Проекты участников финального этапа НТТМ-2017

← К списку проектов

Проект
Разработка конструкции модели ракеты для проведения соревнований по ракетомодельному спорту среди обучающихся 6-9 лет в закрытом помещении с использование электромагнитной пушки
НТТМ-2017-0277 | Категория I

Автор:

Гусев Захар Антонович

Научный руководитель:
Гусева Катерина Сергеевна
Организация:
МАОУ ДО «Центр образования и профессиональной ориентации»,
Свердловская область, Верхняя Пышма
Цель работы
Большой популярностью среди обучающихся Инженерно-технической школы Муниципального автономного образовательного учреждения «Центр образования и профессиональной ориентации» пользуется творческое объединение «АЭРО» (авиа- и ракетомоделирование). Цель образовательной программы АЭРО: формирование и развитие познавательного интереса у обучающихся к современной ракетной технике, к профессиям этой области деятельности, к ракетомодельному спорту, а также развитие творческих способностей в моделировании, конструировании моделей авиационной, ракетно-космической техники.
Особый интерес для ребят представляют модели ракет спортивного класса, так как эти модели являются примерами полноценных ракет со всеми основными функциями и характерными признаками, а также позволяют участвовать в соревнованиях по ракетомоделизму различного уровня.
Однако, согласно изменениям в Правилах и Положениях о Всероссийских соревнованиях Федерации ракетомодельного спорта России, вступившим в силу в 2013 году минимальный возраст участников всероссийских соревнований должен быть не моложе 9 лет, что не позволяет обучающимся творческого объединения «АЭРО» в возрасте от 6 до 9 лет участвовать в соревнованиях.

Новизна. Исходя из вышеуказанного, проблема, решаемая при помощи данного проекта: организация соревнований по ракетомоделизму для обучающихся в возрасте от 6 до 9 лет в закрытом помещении.
Цель проекта: создание условий для организации соревнований по ракетомоделизму в закрытом помещении для возрастной группы детей от 6 до 9 лет.
Задачи проекта:
1. Создание электромагнитной пусковой установки.
2. Разработка конструкции ракет в соответствии с пусковой установкой.
3. Проведение пробных и тренировочных запусков моделей.
4. Разработка рекомендации для организации соревнований по запуску ракет малого размера в закрытом помещении для обучающихся от 6 до 9 лет.
Обзор предметной области
На сегодняшний день летающие модели ракет приводится в движение с помощью модельного ракетного двигателя (МРД) и поднимается в воздух, не используя аэродинамическую подъемную силу несущих поверхностей (как самолет),и имеют устройство для безопасного возвращения на землю. Модели изготовляют в основном из бумаги, дерева, разрушаемого пластика и других неметаллических материалов.
Кроме запуска моделей ракет с помощью МРДЭ существую модели на воздушно-гидравлическом приводе.
Ракета состоит из двух полых ступеней-секций 3 и 4, разделенных мембраной 8 из эластичного материала.
В нижней секции 3 имеется сопло 10 - в полете через него выбрасывается водяная струя. Сопло 7 верхней ступени в стартовом положении закрывается выступом мембраны 8. В головной части нижней ступени проделаны отверстия 9 - через них воздух проходит к мембране. В полые секции модели его закачивают через ниппели 2 и 5. Готовую к пуску модель устанавливают на стартовую платформу, состоящую из основания 1, захватов 12, выступа 11 и пускового рычага 13.
Теперь о том, как заправляется модель топливом - водой и воздухом. На головную часть ступени 3 устанавливается мембрана 8. Потом через сопло 10 с помощью воронки заряжается водой - примерно на одну треть емкости - нижняя ступень 3. В сопло заправленной водой секции вставляют выступ 11 стартовой платформы.
Потом заправляют водой верхнюю секцию 4. После этого ее насаживают хвостовиком на головную часть нижней секции так, чтобы выступ мембраны закрыл сопло 7.
Затем через ниппели 2 и 5 закачивают в секции велосипедным насосом воздух. Давление подбирается экспериментальным путем, причем число качков для верхней ступени должно быть чуть меньше - на два-три. Модель подготовлена к старту. Теперь можно нажать на пусковой рычаг 13, захваты 12 освободят модель, и она взлетит - за счет реактивного выброса воды из нижней ступени. После того как первая ступень отработает, стартует вторая. Происходит это из-за того, что давление в пустой ступени понижается и эластичная мембрана за счет избыточного давления в верхней секции, прогибаясь, немного приоткрывает сопло 7. В результате вода из верхней секции перетекает в герметичную полость между ступенями и давит на головную часть секции 3. Ступени разделяются, и каждая продолжает поле
Описание результатов проекта
2 этап. Разработка конструкций ракет.
В ходе работы над пусковой установкой мы пришли к выводу: для оптимальной работы электромагнитной пушки необходимо создать модель ракеты малого размера.
По опыту сборки ракет мы знаем, что любая летающая модель ракеты имеет следующие основные части:
• корпус;
• стабилизаторы;
• обтекатель;
• система спасения;
• двигатель;
• пыжи.
Корпус служит для размещения двигателя и системы спасения. К нему крепятся стабилизаторы. Стабилизаторы нужны для устойчивости модели в полете, а система спасения — для безопасного спуска модели ракеты. Двигатель - создает необходимую тягу для полета. Пыжи защищают систему спасения от сгорания. Для придания модели хорошей аэродинамической формы верхняя часть корпуса оканчивается головным обтекателем.
В нашем случае в соответствии с тем, что диаметр (d) оправки для катания ракеты составляет 11 мм - установка системы спасения будет затруднена. Так как запуск производится электромагнитной пусковой установкой, необходимость в двигателе и пыже отсутствует. Таким образом, нами сделан вывод, что для ракет малого размера, необходимых нам для оптимальной работы электромагнитной пусковой установки достаточно следующих частей (см. схема 1):
• корпус;
• стабилизаторы;
• обтекатель.
Для начала конструирования мы проанализировали способы масштабирования модели ракеты и приняли решение, что соотношение удлинения составит 1:10. Подставив данные в формулу вычисления удлинения, мы получили:
λ=d х 10,
где λ – удлинение,
d – диаметр оправки.
λ=11 х 10=110 (мм).
Однако для создания наибольшей ударной силы снаряд толкающий модель ракеты должен передавать ей ускорений сразу, поэтому к оптимальной длине корпуса, мы прибавили длину катушки (75 мм).
Для вычисления ширины заготовки корпуса ракеты мы испробовали два варианта.
1. Расчетный. Подставив данные в формулу длины окружности, мы получили:
L=πd,
где π – математическая постоянная (≈3,14)
d – диаметр оправки
L=3,14 х 11 = 34,54 (мм).
2. Практический. Обернув вокруг оправки полоску бумаги, соединив стыки, получили необходимую ширину заготовки.
Сравнив результаты и получив одинаковые размеры, мы пришли к выводу, что для конструирования ракет ребятами 6-9 лет удобнее будет практический способ определения ширины заготовки для корпуса ракеты.
Рассчитав размеры обтекателя и стабилизатора, применяя масштабирование в соответствии с используемой оправкой, мы разработали чертежную документацию. Согласно чертежу приступили к изготовлению модели ракеты малого размера.

