Előző posztban: vízrakétázásban alkalmazható új technológia: 3D nyomtatás.

Folytassuk!

Az eddigi posztokban is számos külföldi vízrakétás műhely eredményeit idéztem. A világviszonylatban (szerintem) legjelentősebb vízrakétás szervezetek:

(a) U.S. Water Rockets

Az USA-ban meghatározó szereplő: U.S. Water Rockets.

A szervezet 2003 óta tevékenykedik, de már a ’70-es évek közepétől készítettek egyebek mellett vízrakétákat. 2004 szeptemberében magassági világcsúcsot értek el. A vízrakéta mellett különös hangsúlyt fektetnek a fedélzeti elektronika fejlesztésére. Honlapjuk rendkívül informatív. Mind kezdők, mind „profik” számára is hasznos információk tárháza. Tevékenységük, eredményeik jól dokumentáltak, a YouTube-on számos videójuk érhető el.

Néhány ezek közül:

Nagynyomású vízrakéta készítése

Kilövő szerkezet készítése vezeték kötegelőből

Következő poszt: Vízrakétás szervezetek világszerte (2. rész)

Előző posztban: vízrakéta magassági csúcsok.

Folytassuk!

A 3D nyomtatás a vízrakétázásban is számos új lehetőséget nyit meg. Pl. kiválthatók korábbi, munkaigényes szerelések (pl. eltérő menetek problematikájának megoldása a Gardena rendszerű csaplem csavaros palacknyakra való csavarásakor. Megoldás: a csapelem és a palacknyak csavaros menetének egyetlen, egyedileg nyomtatott elembe való egyesítése). Ennek egy gyakorlati megoldása itt látható.

Gardena rendszerű fúvóka 3D nyomtatása
(forrás: U.S. Water Rockets)

A 3D nyomtatás ugyancsak logikus megoldás a moduláris rakétatesteket (palackmodulokat) összekötő menetes közdarab esetében. Ennek egy gyakorlati megoldása itt látható.

Moduláris rakétatesteket (palackmodulokat) összekötő menetes közdarab készítése
(forrás: U.S. Water Rockets)

A 3D nyomtatás egyedi geometriájú vezérsíkok készítésekor is előnyös lehet. Ennek egy gyakorlati megoldása itt látható.

Vezérsíkok készítése
(forrás: U.S. Water Rockets)

A 3D nyomtatás különösen vonzó az új technológiák iránt fogékony fiatal, akár gyerekkorú modellezők számára. Kifejezetten bonyolult eszközt is imponáló magabiztossággal és szinten képesek megtervezni, legyártani és bemutatni. Pl. Design/Forge nicknevű modellező gyerek amellett, hogy egy kétfokozatú rakéta 2. fokozatának indító szerkezetét 3D nyomtatással valósította meg, de a szerkezethez kapcsolódó elektronikát is magas szinten alakította ki. A mindezt bemutató kétrészes videó az alábbiakban látható.

Többlépcsős rakéta 2. fokozat indítószerkezet készítése (1. rész)
(forrás: Design/Forge)

Többlépcsős rakéta 2. fokozat indítószerkezet készítése (2. rész)
(forrás: Design/Forge)

Következő poszt: Vízrakétás szervezetek világszerte (1. rész)

Előző posztban: mértékegységek átszámítása.

Folytassuk!

A vízrakétázás külföldi példái: világraszóló magassági eredmények. Világcsúcsok, de nem hitelesítettek. Nem baj, így se semmik…

502 méter

534 méter

630 méter

És végül: 830 méter

Következő poszt: Vízrakétázásban alkalmazható új technológia: 3D nyomtatás

Előző posztban: Vízrakéta matematikai, fizikai modellje.

Folytassuk!

A vízrakéta kapcsán szükséges egyes jellemzők számszerű kifejezése. Ugyanakkor ugyanazon jellemzőt egyes esetekben kontinenseken, ill. nyelvterületeken eltérő mértékegységek jellemeznek. A következő bekezdések ezek átszámítását mutatják be.

Csőátmérő

1/8" (coll) = 9.728 mm

1/4" = 13.157 mm

3/8" = 16.662 mm

1/2" = 20.955 mm

5/8" = 22.911 mm

3/4" = 26.441 mm

7/8" = 30.201 mm

1" = 33.249 mm

Magasság

1 láb (feet) = 0.3048 méter

1 méter = 3.2808 láb

Nyomás

1 bar = 14.5038 psi (pounds per square inch)

1 psi = 0.068947 bar

Következő poszt: Vízrakéta magassági csúcsok

Előző posztban: vízrakéta fejlesztés tudnivalói.

Folytassuk!

A korábbi posztokban röviden bemutattam a vízrakéta repülésének fizikai hátterét. A 36. posztban megemlítettem a szimulációs lehetőségeket.

A vízrakéta repülésének matematikai leírása (modellalkotása) – ezzel egy szimulációs szoftver megírása – nem tűnik túl bonyolultnak. De jobban belegondolva összetett problémák körvonalazódnak.

(a) Folyamatosan változó paraméterek

A kilövés pillanatától kilövellt víz miatt folyamatosan csökken a rakéta tömege. Ugyancsak csökken a vízrakétában lévő sűrített levegő nyomása, ezzel a tolóerő. Ugyanakkor a rakéta tömegének csökkenése nyomán a rakéta kisebb tolóerő mellett is jobban tud gyorsulni. A rakétatest kialakításától függően bár igen kis mértékben, de a nyomás függvényében a rakéta keresztmetszete is változhat: a nagyobb nyomáson „felpuffadó” rakéta keresztmetszete kisebb nyomáson kisebb lehet, ezzel a légellenállását csökkentve. A súly és a tolóerő mellett a légellenállás is pillanatról pillanatra változik. Ezzel a 4. posztban már látott alábbi ábra szerinti tolóerő (pirossal jelölve), valamint a súly és a légellenállás (zölddel jelölve) viszonya – ezzel a repülés dinamikája – pillanatról pillanatra folyamatosan változik.

