Na obrázku je typický, nejjednodušší model rakety, který se skládá z těchto sedmi nejzákladnějších částí :   

    1. Hlavice -  Uzavírá trup na přední části. Měla by být navržena tak, aby kladla co nejmenší odpor při letu rakety.

    2. Trup - Základní součást rakety, která vždy nese ostatní díly. Některé součásti, (padák,
        motory, mot. lože, přístroje) jsou umístěny uvnitř trupu.
   
   
3. Návratné zařízení - Zajišťuje bezpečné přistání rakety na zem. Obvykle se používá padák
        nebo brzdící stuha (streamer).

    4. Vodítko - Umožňuje odstartování modelu rakety ze startovací (nejčastěji tyčové) rampy.
        "Vede" model po rampě než začnou působit stabilizátory, které zajišťují stabilní let modelu.

    5. Stabilizátory - Jsou umístěny na zadním konci trupu (u vícestupňové rakety i na konci
       příslušného stupně) a stabilizují let rakety po opuštění rampy.

   6. Motorové lože - Přidržuje raketový motor v trupu rakety a přenáší tah motoru na model.

    7. Raketový motor - Uděluje modelu patřičnou sílu (tah - který se zpravidla udává jako celkový
       impuls  v Ns tzn. Newton za sekundu) aby překonal zemskou přitažlivost. Na něm
       především závisí výkon modelu.

 

 

1. Hlavice 

 

     Při návrhu tvaru hlavice modelu rakety, musíme převážně dbát na dobré aerodynamické řešení. 
  


Tvary hlavic rakety podle a jejich koeficientu odporu(Cx): A = 0.05, B = 0.1, C = 0.2, D = 0.2, 
                                                                        E = 0.34, F = 0.9, G = 1.0


Vhodné typy hlavic pro modely raket

    Nejméně náročná na výrobu je kuželová hlavice. Nejlepší vlastnosti má však tvar ogiválu. A to v poměru 3 : 1 a více (viz. obr. 1). Konec ogiválu je vhodné zakončit ještě malým rádiusem (r) pro dosažení ještě menšího aerodynamického odporu. Ogivál je v podstatě kruhová výseč a také se tak počítá.


Vliv poměru ogivální hlavice na koeficient odporu Cx

                
Nákres ogiválu L - delka D - průměr hlavice           Nákres kruhové výseče o poloměru R

   kde    
Vzorec pro výpočet bodů šablony


Vzorec pro výpočet poloměru zaoblení čelního hrotu (r)

   Pro zhotovení přesné ogivální hlavice je nutné vyrobit dotykovou šablonu. K její výrobě nám postačí kousek kartonu nebo duralového plechu. Narýsujeme si podélnou osu 'x' a na ní, nejlépe po deseti milimetrech, narýsujeme kolmice, na které budeme nanášet hodnotu 'y', kterou si předem podle uvedeného vzorce spočítáme a zaneseme do tabulky. Po té si na tomto místě uděláme jamky důlčíkem, které spojíme křivkou podle křivítka. Nahrubo vyřízneme nebo vystřihneme a načisto dopilujeme.  

  Příklad tabulky pro šablonu na zhotovení hlavice o průměru D 45 mm, délku L 160 mm a poloměru R 900.      

x

0

15

30

45

60

75

90

105

120

135

150

165

180

y

22.5

22.4 

22 

21.4

20.5

19.4 

18 

16.4

14.5 

12.3

9.9 

7.3 

4.3

r = 5 mm
    (tento ogivál se používal na raketě ASTRA 01) 

  Pro usnadnění výpočtu jsem vám připravil jednoduchý program :-) zde. Výroba hlavice je popsána v další kapitole. (zde)

 

 

2. trup 

  Tvar trupu rakety je většinou válec. Nejčastěji se používá tenkostěnná papírová trubka. Může se použít i PVC či laminátová. Postup výroby je popsán v další kapitole. (zde)

3. návratné zařízení 

   

  Návratné zařízení umožňuje bezpečný návrat modelu na zem. Oblíbený a u  menších modelů často používaný je streamer tzn. brzdící stuha. Nejčastěji se zhotovuje z papíru, textilu nebo různých fólií. Pro větší účinnost se skládá do harmoniky. Nejsnadněji a nejdostupněji se dá zhotovit z krepového papíru. Ten ale bohužel nelze skládat, ohyb na něm nedrží, to ale až zas tak nevadí. Výborně postačí u malých modelů do 20 Ns. Konec streameru je vhodné vyztužit čtvrtkou, nebo křídovým papírem, do kterého vlepíme hrazdu nejlépe z bambusové špejle (o  průměru 1 až 1.5 mm), na kterou navážeme nit. Viz. nákres. Streamer se zhotovuje zpravidla v poměru 1 : 10 (šířka - délka). 


