Rakety v neobvyklých službách
Rakety v neobvyklých službách
Původní myšlenka vznikla náhodným připomenutím desítky let starých informací a vzpomínek. Nemělo jít o foto hádanku, ale spíše o připomenutí některých poněkud zapomenutých aplikací raketových motorů u nás (ČR a SR).
Začal jsem dávat dohromady nějaký text, hledat na netu příslušné obrázky o kterých jsem věděl. Při tom jsem narazil na Sylaby přednášek „Kosmonautika a raketová technika" z Listopadu 2004 na hvězdárně va Vlašském Meziříčí. Jejich součástí byla i přednáška: Ing. Bedřicha Růžičku, CSc RAKETY V NEOBVYKLÝCH SLUŽBÁCH – po přečtení textu sylab a jména autora jsem pochopil , že moje snaha je již naplněna způsobem a rozsahem který předčil moje představy.
Proto dále uvedu text sylab 1,5 hodinové přednášky Ing. Bedřicha Růžičku, CSc s maličkým doplněním o pár fotek. Pro velký rozsah textu materiál o raketových odminovačích ROD-200 a Odmira bude jako samostatný materiál.
Původní velká přednáška doprovázená určitě mnoha fotografiemi to musel byt zážitek.
RAKETY V NEOBVYKLÝCH SLUŽBÁCH
Ing. Bedřich Růžička, CSc.
Vypuštění první UDZ(umělé družice Země) symbolicky ohlásilo nejen začátek kosmické éry, ale vzbudilo i zájem o různé raketové aplikace. Po roce 1957 se objevilo nemálo nápadů na nekonvenční využití raket, některé pošetilé, některé nadějné, jiné s úspěchem realizovatelné. Raketový motor není totiž jen významným prostředkem pohonu, ale i zdrojem značné síly či impulzu. Neobvyklé aplikace zde uvádíme podle nejčastěji používaných pojmenování (krycích názvů), jak jsme se s nimi setkali v praxi nebo v literatuře.
Lano
Jednou z prvních mimořádných aplikací byla raketa k překonávání překážek, např. k přetahování lan přes těžko přístupné prostory. Zde ostatně nebylo co vymýšlet, první použití raket k záchraně plavidel v nouzi je známo již z počátku 19. století (kpt. Trégrouse). Obdobné záchranné rakety vyráběl před 2. světovou válkou Friedrich Wilhelm Sander (1896-1938) ve Wesermünde (a šeredně na to doplatil). Za 2. SV se také u nás (Zbrojovka Brno, závod VII na Cejlu nebo závod III ve Vsetíně) vyvíjela raketa k přetahování lan. O osudu tohoto prostředku není bohužel nic známo, zachovala se jedině fotografie.
Po válce (asi před rokem 1961) vyvinula Konštrukta Trenčín malou masivní raketu (vyrobenou převážně z duralu) pro natahování elektrických vodičů. Úkol měl krycí název „Napětí". Kromě jednoduchého náčrtku další údaje chybí.
Na VAAZ se podobný úkol – přetahování lan – řešil třikrát. Ve dvou případech však nešlo o aplikaci raketového pohonu. V prvním se projektil, námi zvaný reverzní mina, s připojeným ocelovým lankem vystřeloval z minometu. Ve druhém případě se v konstrukci prostředku
uplatnil méně obvyklý konstrukční princip „spigot" [1]. Zkoušky probíhaly na bývalém vojenském cvičišti v Brně-Králově Poli, tam, kde dnes stojí známá brněnská čtvrť Lesná. Teprve ve třetím případě bylk pohonu použit skutečně raketový motor. Podle představ zadavatele měl být prostředek používán k čištění průchodů v podzemních kabelových
vedeních, případně k zatahování kabelů do těchto vedení. Zkoušky se konaly na letišti v Ruzyni, ale úspěchu se tato myšlenka nedočkala.
Čištění selhalo úplně a k zatahování kabelů není použití rakety nezbytně nutné.
Největším problémem ve všech zmíněných případech se ukázalo upevnění lana a jeho uložení před vypuštěním rakety, aby se hned na samém počátku pohybu nepřetrhlo. Naprosto nevhodné je odvíjení z bubnu, slušné výsledky jsme získali uložením lana na kužele do tvaru
osmičky a vůbec nejlepší je odvíjet lanko ze zásobníku na raketě samotné.