Vízrakéta felépítése és dinamikája
(Forrás: http://physics.stackexchange.com/questions/7340/water-rocket-physics)

A matematikai modellalkotást tovább bonyolítja, hogy induláskor és gyorsuláskor a víz egyszerre tehetetlenségi nyomatékkal rendelkező, gyorsítandó tömeg, miközben a sűrített levegő által hajtottan nagy sebességre felgyorsuló – és a felgyorsítás utáni kilövellés során a hatás-ellenhatás elvvel összhangban magas is gyorsulást előidéző – hajtó közeg.

(b) Nem lineárisan változó paraméterek

Egy dolog, hogy az előző pont szerinti paraméterek pillanatról pillanatra folyamatosan változnak, de ráadásul e változások többsége nem is lineáris. Pl. a légellenállás keresztmetszet és a sebesség négyzetével arányos (ebből következően az extrém nagy sebességű kilövési, gyorsítási szakaszban a legkisebb légellenállást a lehető legkisebb rakéta keresztmetszettel lehet elérni). A sokváltozós, nemlineáris jelenségek modellezése bonyolultabb matematika apparátust igényel.

(c) Indítócső hatásának modellezése

Mint a 32. poszt (g) pontjában írtam, az indítócső a repülés hatékonyság növelésének igen hatásos módja. Ugyanakkor a repülés dinamikája merőben másként írható le a repülés indítócsöves, majd már az indítócső elhagyása utáni szakaszában. Ráadásul az indítás folyamatában az indítócső egyre kevésbé „lóg bele” a rakétatestbe. Az indítócső térfogata meglepően nagy lehet a rakétatest térfogatához, így a víz/levegő arány számítását érdemben befolyásolja. Az indításkor az indítócsőről elemelkedő rakétatest, azaz a sűrített levegő rendelkezésére álló térfogat is folyamatosan változik. De ezzel a víz-levegő arány is folyamatosan változik. A jelzett komplex változások modellezése sem egyszerű feladat…

(d) Eltérő fizikai hatások egyidejű érvényesülése

Az indítócsöves indítás esetén a fúvóka (azaz a palacknyak) és az indítócső körül óhatatlanul van némi rés, hiszen másképpen a fúvóka rászorulna az indítócsőre, a rakéta nem tudna felszállni. Ezért az indítócső és a fúvóka közötti résen az indítócsöves szakaszban is némi víz lövell ki, ezzel – bár a „fordított pumpa” hatáshoz képest kisebb mértékben, de – némi további tolóerőt ébresztve. Ezért az indítócsöves szakaszban nem lehet tisztán csak az indítócsövet tekinteni a tolóerő forrásának: az indítócsövön keletkező domináns „fordított pumpa” hatás és a kilövellő víz másodlagos hatása együtt modellezendő.

A repülés matematikai modellezésekor a kilövés tengerszint feletti magassága sem hagyható figyelmen kívül. Miközben egy magasabb hegyen történő kilövés esetén a kisebb gravitáció hatása gyakorlatilag elhanyagolható, addig a levegő kisebb sűrűsége már nem. Nem, mert a kisebb sűrűségű levegő a rakéta keresztmetszetnek a légellenállásra, az elérhető maximális sebességre való négyzetes hatásával együtt már figyelembe veendő mértékben hat a rakéta röppálya maximális magasságára.

(e) Eltérő „üzemanyagok” (víz, vagy habos víz) hatásának modellezése

Mint korábban írtam, üzemanyagként habos víz is használható. A hab fizikai tulajdonságai (pl. sűrűsége, viszkozitása) merőben eltérnek a vízétől. Így a „vizes”, vagy a „habos” repülés modellezése is eltérő. Míg a víz, mint üzemanyag esetén a víz távozása – ezzel a tolóerő megszűnése – után a vízrakéta repülése gyakorlatilag egyszerű hajításként modellezhető, addig habos víz esetén az elhúzódó kilövellés – és emiatt a hosszabb ideig érvényesülő tolóerő – miatt más matematikai modellre van szükség.

(f) Matematikai apparátus

A fentiekből kitűnik, hogy a látszat ellenére a vízrakéta röptének fizikája, ill. leíró matematikai apparátusa nem is olyan egyszerű… Még szerencse, hogy egy „átlagos” modellező ezek részletekbe menő ismerete nélkül is nagyszerű vízrakétákat készíthet és röptethet… Akiket viszont mégis mélyebben érdekel, avagy a jelenleg létezőknél is igényesebb vízrakéta szimulátort szeretnének készíteni, azok a legátfogóbb fizikai és matematikai ismereteket ITT, ITT és ITT szerezhetik.

Következő poszt: mértékegységek átszámítása

Előző posztban: telepítési, kilövési szempontok

Folytassuk!

(a) A fejlesztés dilemmái

A vízrakéta esetében sok fejlesztési, változtatási lehetőség van. Ugyanakkor a vízrakéta esetében különösen igaz, hogy erős súlyérzékenysége miatt gyakorlatilag nincs olyan hatékonyságnövelő fejlesztési lehetőség, amelynek egyben ne lenne hatékonyságcsökkentő mellékhatása is…

Tipikus példa: a nyomásállóság növelése. Ennek logikus módja pl. az üvegszál bandázs mennyiségének növelése. A nagyobb nyomású kilövés nagyobb tolóerőt, ezzel nagyobb gyorsulást, sebességet és repülési magasságot eredményez. Viszont. A bandázs mennyiségének a növelése a vízrakéta súlyát – és ugyan kis mértékben, de a légellenállását is – növeli. Továbbá a nagyobb sebesség ugyancsak nagyobb – méghozzá lényegesen (sebesség négyzetével arányosan) nagyobb – légellenállással jár. A nagyobb súlyú és légellenállású kilövés viszont kisebb magasságot eredményez. Azaz egy jószándékú fejlesztési beavatkozás egyszerre javít is, ront is…