Технология изготовления модели ракеты малого размера.
1. Корпус склеиваем в один слой из бумаги на оправке диаметром 11 мм. Волокна бумаги располагаем вдоль оправки. Заготовку оборачиваем вокруг оправки и смазываем шов шириной 3-4 мм клеем-карандашом.
2. Стабилизаторы делаем из картона или из полистирольной плитки, пользуясь шаблоном, составленным на основе чертежной документации. Вырезаем с помощью канцелярского ножа. Готовые стабилизаторы приклеивают к корпусу.
3. Обтекатель вырезаем канцелярским ножом из бумаги или пенопласта, пользуясь шаблоном, составленным на основе чертежной документации, склеиваем в виде конуса.
Соединив все части, получаем готовую модель ракеты малого размера.

3 этап. Пробные и тренировочные испытания ракеты малого размера
Тренировочные испытания были проведены с целью проверки ракет на предмет соответствия аэродинамической устойчивости и выявления оптимального веса ракеты для успешного запуска (см. таблица 1).

Таблица 1
Испытуемый образец Характеристика Вес Высота
Ракета №1 Модель, сконструированная в ходе проекта 2 г 4 м
Ракета №2 Модель, в которой обтекатель выполнен без шаблона, длина корпуса уменьшена, стабилизаторы и их расположение - изменены 1 г 2,7 м
Ракета №3 Модель, обтекатель которой рассчитан в ходе проекта, длина корпуса увеличена, стабилизаторы и их расположение - изменены 2 г 2 м
Испытания проводились на трех видах ракет. Модель ракеты, сконструированной нами в ходе проекта, показала лучший результат. Модель ракеты, с уменьшенной длиной корпуса, с измененными обтекателем и стабилизаторами, а также их расположением имела недостаточный вес, что отрицательно повлияло на её летные характеристики. Модель ракеты, обтекатель которой был создан по шаблону, составленным на основе чертежной документации, увеличенной длиной корпуса, с измененными стабилизаторами и местом их расположения показала худший результат. Модель ракеты была нестабильна в полете.
На основе этих испытаний можно сделать вывод, что сконструированная нами модель ракеты малого размера – это наилучшая модель для участия в соревнованиях.
Также в ходе летных испытаний был определен оптимальный и максимальный вес модели. Для получения оптимального результата в ходе соревнований нужно ориентироваться на массу модели ракеты 2-3 г. При превышении данного веса ракета дает низкий старт и нестабильна в полете.
Описание применимости
По итогам исследований, испытаний и экспериментов разработаны рекомендации для организации соревнований по запуску ракет малого размера в закрытом помещении для обучающихся творческого объединения АЭРО от 6 до 9 лет.
Рекомендации для организации соревнований
Участники соревнований: обучающиеся 6-9 лет
Место проведения: закрытое помещение (учебная мастерская, спортзал) высота потолков, в которых достигает 5 метров
Меры безопасности: наличие исправной электропроводки
Способ запуска ракеты: электромагнитная пусковая установка для ракеты
Технические требования к модели ракеты
Вес. Максимальный стартовый вес модели не должен превышать 3 г
Требования к конструкции
1. Конструкция модели должна выдерживать более одного полета
2. Максимальный диаметр ракеты 15 мм
3. Минимальная общая длина корпуса (110 мм)
Дальнейшее развитие проекта
Модель соревнований для младших школьников в закрытых помещениях может быть использована в любых творческих объединениях, где занимаются ракетомоделированием. Конструкции моделей ракет может быть адаптированы под образовательный процесс или конкурсное мероприятие. Сама стартовая установкалегко собирается при наличии материально-технической базы по электротехнике в учреждениях дополнительного образованиях детей или в общеобразовательных учреждениях (школах).

Информация предоставлена участником конкурса. Организаторы конкурса не несут ответственности за содержание информации о проекте.

← К списку проектов




Список всех проектов финального этапа с датами защиты

 

© Всероссийский конкурс научно-технического творчества молодежи НТТМ

E-mail: info@konkurs-nttm.ru