Nákres streameru 

 

  Pro větší modely budeme k bezpečnému návratu používat vždy padák. Výroba je popsána v další kapitole. (zde)


Hedvábný půlkulový padák o průměru 1 m

 

 

4. Vodítko 

   Vodítko se zpravidla vyrábí z tenkostěnné papírové, hliníkové či plastové trubičky. Na malý model postačí jedno delší. Pro větší model je nutné použít dvě až tři startovací vodítka. Je nutné, aby bylo dokonale přilepeno, nejlépe rychleschnoucím epoxidovým lepidlem, jinak hrozí havárie při startu rakety ! Vodítko musí mít vždy větší průměr (asi o 1 mm) než průměr rampy, aby po ní lehce klouzalo.
      Další možností je vyrobit vodítko ve tvaru "T" a podle toho postavit startovací zařízení s lištou stejného tvaru. viz. nákres. 


Nákres vodítka typu "T"


Věžová rampa s vodící lištou typu "T"


Výkres vodítka k raketě ASTRA 01

      

Raketu lze vypouštět i bez vodítek pomocí tzv. dotykové rampy, která je popsána (zde).

 

5. Stabilizátory 

       Při návrhu samostatné konstrukce modelu rakety se snažíme umístit stabilizátory co nejvíce vzadu. Jsou buď tři, (po 120-ti stupních) nebo čtyři (po 90-ti stupních). Větší počet stabilizátorů nijak stabilitu nezlepší, spíše naopak. Zvětší se totiž váha zadní části rakety a zvýší se aerodynamický odpor. Větším počtem stabilizátorů se zvětšuje i jejich čelní plocha (tloušťka materiálu ze kterého jsou vyrobeny) a odpor vzduchu vzrůstá.
     Pro zajištění stability modelu má hlavní význam tvar a plocha stabilizátorů.


Vhodné tvary stabilizátorů - šipky značí směr let dřeva (balsy)

  

        Pro pochopení funkce stabilizátorů si musíme trochu probrat co se s raketou za letu děje. 

  Stabilita modelu rakety: 

         K odstartování modelu rakety je nutná startovací rampa, která usměrní model tak, aby zachoval kolmý směr, než získá potřebnou rychlost ke stabilnímu letu. Po opuštění rampy musí model rakety pokračovat ve stabilním letu automaticky. K tomu je potřeba stanovit především váhové těžiště modelu (značí se CG - Centre of Gravity), a těžiště aerodynamických sil (dále jen CP - Centre of Pressure). Je dobré ho stanovit již předem při návrhu a konstrukci modelu.
     Na obr.2 jsou znázorněné síly, které působí na model rakety při letu. V podélné ose působí tah raketového motoru směrem vzhůru a opačným směrem působí odpor  vzduchu a gravitace.  Kolem podélné osy model rakety rotuje vlevo nebo vpravo, pokud jsou jeho stabilizátory nařízeny do rotace předem, nebo jsou řízeny na dálku. Výkyvy od podélné osy, pokud nejsou řízeny,  jsou nežádoucí a jsou znakem nestabilního letu. Stabilní model rakety musí i za působení vnějších sil (boční vítr), pokračovat i po vychýlení opět v přímém směru.

                                                   
                                      Obr. 2                                                                  Obr. 3 Umístění těžišť   
               Síly působící na model rakety za letu:                                    ( A, B - špatně; C - správně) 
    ( T - tah motoru, O - odpor, V - výkyvy, R -rotace)          

