Летает ли бутылка с водой (ВП-800, обзор и первая пара запусков)

Никогда до этого не пробовал делать «водяную ракету» — и вот решил попробовать. 

Всегда считал несерьезным — такой водяной ракетомоделизм. Но вот — наступило лето. Стало тепло. Открыл на озере купальный сезон. И невольно подумалось — дай попробую ракету с иным принципом движителя.

В сетях постоянно попадаются ссылки на «водяные проекты». Ракеты довольно просты и главное — безопасны! В водяных ракетах нет горящих и взрывающихся частей! Такие ракеты в принципе — многоразовые: взять с собой в поле канистру/бутыль с водой и… запускай сколько хочешь — пока вода не закончится!

Начать решил с простой полуторалитровой бутылки.

Свои размышления и первые опыты показал в ролике

Если коротко текстом, то сначала принцип движения. В соответствие с реактивным полетом, выбрасываем не газы, а воду! Чтоб она эффектно и эффективно вылетела из корпуса ракеты, создаем в герметичном объеме избыточное давление. Далее снимаем крышку, вода под давлением накачанного воздуха вырывается на волю — сосуд движется в противоположную сторону.

Первым делом сделал механизм закачки воздуха. Автомобильный ниппель вставлен в дырку в завинчивающейся крышке пластиковой бутылки. Накачиваем насосом воздух в бутылку. Под создаваемым давлением резиновый торец ниппеля еще плотнее прижимается к крышке и воздух не просачивается через возможные неплотности (я подстраховался герметиком, но, мне кажется, его использование необязательно).

Первый опыт — накачать в бутылку воздух. Поднять давление на сколько позволит насос и бутылка. Одновременно проследить за деформацией бутылки и тестового кольца вокруг нее. Результаты:

  • Одна атмосфера (0,1МПа) — это разница с наружным давлением. Бутылка не проминается, корпус не деформирован, кольца свободно двигаются.
  • Две атмосферы (0,2МПа). Кольца с трением все еще двигаются.
  • Три атмосферы (0,3МПа). Кольца не двигаются (бутылка слегка увеличилась в диаметре).
  • Четыре атмосферы (на самом деле смог насосом довести давление до 0,38МПа). Видно как расширилась бутылка. В местах установки тестовых колец видно как промята поверхность бутылки. ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ ВЫВОД: PLA печать в два слоя (0,8 мм) с шагом печати 0,3 мм выдерживает давление на разрыв!

Решил ограничиться рабочим давлением 0,35МПа для дальнейших опытов. Хотя рекомендуют поднимать давление до 0,5МПа и даже до 0,6МПа для повышения эффективности запуска.

Замечание «Брат-2»: «… накачивать бутылки более 7ат нельзя, начинаются необратимые пластические деформации. Экспериментировал в гараже, был случай взрыва бутылки».


26 мая 2024. Продолжение опытов с водой и бутылкой. Вторая серия опытов — проверка работы стартового устройства.

Обычно используют разъемы Gardena. Но я решил упростить конструкцию. Стартовое устройство должно удерживать накачанную ракету/бутылку на земле, а затем по команде отпускать рвущуюся в небо ракету.

Про эту серию опытов снял вторую серию видео:

Конструкция удерживающего устройства  проста — обычная крышка бутылки, разрезанная на «лепестки». В состоянии заправки и на старте лепестки сжаты обычным скотчем. Крышка удерживается на бутылке. В крышку вставлен ниппель. Для старта скотч пережигается и давлением крышку сбрасывает с бутылки.

Поставил опыт — разрезанную крышку навинтил на бутыль и стал накачивать воздух. Примерно при 0,2МПа крышку сорвало и бутылка улетела метров на 20 и врезалась в забор.

После успешных экспериментов ушел на поляну и провел «подвижные» опыты. Имитация полета ракеты: налил в бутылку 1,5л воды примерно на треть объема (0,5л). Завинтил разрезанную крышку, обмотал его скотчем и меж слоями поместил нихромовую проволочку. При подаче напряжения на нить, скотч плавится, лепестки крышки освобождаются и ракета улетает.
IMG-20240526-141313
Накачать воздух в бутылку ножным насосом смог только до 0,35Мпа (по манометру насоса). Установил бутылку с проводами на направляющий рельс. IMG-20240526-141317Для установки использовал кольца с напечатанными зацепами/бугелями.
IMG-20240526-141259
Включил все камеры, отошел подальше и нажал «Пуск».  IMG-20240526-142030Глазами даже издалека было видно как накалилась нихромовая нить, расплавился скотч и отвалился от крышки. Однако ракета осталась на месте — крышка не отвалилась!

Подошел к ракете, протянул руку к крышке и… крышка слетела, ракета рванула в небо! Меня обдало водой и грязью с земли (струя выбила ошметки из-под ракеты).

wp800-1-r4 wp800-1-r3
wp800-1-r2 wp800-1-r1

Бутылка взлетела довольно высоко (20-30 м), с нее сорвало одно из колец. Вдвоем они упали недалеко от места старта.

Сразу же повторил опыт, т.к. нихромовая проволочка осталась целой. Залил пол-литра, накачал 0,35МПа, установил бутылку на старт. IMG-20240526-142035На сей раз после нажатия «Пуск» ракета сорвалась с места через пару секунд после плавления скотча. Высота полета была примерно такой же.

wp800-2-r4 wp800-2-r3
wp800-2-r2 wp800-2-r1

Кадры камеры с другой точки при съемке 120 кадров в секунду

wr800-2-x1 wr800-2-x2
wr800-2-x3 wr800-2-x4
wr800-2-x4 wr800-2-x5

Выводы: Вполне все работоспособно и «почти многоразово». Довольно эффектно. Пожалуй, продолжу эксперименты. Вода летом — это хорошо!

Все происходит очень быстро (цифры скорости и ускорения — ниже). Для съемок нужна камера с возможностью съемки 120 или 240 кадров в секунду.


Цифры

  • Длина бутылки с крышкой 32см
  • Крышка 2см
  • Диаметр горлышка внутренний 20мм
  • Диаметр бутылки 88 мм (кольцо скользит с трением)
  • Лепестков в крышке 8
  • Давление (манометр насоса) 0,35МПа
  • Объем воды 0,5л
  • Объем бутылки 1,5л
  • Проход по направляющей за 6 кадров (120к/с) 0,05сек
  • Длина направляющей (путь) 1.2м
  • Скорость конечная (по кадрам) 1,5 корпуса за кадр 60м/с
  • Расчетное ускорение (по пути) 960м/с*с
  • Расчетное ускорение по конечной скорости 1200м/с*с