискаю з двох боків гайками. 
Потім затиснувши в патрон дрилі, обточую до потрібного діаметру (15 мм) напилком і шкіркою. Якщо є відхилення від перпендикулярного напрямку щодо осі торцевих поверхонь, це також можна виправити при обточуванні. Дриль для цього треба, звичайно, якось закріпити на столі, такі пристрої теж є у продажу. Після такої операції отвір сопла знаходиться точно по центру. На бічній поверхні сопла, також на дрилі, по центру робимо проточку квадратним або круглим надфілем глибиною 1,0-1,5мм. Припасування діаметра найкраще робити, маючи заготівлю корпусу двигуна, можна некондиційну, які у вас з'являться в процесі виробництва. Зрештою сопло готове. Воно не відрізняється жароміцністю і в процесі роботи двигуна прогоряє до діаметра 6 - 6,5 мм. Деякі називають такі двигуни навіть безсоплові. Я не зовсім з цим погодився б, оскільки це найпростіше сопло все-таки забезпечує чітко спрямований стартовий вектор тяги. Крім того, таке сопло «автоматом» регулює тиск у движку, дозволяючи пробачити деякі помилки ракетомоделістів-початківців.
Тепер треба виготовити заглушку. Це те саме сопло, але без центрального отвору. Тут можна вигадати різні технології виготовлення. Найпростіше використовувати як заглушку ще одне сопло, тільки під нього при складанні доведеться підкласти, наприклад, радянську копійку, її діаметр якраз 15 мм, або залити епоксидний отвір після установки в корпус. До того ж воно стане в нагоді для центрування основного сопла.
Перший етап складання двигуна – встановлення сопла. Робити це треба поки що корпус ще не просох, тобто. практично відразу після намотування. Сопло встановлюється в корпус з одного торця на силікатному клею врівень з краєм корпусу.
Ось ми й підійшли до третього правила:
3) суворо дотримуватися співвісності всіх центральних каналів і осьової симетричності всіх деталей ракети.
Звичайно, це правило інтуїтивно зрозуміло, але часто про нього забувають.
Гарантій, що канал сопла направлений строго по осі немає, тому робимо найпростіший кондуктор. Для цього з протилежного боку корпусу двигуна вставляємо ще одне сопло (яке ми приготували для заглушки), без клею природно, і з'єднуємо обидва сопла металевим стрижнем діаметром 4,0 мм. Співвісність забезпечена.
Тиск при роботі в такому легкому двигуні може досягати 10 атмосфер, тому сподіватися, що клей утримає сопло, ми не будемо, а зробимо так звану «перетяжку». Для цього робимо кругову лінію на корпусі, відступивши 6мм від краю движка з боку сопла, відзначивши таким чином положення бічної проточки сопла.
Далі беремо міцну капронову мотузку товщиною 3-4 мм, прив'язуємо її до чогось міцно-нерухомого, я, наприклад, до гири 20 кг, яку ще утримую ногою. Робимо один оберт мотузки по зазначеній лінії і, утримуючи двигун перпендикулярно мотузці, сильно натягуємо. Щоб не порізати руку можна прив'язати до кінця мотузки якусь палицю. Операцію повторюємо кілька разів, провернув двигун відносно осі, поки не утвориться чітка канавка-перетяжка. Промазуємо її клеєм і намотуємо 10 витків бавовняної нитки №10. Нитку зверху промазуємо ще раз клеєм. Для зав'язування нитки дуже зручно використовувати рибальський вузол. Тепер можна вважати сопло повністю встановленим, треба тільки добре просушити корпус двигуна не менше доби.
Що відноситься до сумішових палив з органічною зв'язкою. Базовий, найбільш вивчений і найчастіше використовуваний склад - 65% КNО 3 і 35% сорбіту (за масою). Такий склад близький до оптимуму за досяжним питомим імпульсом при невеликих ступенях розширення, характерних для модельних РДТТ. Помірний показник ступеня в законі горіння робить паливо придатним для роботи в широкому діапазоні тисків, і, як наслідок, придатним для кустарних РДТТ з помітним розкидом геометричних характеристик.