Vagy pl. a rádiótávirányítás révén pontosabb, optimális ejtőernyőnyitással csökkenthető a rakétatest mechanikai igénybevétele, ugyanakkor a rádióvevő, a szervó, az akku miatti súlynövekedés a rakéta hatékonyságát csökkenti. Avagy pl. a nagyobb vezérsík növeli a rakéta stabilitását, de nagyobb súlya és a nagyobb felületből adódó megnövekedett légellenállása szintén csökkenti a hatékonyságot…

Nem nagyon van tehát „mellékhatás” nélküli, abszolút javítási lehetőség. Mindig több hatás együttesét mérlegelve lehet megállapítani, hogy eredőben az adott beavatkozás javít-e, vagy netán a szándékkal ellentétben éppen nem ront-e?…

(b) A fejlesztés lépései, körfolyamata

A fenti dilemmák különösen indokolják, hogy minden fejlesztés a sikerre a lehető legnagyobb esélyt adó, rendezett keretben történjen.

Erre a legnagyobb esélyt az alábbi séma szerinti lépések adják:

Mint látható, a lépések önmagában záródó logikai sort alkotnak, mivel minden egyes lépés esélyt ad arra, hogy egy következő „körben” még jobb eredményt lehessen elérni.

Lássuk az egyes fejlesztési lépések vízrakétás vonatkozásait (a teljesség igénye nélkül).

(b1) „Gondolkodj!”

(b1.1) Fejlesztési lehetőségek

Akár a saját tapasztalatok, akár az interneten fellelhető információk bőséges lehetőséget adnak a vízrakéta kreatív kialakításához, tovább fejlesztéséhez. Kulcskérdés: hogyan lehet magasabbra, messzebbre reptetni, mindezt biztonságosan? A legjobb gondolatébresztő lehetőségek 30 pontban ITT olvashatók. Elakadás esetén inspirációért érdemes ide vissza-visszatérni…

(b1.2) Számítógépes szimuláció

Bármely fejlesztés hatásosságát a gyakorlatnak kell igazolnia, vagy cáfolnia. Szerencsére az interneten többé-kevésbé pontos vízrakéta szimulátorok is fellelhetők pl. ITT, ITT és ITT. Ezek változó képességűek és pontosságúak. A legkeményebb dió a vízrakéta röpte – mindenek előtt annak gyorsító szakasza – során változó nyomás, súly és sebesség hatásainak a matematikai modellezése.

A modellekben kisebb-nagyobb egyszerűsítések lehetnek: pl. a palackban a nyomás állandó. Nem igaz, mert a víz folyamatos kinyomásával a nyomás is folyamatosan csökken.

Vagy: a tolóerő állandó. Nem igaz, mert a nyomás – ezzel a tolóerő – a kilövés pillanatától folyamatosan csökken.

Vagy: a víz súlya állandó. Nem igaz, mert a sűrített levegő folyamatosan nyomja kifelé.

Vagy: a légellenállás állandó. Nem igaz, mert a gyorsulás, majd lassulás során a levegő ellenállása a sebesség négyzetével arányosan változik.

Ráadásul nem elég, hogy sem a súly, sem a tolóerő, sem a légellenállás nem állandó, de ráadásul egyrészt a változásaik sem lineárisak, másrészt egymásnak is függvényei.

(b1.3) Polihisztorság

A 12. posztban már címszó szerűen írtam, hogy a vízrakétázás számos tudományterületet érint. Az ezt követő posztokban ezeket kisebb-nagyobb mélységben ki is fejtettem. A jó eredményhez mindegyik szak-, ill. tudományterülettel kell valamennyire foglalkozni. Így a vízrakétázás jó lehetőség sokirányú ismeretek megszerzéséhez.

De így kitűnő közösségépítő lehetőség is, ha pl. az egyes területek iránt jobban érdeklődő, mélyebb ismeretekkel rendelkező diákok összefognak. Jó matekosnak, fizikusoknak pl. komoly kihívás lehet egy igazán jó vízrakéta szimulátor matematikai, fizikai modelljének elkészítése. Jó programozónak pedig ennek alapján leprogramozni…

Az interneten számos vízrakétás verseny látható, melyeken iskolás csapatok mérik össze tudásukat. És még akár lányok is csinálhatják… :)

Megsúgom: a legnagyobb kitartás a légtömörség és a nyomásállóság eléréséhez szükséges… A sűrített levegőt kordában tartani nem egyszerű, de kellő kitartással – és óvatossággal! – nem is lehetetlen.

(b2) „Csináld meg!”

(b2.1) Kreatív anyaghasználat

PET palackból vízrakétát készíteni abszolút nem szokványos feladat. Mi sem természetesebb, hogy az ehhez való anyaghasználat sem szokványos… Ennek jegyében lehet pl. karnisból vezérsík, vagy indítósín, ping-pong labdából orrkúp, lefolyócsőből védőtok, szemeteszsákból, vagy zuhanyfüggönyből ejtőernyő…

A fejlesztés, a problémák megoldása kapcsán fontos képesség egy adott alkalmazási területű anyagba, eszközbe belelátni annak lehetséges másik alkalmazási területét is. Pl. a gipszkarton lapok illesztésénél használt üvegszál szalagba belelátni a PET palack megerősítésre való alkalmasság lehetőségét…

Tágabb értelemben a vízrakétázás kitűnő lehetőség a kreatív gondolkodás fejlesztésére.

(b3) „Próbáld ki!”

A (b1.2.) pontban leírtak talán érzékeltetik, hogy a vízrakéta jó, vagy gyengébb eredménye mennyire komplex folyamatok eredője… Mint írtam, a jelenleg létező vízrakéta szimulátorok a matematikai/fizikai modell hiányosságai miatt csak többé-kevésbé tudnak valósághű képet adni a vízrakéta viselkedéséről. Ráadásul a vízrakéta számos eleme nem is szimulálható. Pl. valamely újfajta ragasztási eljárás, újszerű vezérsík kialakítás, új ejtőernyő anyag alkalmazása – mind-mind olyan fejlesztés, melyek eredményessége kizárólag a gyakorlatban vizsgálható.