     Řekli jsme si již, že stabilní let rakety ovlivňuje vzájemná poloha váhového a aerodynamického těžiště. CG - je myšlený bod, v němž je soustředěna váha celého modelu. CP - pak myšlený bod, v němž jsou soustředěny aerodynamické síly působící na model rakety při letu vzduchem.
    Pro dodržení stabilního letu modelu rakety je nutné, aby CG bylo vždy umístěno před CP. Jejich poloha musí být volena tak, aby proud vzduchu, který obtéká model za letu, mohl vyvolat dostatečný stabilizující účinek. viz. obr. 3. 
    Model rakety, tak jako vlastně každé volné těleso v prostoru se otáčí nebo vykyvuje ve vzduchu kolem váhového těžiště - CG. Začne-li na model za letu působit nějaká síla mimo jeho CG, bude se snažit, aby uvedla model do otáčivého pohybu. Síly, které mohou způsobit otáčení modelu kolem jeho CG, jsou rozmanité. Může to být boční vítr, nesouměrný tlak vzduchu na hlavici modelu, tlak vzduchu na vodítko, jímž je model veden po rampě, pokroucené stabilizátory, vliv šikmého výtoku plynů z trysky motoru, šikmo nebo mimo osu uložený raketový motor, nesymetrické profilování celého modelu atd.  Je samozřejmé, že některé z těchto sil působí vždy a na každou raketu. Všechny rakety proto musí být konstruovány tak, aby byl vliv těchto sil omezován. Není-li raketa takto konstruována, převrací se za letu a neudrží směr daný rampou. 
     Téměř všechny modely raket jsou stabilizovány proudem vzduchu, který je obtéká při letu. Při řešení dobré stabilizace se musíme snažit řešit škodlivý vliv všech natáčivých sil. V praxi to znamená, že každou destabilizující sílu musíme vyrovnat stejnou, proti působící silou, která zajistí stabilitu modelu.

  
    To by nám na úvod mohlo stačit, kdo se chce stabilitě modelu raket věnovat podrobněji doporučuji nastudovat patřičnou literaturu. Např. poslední vydaný (4.) díl Raketového modelářství od J. Říhy "Makety raket", jež zahrnují kompletní příručku stability modelu rakety. Jedná se v podstatě o přepis samostatně vydané publikace od jiného autora, ale tu by jste asi těžko sháněli :-). Adresa vydavatele je zde.

      Jak to jednoduše, bez zdlouhavých výpočtů uděláme my?  Hmotové těžiště (CG) zjistíme velmi snadno. Vezmeme hotový model připravený ke startu, tzn. včetně návratového zařízení a motoru (samozřejmě plný) a model vyvážíme na pravítku, na noži, nebo na niti viz. obr. 4 a místo těžiště si označíme (nejlépe lihovým popisovačem). 


Obr. 4

   Těžiště aerodynamických sil (CP) zjistíme také snadno. Protože je známo že CP = plošnému těžišti. Tzn. že CP našeho modelu rakety je totožné s geometrickým středem bokorysu nebo podélného řezu. Narýsujeme si proto na list tvrdého papíru (kartónu) podélný řez modelem naší rakety. Nejlépe v měřítku 1:1. Pečlivě ho vyřízneme či vystřihneme a získáme tak stínový obrys našeho modelu. Ten pak vyvážíme na břitu, abychom zjistili CP modelu, viz. následující obrázek.


Postup při určení CP

   

      Změříme si vzdálenost CP od hlavice na šabloně a přeneseme jí na náš model. Jestli jsme dělali šablonu poloviční čí v jiném měřítku nesmíme ji zapomenout o tolik zvětšit !  

       Ještě jednou to shrneme, model bude stabilní pouze tehdy je-li jeho CG před CP. Zbývá ještě dodat jak daleko od sebe. Podle dosavadních zkušeností má být pro zajištění dostatečné stability CG před CP ve vzdálenosti rovné jednomu průměru trupu. To znamená, že máme-li trup o průměru 20 mm je nutné, aby CG bylo umístěno asi 20 mm před CP. Nejmenší přípustná vzdálenost je polovina průměru trupu. 

    Co dělat když tomu tak není ? Máme dva případy:

1. ) Když je CG moc vzadu resp. CP moc vpředu (bráno od hlavice). Možnosti k odstranění jsou prosté.  Musíme buď dovážit hlavici modelu, čímž posuneme těžiště CG dopředu, nebo udělat trochu složitější zásah a to zvětšit stabilizátory, čímž se nám posune těžiště CP dozadu viz obr.

 
Úprava nestabilního modelu rakety (nesmíme zapomenout určovat polohu  CG 
včetně plného motoru a návratového zařízení ! )

2.) Když je CG moc vpředu, resp. CP moc vzadu, tak musíme postupovat opačně. Buď dáme lehčí hlavici, nebo zmenšíme stabilizátory. Přičemž tento druhý případ, kdy je model přestabilizován,  není tak kritický. Model nám během chodu motoru letí rovně a stabilně, až po skončení jeho tahu se model stočí po větru. Nicméně ani to by se nám stávat nemělo.