Plazma
Při hledání nových způsobů získávání elektrické energie se jako možná ukázala metoda, kdy horká plazma průtokem mezi póly elektromagnetu vytváří elektrický proud. Tento úkol – konstrukce magnetohydrodynamického generátoru - byl svého času sledován i v ČSR.
Řešitelská organizace (ČSAV, pob. Brno) se obrátila na nás s otázkou, zda by zdrojem plazmy nemohl být raketový motor. Po upřesnění požadavků výkonových, rozměrových a provozních bylo rozhodnuto postavit malý RM se samo zážehovou nekryogenní KPL,
chlazený vodou. Raketový motor měl dovolovat přerušovaný chod, zaručovat restart bez potřeby zvláštního zážehového ústrojí a mít schopnost relativně dlouhého chodu.
Technická data
KPL konc. HNO3 / furfurylalkohol
Rozměry [mm] ∅ 80 / 70 x 200
Objem spalovací komory [m3] 0,22185.10-3
Výpočtový tah [N] 435
Výtoková rychlost [m.s-1] 1 950
Hmotnostní průtok [kg.s-1] 0,223
Motor byl skutečně vyroben, proběhly tlakové zkoušky a zkoušky vstřikovačů, avšak úkol byl zastaven dříve, než se podařilo uvést raketový motor – zdroj plazmy – do chodu. Několik let přechovávala motor katedra raket VAAZ, než skončil s největší pravděpodobností ve sběru.
Ryba
Vývoj pokročilejšího typu československého cvičného proudového letounu Aero L-39 „Albatros" se stal příležitostí k hlubšímu zkoumání nežádoucího jevu, který za určitých letových situací samovolně na letadle vzniká, tzv. flutteru [2].
Požadavek, aby zdroj budící síly – raketový motor – nenarušoval aerodynamiku zkoušeného objektu (letoun Aero L-29 Delfín – proto úkol Ryba"), ovlivnil výrazně konstrukci raketového motoru. Motory tvaru L bylo možno instalovat pod potah letounu, nad nějž vyčnívala pouze část kolem výstupního průřezu trysky.
Vzhledem k obvyklé frekvenci nuceného třepetání (flutteru) musely mít motory krátkou dobu funkce (asi 0,1 až 0,2 s). Hnací náplň byla proto z foliového dg-prachu svinutého do spirály a s mosazným vlnovcem jako distančním elementem mezi závity prachového zrna.
Spouštění RM ovládal pilot podle pokynů vedoucího zkoušky. Impulsy a odezvy konstrukce za letu registrovala aparatura instalovaná na místě druhého pilota. Kromě toho se při některých záletech zkoušený stroj filmoval z kabiny letounu L-200 Morava.
Vesměs úspěšné zkoušky flutteru proběhly na jaře 1970 a na podzim 1971 na podnikovém letišti Aero Vodochody.
Vedlejším produktem úspěšného úkolu „Ryba" byla konstrukce miniaturních raketových motorků pro buzení flutteru na modelech letadel při zkouškách v aerodynamickém tunelu. Zákazník požadoval tah min. 10 N, dobu funkce kolem 0,01 s (IΣ = 0,1 Ns) při orientačních rozměrech motoru ∅ 5 x 10 mm.
Vývoj proběhl na podzim 1970. Podařilo se navrhnout a přezkoušet dva typy motorků: RM 0,1 o tahu 9 až 10 N a RM 0,2 o tahu 24,5 až 29,4 N. Rozměry obou typů byly shodné, tj. ∅ 6,8 x 16 mm, RM 0,2 obsahoval kromě elektrické pilule i 0,2 g černého prachu a pracoval se značným zvukovým efektem. Motory se vyráběly z hliníkových dutinek pro rozbušky Ž. Trysky měly pouze kalibrovaný otvor o průměru odpovídajícímu kritickému průřezu. Při velice krátké době funkce bylo měření tahu velice obtížné. Situaci vyřešila až konstrukce miniaturního piezoelektrického snímače s minimální setrvačností.