A legfontosabb – egyben arányaiban a legkevesebb – sikerélményt adó próbafajta: a nyomáspróba… Általa szerezhető egzakt ismeret a vízrakétának felhasznált palack nyomásállóságáról megerősítés nélkül, ill. különböző kialakítású megerősítésekkel, lehetővé téve az egyes kialakítások eredményességének többé-kevésbé egzakt megítélhetőségét. A különböző kialakítású vízrakéta modulok nyomáspróbája ITT látható.

Nyomáspróbán felrobbant modul képe

A legélvezetesebb kipróbálást természetesen a kilövés jelenti. A sikeres kilövések megerősítenek, hogy valamit jól csináltál, míg a kudarcok – gondos utólagos kiértékelés esetén – információt adnak a kudarc okára.

Ejtőernyő kioldó szerkezet hibája miatt földbe csapódott vízrakéta

(b4) „Értékeld ki!”

(b4.1) Videók feldolgozása

Ha célod, hogy modelled a lehető legtovább, a lehető legmagasabbra repüljön, akkor célszerű minden egyes nyomáspróba és repülés tapasztalatait rögzítened és feldolgoznod.

Meglepő lehet, de a nyomáspróbát is célszerű videózni, mert egy esetleges villanásszerű rendellenesség – ne adj isten robbanásszerű széthasadás – helye és lefolyása is fontos tanulságokkal szolgálhat, mint pl. a 15. poszt videója, abban különösen a harmadik próba…

Amennyiben lehetséges, használd a felvevő lassított felvétel funkcióját. Ha ilyen nincs, akkor főleg hasznos, ha a felvételt kockánként egyenként nézed végig. Így volt lehetséges beazonosítani pl. a 14. poszt (2) pontja szerinti rendellenes ejtőernyőnyitás lefolyását, következményeit, végül kikövetkeztetni annak okát.

A videók elemzése nyomán megszerezhető információk:

·       A rakéta a hossztengelye körül forog-e (azaz a vezérsíkok párhuzamosak-e a hossztengellyel)?

·       A emelkedés egyenes irányú-e, avagy elhajlik-e?

·       Az ejtőernyő mikor nyit?

·       A nyomás alá helyezés során rakétatest mily mértékben „puffad” fel?

·       A nyomás alá helyezés során hallatszik-e rendellenes hang, ill. látszik-e valahol szivárgás?

(b4.2) A sikertelen nyomáspróbák eredményeink feldolgozása

Egy sikertelen nyomáspróba „eredménye” általában egy kisebb-nagyobb mértékben sérült nyomásálló (?) rakétatest. Vigyázat! Nem szemét! Értékes információforrás! A levegőszivárgás helye minden esetben megkeresendő és a palack sérülése gondosan elemzendő!

A magam praxisában pl. kezdetben a több összeragasztott modul esetében a ragasztási hely közvetlen közelében a PET palack anyaga pikkelyesen kihasadt, ezzel a légtömörség megszűnt. Jó hír volt, hogy nem a ragasztás hasadt, tehát a Loctite 406 jól működött… :) De rossz hír volt, hogy nagyobb nyomáson a PET modul palástján a ragasztás közelében az erők nem egyenletesen oszlanak meg, ami a hasadáshoz vezetett. A ragasztás környékének a tehermentesítésére, az erők egyenletesebb elosztására több kísérlet után a 20. poszt (t) pont szerinti tehermentesítés, azaz tengelyirányú erősítő PET csíkok ragasztása jelentett megoldást.

A próbák sok-sok kudarccal járnak… A vízrakéta roppant erőhatásai és komplex hatásmechanizmusai a gyakorlatban néha a legjobb remények ellenére kudarcot eredményeznek. De minden kudarc egyben a (b) pont szerinti fejlesztési körfolyamat következő „köréhez” fontos bemeneti adat!

(b4.2) A repülések adatainak táblázatos összefoglalása

Fejlesztéseid hatékonyságának megítélhetőségéért hasznos lehet az egyes repülések adatainak táblázatos rögzítése. A rögzítendő adatok célszerű minimális köre:

·        A vízrakéta „típusa”, ill. egyéb azonosító jellemzői (pl. fúvóka „típusa”/mérete)

·        A kilövés helye, ideje

·        A vízrakéta nettó – azaz „üzemanyag” nélküli – súlya

·        A nyomásálló rakétatest térfogata

·        Az "üzemanyag” térfogata és jellemzője (víz, vagy habos víz)

·        A kilövési nyomás

·        Az indítócső átmérője és hossza (ha van)

További célszerű adatok repülési adatrögzítő használata esetén:

·        A max. repülési magasság

·        A "hajtómű” működési ideje

·        A max. gyorsulás és sebesség

Az adatokat elemezve vonhatók le következtetések a további fejlesztésekhez.

Következő poszt: vízrakéta matematikai, fizikai modellje

Előző posztban: indítófej palacknyak fúvókához indítócsővel.

Folytassuk!

A vízrakéta biztonságos kilövés alapvető követelményeiről a 16. posztban írtam. Ezek mellett az alábbiakat is célszerű figyelembe venni.

(a) Az indítóállvány elhelyezése

A kilövés helyszíne nem mindegy, mert a sok munkával elkészített vízrakéta akár el is veszhet (mert pl. elérhetetlen magasságban fennakad egy fán). Ezért célszerű nagyobb szabad területet választani.

Szélcsendben ferde irányú kilövés esetén a kilövés irányában legalább akkora hely legyen, mint a becsült repülési magasság. Szélcsendben és függőleges kilövés esetén körkörösen legyen kellő szabad térség. Szél esetén a szél irányában 2x-3x nagyobb szabad térség szükséges.