Jiné způsoby stabilizace 

     Ještě si dovolím malou poznámku k jiným způsobům stabilizace, v praxi modeláře poměrně málo používané. Doposud jsme uvažovali o zajištění stability modelu rakety jen proudem vzduchu obtékajícím křídlaté stabilizátory. Šlo tedy o aerodynamickou stabilitu. Mimo to však existuje i takzvaná stabilizace rotační. Raketa je přitom stabilizována rychlým otáčením kolem své podélné osy. Je to stejný způsob, jakým jsou stabilizovány např. dělostřelecké granáty.
     Rotační pohyb kolem své osy je možno udělit raketě několika způsoby:
a) šikmými tryskami raketového motoru,
b) spinovými motory,
c) šroubovitým stočením vodících lišt startovací rampy, 
d) vhodným šikmým přihnutím konců křídlových stabilizátorů.
    V prvním i druhém případě je raketa bez stabilizátorů. Takové rakety jsou poměrně náročné, výrobně složité a neekonomické. Značná část celkového impulsu raketového motoru se spotřebuje na přídavnou rotaci. S celkovým impulsem u raketových modelů je však potřeba šetřit.
    U třetího způsobu (d) je ztráta celkového impulsu úměrná přihnutí konců stabilizátorů. Na velikosti tohoto přihnutí závisí počet otáček rakety. S větším přihnutím pochopitelně roste i aerodynamický odpor modelu. Je však zajímavé, že pomalé, takzvané přídavné rotace raket s křídlatými stabilizátory je možné využít ke zlepšení stabilizace. Vyrovnává nám nesymetričnosti vzniklé při stavbě modelu.

 
Úprava konců stabilizátoru pro přídavnou rotaci

     Další možností stabilizace je použití gyroskopu.  Tento velmi zajímavý způsob stabilizace  je zatím raketovými modeláři nevyužit. Tady jsou dveře pro všechny případné průkopníky otevřené !
    V každém případě by to byl určitě velmi zajímavý způsob. Pomalu startující model na motor s čelním hořením by byl jistě velice efektní ale bohužel poněkud složitý a nákladný. V nabídce firmy Graupner se již podobné systémy nabízejí. Sice jsou určeny převážně pro modely letadel a vrtulníků ale jistě by se dali pro naši potřebu patřičně upravit. Smutné je, že uvedené zařízení stojí cca 20 000 Kč :-(.


Ukázka toho, co zvládne piezogyro. Dokážete si
představit méně stabilní funkční model ?
(obrázek z katalogu Graupner)

 

     6. Motorové lože   

 

      U většiny modelů raket používáme menší průměr motoru než má trup. Jsou možné samozřejmě výjímky, když stavíme třeba raketu s kterou hodláme překonat rychlost zvuku, nebo chceme dosáhnout co největší výšky. Ale pak si toho letu moc neužijeme, raketa nám za pronikavého hukotu zmizí během mžiku s očí. A to věru není vždy žádaný efekt, divácky rozhodně neatraktivní. Právě z tohoto důvodu stavíme rakety silnější a používáme motorové lože. viz. obr.


Příklad nejjednoduššího motorového lože: 1 - mezikruží, 2 - motorová trubka

   Motorovou trubku děláme většinou papírovou, stejnou technologií jako trup. Mezikruží pak z balsy nebo překližky patřičné tloušťky, podle kategorie použitého motoru. Pamatujme na to, že vzhledem k dobré stabilitě modelu potřebujeme zadní část rakety co nejlehčí. Ale ne na úkor bezpečnosti ! Motor musí v raketě opravdu dobře držet. Nesmí se stát, že motor při špatné funkci vyletí ven ! To je velmi nebezpečná záležitost. Motor do 20 Ns drží bez problémů jen na tření. Musí jít do rakety zasunout ztuha. Když tomu tak není, tak jej omotáme lepenkou, raději papírovou, plastiková se nám k motoru připeče a ten jde pak jen těžko z rakety vytáhnout.  Je také vhodné konec motoru omotat úzkým proužkem lepenky, která mu nedovolí zajet dovnitř.
   Větší motory je pak do rakety nutné připevnit důkladněji. V trupu rakety musíme zhotovit doraz o který se motor opře. A vhodné je udělat samostatné mezikruží, které má v sobě tři červíky, vždy po 120 stupních, které přitáhneme na motor a celou sestavu pak ještě přišroubujeme z vrchní strany trupu. viz. obr.  


Výkres motorového lože  


Ukázka konkrétního mezikruží k raketě ASTRA 01
(materiál textit)


 

Hlavní stránka   |  Další kapitola