Енергетичні показники цього складу дуже помірні. Теоретичний питомий імпульс карамельного палива на нітраті калію - 153 кгс * с / кг, а практично досяжний не перевищує 125 одиниць. Це менше, ніж у дешевих балістичних палив на основі нітроцелюлози, тому промислово цей склад не застосовується. Однак, це значно більше, ніж у димного пороху, до того ж, виготовлення карамельного палива не вимагає специфічного обладнання, необхідного для виробництва пороху, тому популярне у виробників модельних ракетних двигунів, як кустарних, так і серійних комерційних.
Головні недоліки цього палива - гігроскопічність та велика кількість конденсованої фази у продуктах горіння. Також слід визнати недоліком крихкість палива, що звужує вибір конструкцій РДТТ з його використанням. Нарешті, недоліком є значна усадка (зменшення обсягу) при затвердінні, що може спричинити перекручування форми шашки або відшарування бронювання.
При заміні у складі палива сорбіту на сахарозу швидкість горіння зростає досить значно, на 40 % при атмосферному тиску, але інші властивості палива (щільність, питомий імпульс, показник ступеня в законі горіння тощо) майже не змінюються. Головний недолікцукрового складу - набагато небезпечніший процес приготування, оскільки потрібно сильніше нагрівання.
Карамельне паливо названо так через використання в його складі цукру або сорбіту, а також через зовнішнього виглядуготове паливо. Англомовний термін «rocket candy» так само характеризує ставлення до нього.
Незважаючи на відносну його безпеку, порівняно з іншими складами, карамельне паливо вимагає таких же запобіжних заходів при використанні, як і будь-яке інше ракетне паливо, так як є високоенергетичним складом.
Вихідне паливо малотоксичне, але продукти його горіння можуть дратувати слизові та органи дихання, так як карбонат калію, що виділяється в сильно диспергованій формі, і має лужну реакцію, може викликати хімічний опік навіть після остигання до кімнатної температури. Температура горіння базового складу приблизно 1400 градусів Цельсія цього достатньо для розм'якшення сталевого корпусу РДТТ при впливі на нього без теплозахисту.
Готове паливо складається з твердого розчину селітри в сорбіті і зважених у ньому дрібнодисперсних частинок селітри, що не розчинилася. Температура плавлення готового палива значно нижча за вихідні компоненти. Розчинність селітри в сорбіті в твердому вигляді набагато менше, ніж у розплаві, тому паливо при охолодженні набирає міцність поступово, тому що за обсягом йде виділення кристалів з твердого розчину, при цьому виділяється кілька тепла. Великі шашки залишаються м'якими понад добу.
Піонером використання карамельного палива вважається Білл Колберн, який використовував його вперше в 1948, а широку популярність у США це паливо набуло з виходом книги Бертрана Брінлі в 1960 році. Широко застосовується в імпровізованих реактивних снарядах через доступність компонентів.
Паливо для ракеток виготовляється із селітри та газет.
Можна використовувати будь-яку селітру:
Виготовлення розчину селітри для просочування газет
Рецепти селітри
Для калійної селітри:
3 об'єми селітра + 1 об'єм цукру
Послідовність дій:
Розчин готовий.
Для натрієвої селітри:
2 селітри + 1 цукор
Послідовність дій:
Розчин готовий.
Для аміачної селітри з перетворенням на натрієву:
2 селітри + 2 соди харчові (NaHCO3) або 1 соди пральні (Na2CO3) + 1 цукор
Послідовність дій:
Розчин готовий.
Щоб не псувати повітря в кімнаті аміаком, що виділяється в результаті реакції з содою, готувати під витяжкою або на відкритому повітрі! Якщо такої можливості немає, банку із розчином можна виставити за вікно на підвіконня. Для підігріву можна використовувати маленький окроп.
Для аміачної селітри з перетворенням на калійну:
3 селітри + 3 хлористий калій (KCl) або 1 вуглекислий калій (поташ) (K2CO3) або 1 сульфат калію (K2SO4) + 1 цукор
Послідовність дій:
Розчин готовий.
Для кальцієвої селітри з перетворенням на натрієву або калійну:
3 селітри + 3 сода харчова або сірчанокислий калій або сульфат калію + 1 цукор
Послідовність дій:
Розчин готовий.
Просочення газет
Якщо спалити для перевірки складений кілька разів або скручений у рулон 5-ти сантиметровий шматок карамельного паперу, він повинен активно згоріти приблизно за 3-5 сек. з "неоновим" полум'ям. В один шар може горіти нестійко і навіть гаснути.