A kilövés és/vagy a szél irányában ne legyen ház, járda, út.

A házak között utcán kifejezetten veszélyes lehet vízrakétázni, mert a kilövéskor ablak törhet, a visszatéréskor pedig ember sérülhet, autó rongálódhat…

(b) Az indítóállvány irányzása

A kilövés iránya a kilövőállvánnyal tartható legjobban kézben. A biztonság, a jobb irányozhatóság érdekében gyerekek, több érdeklődő esetében a vízrakétákat célszerű ferdén (a vízszinteshez képest kb. 60°-ban) irányozni és a gyerekeket, az érdeklődőket az ellenkező irányba állítani. Ferde kilövésnél a minél nagyobb távolságra történő repülés lehet cél.

Nagyobb teljesítményű vízrakéta, ill. a lehető legnagyobb magasság elérése esetén a kilövést célszerű függőleges irányzással végezni. Ezesetben fokozottan figyelembe kell venni a szél irányát és sebességét.

Erős szél esetén a függőleges helyett némileg széllel szembeni ferde irányzás is szóba jöhet. De ez nyilván az elérhető magasság rovására megy.

(c) A kilövés időzítése

A vízrakétázás szezonja alapvetően nyáron, meleg időben van. A vízrakéta zavartalan repülése, lehető a legnagyobb távolság/magasság elérése szempontjából a szélcsend az optimális. Szélben is lehet vízrakétázni, de ekkor sokkal többet kell gyalogolni a messzebbre leesett vízrakéta után… :)

Nyáron a Nap melegítő hatása miatt erőteljes felszálló légáramlatok indulnak, melyek a talajszinten is változó, kiszámíthatatlan áramlásokat okozhatnak. Szélcsendre, vagy minimális szélre a legnagyobb esély kora reggel, alacsony napálláskor van.

(d) A vízsugár hatása

Kilövéskor a vízrakétából hatalmas erővel vízsugár lő ki, mely talajt érve földet, homokot, sarat ver fel, indítófejet szennyez. A felverődés egyrészt a kilövőszerkezet légtömörsége szempontjából kockázatos, másrészt különösen a Gardena rendszerű csatlakozók bizonytalan működését, akadását okozhatja.

Megoldás: az indítóállvány alá terített PVC lepedő. Használatával indításkor a kilövellő vízsugár a talaj helyett a lepedőt éri, így nem történhet felverődés, nem képződhet sár…

Következő poszt: vízrakéta fejlesztése

Előző posztban: indítófej Gardena rendszerű fúvókához indítócső nélkül és indítócsővel.

Folytassuk!

(c) Indítófej 22 mm-es palacknyak fúvókához, indítócsővel

Mint a 24. poszt (c) pontban írtam, míg a Gardena rendszerű indítószerkezet a kilövésig önmagában is légtömör módon biztosítja a vízrakéta rögzítését, addig a palacknyakas fúvóka esetén ehhez az általunk készítendő külön légtömör rögzítő szerkezet szükséges. A palacknyak fúvóka belső átmérője 22 mm. 20 mm-es indítócső esetén a fúvóka kitöltöttsége 82%-os (tehát a fúvókaként használt Gardena rendszerű csapelem 79%-os kitöltöttségéhez képpest kicsivel jobb).

Palacknyak fúvóka esetén az indítócső állandó alkalmazása „adja magát”, mivel az egyedi elkészítés miatt lényegesen nehezebben lenne megvalósítható az indítócső rugalmas be/kiszerelhetősége.

Nyomás alá helyezéskor a légtömörség biztosítása jóval nehezebb, mint a gyárilag légtömör Gardena rendszerű tömlő- és csapelem esetében. Mindkét esetben a légtömörség kulcseleme: a vízcsapok tömítéséhez alkalmazott ún. O-gyűrű.

Egy egyszerűbb kialakítás ITT látható.

Egyedi elkészítés esetén a légtömörséghez kulcsfontosságú a megfelelő leszorító erő és az alkalmas geometria.

·       A leszorító erő fontos, mert a palackba kerülő sűrített levegő nagy erővel igyekszik kifelé utat találni. Ennek ellensúlyozásához legalább akkora ellenerő szükséges.

·       „©” Az alkalmas geometria is fontos, mert az O-gyűrűnek a légtömörség biztosítására egyszerre kell hézagmentesen az indítócsőre és a fúvókára simulnia. Ehhez olyan fúvóka geometria kell, mely a tengelyirányú leszorító erőt részben befelé, az indítócső tengelye felé irányuló erővé képes átalakítani. Ezt a palackszáj (mint fúvóka) 45°-os belső peremezése képes megvalósítani.

Erőhatások 45°-os peremezésű palackszáj esetén.
A palacknyakat (mint fúvókát) az indítóállványra szorító erőt (kék nyilak) a ferde perem az O-gyűrűnek adja át – részben befelé, az indítócső irányába, részben lefelé, a tartó váll felé szorítva. Ezzel a légtömörség három illesztési vonalon is biztosított, ráadásul úgy, hogy a 45°-os perem miatt az O-gyűrű elmozdulása is kizárható.

45°-os belső peremezésű fúvóka egyszerűen, bicskával készíthető. A palackszájhoz képest 45°-os szögben tartott bicskával a palackot forgatva a perem kifaragható. Végül a kifaragott perem aprószemcsés dörzspapírral simára csiszolandó.

45°-os belső peremezésű fúvóka készítése bicskával

A 22 mm-es palacknyak fúvókás, indítócsöves indítófej szerkezeti alapja ugyanúgy az indítósín alu zártszelvényébe csúsztatható profil, melyre a palacknyakas indítószerkezetet tartó platform támaszkodik.

Nagyobb fúvókaméret, nagyobb leszorító erő (és ebből következően a kioldáshoz szükséges jóval nagyobb erő), valamint az állítható pozíció szükségessége miatt a palacknyakas indítófej tartószerkezete jóval robosztusabb és bonyolultabb, mint a Gardena rendszerű esetén.

Az általam kifejlesztett indítófej jellemzőit az alábbi képek mutatják be.

Vízrakéta Indítófeje 20 mm-es indítócsővel

Látható, hogy alapvetően alumínium szerkezet, jellemzően L és U profilokból. Állíthatóságát csavarorsók és jellemzően szárnyasanyák biztosítják. A rozsdásodás megelőzésére az alumíniumon kívüli a szerelvényeket is lehetőleg a rozsdamentes acél anyagúak közül célszerű választani.

Az indítószerkezet részletesebben:

Indítószerkezet elemei: alapkeret (sárga jelölés), 1. szorító/indító karom (kék jelölés),
2. szorító/indító karom (barna jelölés)

Az alapkeret egyszerre szolgál az indítószerkezet tartására, az 1. és 2. szorító/indító karom, valamint a sűrítettlevegő cső rögzítésére.

Az indítószerkezet elemei: az 1. szorító/indító karmot szárnyasanyával szabályozható erővel a palacknyakra szorító, vízszintes tengely körül elfordulni képes tartószerkezet (sárga jelölés), 1. a szorító/indító karom forgástengelye (kék jelölés), a tengelyt tartó – és a kettős csavarorsós megtámasztás révén a tengelyt mind felfelé, mind oldalirányban rugalmasan pozícionálni képes – szerkezet (barna jelölés)

Az indítószerkezet elemei: a 2. szorító/indító karom (kék jelölés) csavarorsókkal (sárga jelölés) szabályozhatóan támaszkodik az indítófej hátsó – az indítósínhez csatlakozó - tartójához, melyre szerelt vízszintes tengely körül el tud fordulni. A szerkezet ellentart az 1. karomnak is, mely a palacknyakat indítósín irányába (is) nyomja.

Az indítószerkezet elemei: a 2. szorító/indító karmot szárnyasanyával szabályozható erővel a palacknyakra szorító, vízszintes tengely körül elfordulni képes tartószerkezet (sárga jelölés)

A 2. szorító/indító karom szárnyasanyás leszorítása és tartószerkezete

A szorító/indító karmok kioldása: kilövéskor az 1. szorító/indító karmot a palacknyakra szorító tartószerkezetet (sárga jelölés) kötéllel elrántva az 1. szorító/indító karom alátámasztása megszűnik, ezzel a palacknyak leszorítása is megszűnik, a palacknyak szabaddá válik. Az 1. szorító/indító karom tartószerkezete a rá szerelt kereszttartóhoz rögzített láncokkal csatlakozik (kék jelölés) a 2. szorító/indító karmot a palacknyakra szorító tartószerkezethez. A láncok révén az 1. szorító/indító karom oldásával egyidejűleg a 2. szorító/indító karom is kiold, így a palacknyak leszorítás mindkét oldalról megszűnik, ezzel a vízrakéta elindulhat.
A piros spárga a kioldást – ezzel a vízrakéta akaratlan kilövését – megakadályozó reteszelő elemhez tartozik. A reteszelő elemet csak a kilövési előkészületek végén célszerű kihúzni.
Nyomáspróba alkalmával a reteszelő elem szigorúan a helyén tartandó!

A szorító/indító karmok kioldása: a jelentős leszorító erő miatt kilövéskor erő, lendület kell szorító/indító karmok kioldásához. Ezt az 1. szorító/indító karom támasztó szerkezetéhez tartozó hosszú – nagy ún. erőkart biztosító – csavarorsó (barna jelölés) támogatja. A kioldó zsineg ennek a végén lévő nyílásba kerül beakasztásra.

A kilövő szerkezet további elemei: sűrített levegő csövek (sárga jelölés), sűrített levegő tömlő csatlakozás (barna jelölés), lefúvató szelep (kék jelölés)

A sűrített levegő csövezés részben műanyag (Loctite 406 ragasztóval egymáshoz ragasztott) vízvezeték csőből és idomokból, valamint horganyzott vas idomokból áll. Valamennyi menetes csatlakozás légtömörsége teflon szalagos szigeteléssel is megerősített. Lefúvató szelepként közönséges kerti csap is megfelel. Ennek a fogantyújára egy második zsineg rögzítendő, mely rendellenesség, veszély esetén a nyomásmentesítést (lefúvatást) anélkül teszi lehetővé, hogy magunkat veszélyeztetve kelljen a nyomás alatti vízrakéta közelébe menni… A két zsinegnek célszerű eltérő színűnek lennie, nehogy kilövés helyett akaratlan lefúvatás, vagy pláne lefúvatás helyett kilövés legyen… :)

Kifejezetten nagy nyomású vízrakétához való indítófej (és állvány) ITT látható. Rugalmasan módosítható indítófej ITT látható. Távirányított szorító/indító karom kialakítása ITT látható.

A 20 mm-es indítócső használatáról lásd még a 24. poszt (d) pontban írtakat.

Következő poszt: telepítési, kilövési szempontok

* Interneten elérhető megoldásoktól időnként kényszerből (pl. mert itthon beszerezhetetlen anyagra lett volna szükség), máskor meg saját elhatározásból (pl. mert adott mozzanatra szerintem jobb ötletem volt) eltértem. Ezeket félig-meddig tréfásan copyright karakterrel és "meghódítandó" ég kékjére utaló háttérszínnel jelölöm.

Előző posztban: indítóállvány.

Folytassuk!

Mint a 24. posztban írtam, vízrakétához reálisan 9 mm-es Gardena rendszerű és 22 mm-es palacknyak fúvóka jöhet szóba. Eltérő méretük és kialakításuk miatt ezekhez két különböző indítófej szükséges.

(a) Indítófej Gardena rendszerű fúvókához

Az indítófej kulcseleme a Gardena rendszerű tömlőelem (mint indítószerkezet) és csapelem (mint fúvóka). A csapelem belső átmérője 9 mm.

A kilövés hatékonyságának a növelése érdekében a 32. poszt (g) pontban írtak alapján célszerű indítócsövet is alkalmazni. Ugyanakkor természetesen az indítófej indítócső nélkül is készülhet, működőképes.

Egy egyszerűbb, indítócső nélküli kialakítás ITT látható.

Az általam használt igényesebb, alumínium profilokból készült indítóállvány indítófejének szerkezeti alapja az indítósín alu zártszelvényébe csúsztatható profil, melyre támaszkodik a Gardena rendszerű indítószerkezetet tartó platform.

A kioldáshoz akár az előző videóban látható, tengelyirányban oldható tömlőelem, akár a forgatással oldható ún. átmeneti tömlőelem is alkalmazható. Az előbbi esetében a kioldófejen gondoskodni kell a vízszintesen csatlakozó kioldózsinór függőleges irányba való fordításáról (hogy a függőlegesen álló tömlőelem kioldható legyen), valamint a kioldózsinórnak a tömlőelem tengelyirányban elmozduló fejrészén való rögzítéséről (pl. csigamenetes csőszorító bilinccsel).

Az általam használt indítóállvány indítófején forgatással oldható átmeneti tömlőelemet alkalmazok, mivel ez ¾”-os menetes csőcsatlakozást tesz lehetővé, mely nagyban segíti az alábbiak szerinti szerkezet kialakítását.

Gardena rendszerű, forgatással oldható ún. átmeneti tömlőelemhez,
mint fúvókához alkalmas indítófej mechanikai kialakítása

Az átmeneti tömlőelemre a villanyszerelésben használatos műanyag vezeték kötegelőkkel L-idom rögzíthető. A kioldó zsineg ehhez csatlakoztatható.

Az átmeneti tömlőelem ¾”-os menetes csatlakozójához a vízszerelésben használatos ¾”-¾” csőcsatlakozót csavarozva az átmeneti tömlőelem az indítófej alumínium lemezéhez rögzíthető.

(b) Indítófej Gardena rendszerű fúvókához, indítócsővel

„©”* Az indítócső Gardena rendszerű tömlőelembe való építése Gardena rendszerű csatlakozóelemmel lehetséges. A 8 mm átmérőjű cső (pl. alumíniumból) egyik végét célszerű felperemezni 9 mm-es átmérőre, hogy feszesen illeszkedjen, sőt be legyen szorítható a 9 mm-es belső átmérőjű csatlakozóelembe. A befeszítés után az indítócső peremét és a csatlakozóelem belső felületét célszerű légtömör módon rögzíteni (Loctite 406 ragasztóval).

Peremezett alumínium cső összeépítése Gardena rendszerű csatlakozóelemmel

„©” Az indításra szolgáló átmeneti tömlőelemet az indítófej alumínium lemezéhez rögzítő ¾”-os csatlakozó cső alsó végéhez is célszerűen átmeneti tömlőelem csavarozandó. A fentiek szerinti peremezéssel a csatlakozóelembe légtömör módon rögzített indítócső alulról átdugandó az átmeneti tömlőelemekből és a csőcsatlakozóból álló indítószerkezeten.

8 mm-es indítócső átdugása a 9 mm-es Gardena rendszerű átmeneti tömlőelemekből
és csőcsatlakozóból álló indítószerkezeten

Az indítócsővel együtt a helyére pattintott csatlakozóelemhez csatlakoztathatók alulról a sűrítettlevegő ellátást és lefúvatást biztosító szerelvények. Ezek csavaros vízvezeték szerelvényekből pl. az alábbiak szerint építhetők össze:

Sűrítettlevegő ellátást és lefúvatást biztosító szerelvények

Mint látható:

·       az összeépített szerelvények átmeneti tömlőelemmel csatlakoztathatók fentiek szerint az indítószerkezethez,

·       a sűrítettlevegő ellátás csöve csapelemmel csatlakoztatható,

·       a lefúvatás lehetősége pedig közönséges kerti csappal biztosítható.

A fenti kialakítással gyári – tehát biztonságos és légtömörséget garantáló! – elemekkel biztosítható a 8 mm-es indítócső összeépítése a Gardena rendszerű tömlőelemmel.

Gardena rendszerű, indítócsöves indítófej fő szerkezeti elemei

Összeszerelt Gardena rendszerű indítófej

Az indítófej kialakítása során alkalmazott átmeneti tömlőelemek révén – attól függően, hogy peremezett alumínium csővel szerelt, vagy anélküli Gardena rendszerű csatlakozóelemet alkalmazunk – az indítófej néhány mozdulattal akár indítócső nélküli, akár indítócsöves kilövésre is alkalmassá tehető.

A 8 mm-es indítócső használatáról lásd még a 24. poszt (d) pontban írtakat.

8 mm-es indítócső esetén a 9 mm-es fúvókanyílás kitöltöttsége – azaz a fúvóka keresztmetszetből indítócső által „lefedett” terület aránya – 79%.

Következő poszt: indítófej (2. rész).

* Interneten elérhető megoldásoktól időnként kényszerből (pl. mert itthon beszerezhetetlen anyagra lett volna szükség), máskor meg saját elhatározásból (pl. mert adott mozzanatra szerintem jobb ötletem volt) eltértem. Ezeket félig-meddig tréfásan copyright karakterrel és "meghódítandó" ég kékjére utaló háttérszínnel jelölöm.

Előző posztban: sűrített levegő előállítás lehetőségei.

Folytassuk!

(a) Egyszerű kivitel: indítás kézből

Mint 10. posztban bemutattam, kilövés legegyszerűbb módja kerékpárpumpával, kézből, pumpa szelepét használva. Pumpa szelepe egyben lefúvatás lehetőségét is biztosítja.

Kézi indítás esetén indítóállvány feladatait kéznek kell ellátnia. Értelemszerűen e kilövési mód fokozott gondosságot igényel. Fokozottan óvakodni kell túlpumpálástól, hiszen nyomásálló rakétatest esetleges robbanásszerű széthasadása közelség miatt könnyebben okozhat sérülést. Emellett kézben tartva iránytartás is bizonytalanabb, azaz nagyobb esély van közelben álló érdeklődő eltalálására…

Fokozott gondosság mellett javasolt kisebb nyomás (max. 2 bar) alkalmazása.

(b) Bonyolultabb kivitel: indítás egyszerű indítóállványról

Ugyancsak 10. posztban bemutattam egyszerű, karnisból készült indítóállványt. Kilövés irányának előzetes meghatározhatósága, kilövés alatti tartása és kilövés helyétől való néhány méteres távolság miatt mindenképpen biztonságosabb megoldás, mint kézből való kilövés. Így kellő gondosság mellett nagyobb nyomás is megengedhető. Magam ilyen állványról 10 bar nyomású kilövéseket is végeztem.

(c) Igényesebb kivitel: nagyobb teljesítményű vízrakéták indítása

Nagyobb teljesítményű vízrakéták teljesítményét és biztonságát megfelelő indítóállvány is képes jelentősen növelni (pl. indítócső – bővebben lásd (g) pontban – révén). Célszerűen moduláris kialakítás mellett indítóállvány rugalmasan konfigurálható különböző méretű, teljesítményű vízrakétákhoz – játék kategóriától egészen komolyabb magasságokra képes, nagynyomású rakétákig.

Továbbiakban lássuk igényesebb kivitelű indítóállvány tudnivalóit.

(d) Indítóállvány feladatai

·       Rakéta irányban tartása, főleg gyorsulás kezdeti szakaszában, mikor vezérsík stabilizáló hatása még kevéssé érvényesül.

·       Nyomás alá helyezés alatt légtömör csatlakoztatás biztosítása, majd ennek kioldáskor pillanatszerű oldása.

·       Esetleges rendellenesség, veszélyhelyzet esetén nyomás gyors lefúvatásának biztosítása.

(e) Indítóállvány kialakítás szempontjai

·       Sokféle rakéta- és fúvóka méretre, kialakításra tekintettel indítóállványnak célszerű modulárisnak, rugalmasan „konfigurálhatónak” lennie.

·       Legyen stabil, de szállíthatóság érdekében összecsukható és könnyű. Bár nem olcsó, de szilárdsága, könnyű megmunkálhatósága és kisebb súlya miatt célszerű Alu profilok alkalmazása.

·       Legyen gyorsan össze- és szétszerelhető.

·       Legyen fém „tüskékkel” talajhoz rögzíthető.

·       Kilövéskor fúvókához csatlakozó szelep legyen könnyen, kis erővel nyitható.

(f) Moduláris indítóállvány fő elemei

·       Tartóállvány. Feladata kitámasztott és talajhoz rögzített lábak révén stabil, mégis könnyen telepíthető támaszt adni indítóállvány többi elemének.

Alumínium tartóállvány talppal és két kitámasztó lábbal

Kitámasztó lábak csuklós kapcsolata tartóállvány függőleges tartóeleméhez.
E csuklók hivatottak biztosítani kitámasztó lábak rugalmas állíthatóságát
mind szállításkor (összecsukva), mind kilövéskor (kinyitva és rögzítve)

Indítóállványnak el kell viselnie kilövés pillanatában fúvókából hatalmas erővel kiáramló vízsugár erejét is.

Kilövés ereje állványt egyrészt földbe „sajtolta”, másrészt alu tartóelemét eltörte
Forrás: https://www.youtube.com/watch?v=WoQSL4cGDAk

Károsodás megelőzésére tartóállványra egyrészt „talpat” célszerű szerelni, másrészt gondoskodni kell indítófej stabil alátámasztásáról.

·       Indítósín. Feladata vízrakéta megtámasztása vízzel való feltöltés, majd nyomás alá helyezése alatt, végül gyorsuló rakéta irányban tartása kilövéskor.

Indítósín kialakítása (vége felöl nézve)
Kilövéskor vízrakéta T-profilú csúszó talpa alumínium zártszelvényre szerelt
két L-idom közötti résben csúszik végig

·       Indítófej. Feladata komplexen biztosítani többféle méretű és fúvókakialakítású vízrakéta légtömör csatlakozását, sűrített levegővel való feltöltését, kilövéskor pillanatszerű leválasztását, szükség (rendellenesség, veszély) esetén lefúvathatóságát.

Indítófej 22 mm-es (palacknyak) fúvókájú vízrakétához
(lásd később bővebben)

Modularitás mindenekelőtt indítófejek cserélhetősége esetében előnyös: mind Gardena rendszerű, mind palacknyakas fúvókához való indítófej ugyanazon tartóállvánnyal és indítósínnel építhető össze indítóállvánnyá.

Rugalmas konfigurálhatóság mellett modularitás lehetővé teszi egyes modulok önálló fejleszthetőségét is.

(g) Indítócsöves indítófej

Indítócső további eszköz nagyobb rakéták kilövési hatékonyságának növelésére.

Lényege: rakétatestbe fúvókán keresztül cső nyúlik. Vízrakéta egyfajta „fordított pumpaként” működik. „Igazi pumpa” fogantyújának lenyomása során levegőt sűrítünk. „Fordított pumpa” esetén sűrített levegő indítócsőre „támaszkodva” rakétát felfelé tolja. „Fordított pumpa” hatása nagyobb, ha indítócső lehető legjobban belenyúlik rakétatestbe (azaz indítócső lehető leghosszabb), illetve fúvóka és indítócső közötti rés (azaz légveszteség) lehető legkisebb.

Indítócső további előnye, hogy csővég magasabban van, mint vízrakétában feltöltés után lévő víz szintje. Ez fontos, mert így nyomás alá helyezéskor sűrített levegő nem tudja víz egy részét visszanyomni flexi csőbe. Ezzel kilövés hatékonyabb.

Következő poszt: indítófej (1. rész)