Vítr
Měření účinku bočního větru na vozidlo bylo hlavní náplní tohoto úkolu, jehož experimentální část se uskutečnila na podzim 1971. Boční vítr byl imitován impulsem raketového motoru. Použité motory vznikly úpravou RM z úkolu „Ryba". Při pokusech, které se konaly na ranveji brněnského letiště, jezdilo auto (Škoda 1203) po vyznačené stopě konstantní rychlostí se zablokovaným řízením. Aktuální dráha automobilu se značila praménkem kontrastní barvy.
Pokusy se opakovaly při různých rychlostech vozidla. Čím byla jeho rychlost větší, tím větší vznikla výchylka, tím více bylo vozidlo bočním větrem ovlivňováno.
Mrak
Začátkem sedmdesátých let se ve větší míře objevovaly články o způsobech aktivního ovlivňování počasí a o ochraně cenných hospodářských kultur (např. vinohradů) před účinky zejména ničivého krupobití.
Nejznámější metoda spočívala v tom, že se do oblaku, v němž bylo možno očekávat tvorbu krup, vnese vhodná reagencie – nejčastěji jodid stříbrný – AgI. V oblaku rozptýlený jodid vytvoří velké množství kondenzačních center, kolem nichž se shlukují kapičky vody a vytváří se i velký počet drobných krup. Ty však nejsou příliš nebezpečné, neboť většinou během pádu roztají.
Prostředkem, kterým se práškový reagent do atmosféry vnáší, je zpravidla raketa. Ve spolupráci s Hydrometeorologickým ústavem v Bratislavě jsme na přelomu let 1973/74 zahájili vývoj rakety proti krupobití. Kromě spolehlivosti a naprosté provozní bezpečnosti (rakety vypouští povětšinou jen zaškolená obsluha) musí tyto prostředky splňovat i další kritéria, jako jsou: - dostatečná záloha rychlosti pro dostup do výšky ≥ 5 000 m;
- schopnost dezintegrace při návratu, padající zbytky nesmí působit škody, tím méně újmy na zdraví.
To vede k uplatnění značného podílu plastických látek v konstrukci této rakety. Bylo velmi obtížné vyrovnat se s neobvyklými pevnostními vlastnostmi plastů. Všude se zdůrazňuje
mimořádně příznivá měrná pevnost (poměr pevnosti k měrné hmotnosti), aniž by padla zmínka o jejich velice malém modulu pružnosti. Ten je v nejlepším případě 10,5x menší než u
oceli. Důsledkem je značná odolnost při pozvolna se měnící zátěži a naproti tomu snadné porušení i při malém rázovém namáhání.
Již v době řešení existovaly pochyby o neškodnosti dosud používané reagencie – AgI – na životní prostředí. Proto od samého začátku bylo uvažováno o použití bentonitu [3].
K rozptýlení bentonitu jsme použili tlakového generátoru. Byl jím malý podexpandovaný RMTPL uvnitř zásobníku s bentonitem, který se zažehoval zpravidla ve vrcholu dráhy
rakety. K rozptýlení 1,5 kg bentonitu postačilo s velkou rezervou 50 g dg-prachu (zrno ∅ 30 x 45 mm).
Dokonalost rozptýlení přesvědčivě dokumentuje pořízený snímek.
Koncem roku 1976 byly ukončeny všechny předběžné práce, materiálový výzkum i zkoušky dílčích řešení. V následujících letech však zájem o raketu proti krupobití ochaboval, až koncem r. 1978 – dva roky po mém odchodu z VAAZ do průmyslu – byl úkol „Mrak" zastaven.
Dynamické zkoušky konstrukcí
Na začátku sedmdesátých let, kdy se dokončovalo úplné pokrytí území ČSR televizním signálem, šířeným sítí vysokých televizních věží, se zjistilo (a to nejen u nás), že rozkmitávání věží větrem způsobuje citelné zhoršení kvality přijímaného televizního obrazu. Obrazovka
střídavě bledla a tmavěla, případně po ní běhaly odspoda nahoru temnější vodorovné pruhy.
Náprava byla nasnadě – opatřit TV věže účinným tlumením těchto nepravidelně vznikajících oscilací. Způsoby tlumení byly rozličné. Ze zahraničí je znám případ, kdy se do stropu věže vetklo dlouhé kyvadlo,
jehož dolní konec zasahoval do nádoby vyplněné tělísky ze zpěněného polystyrénu. U nás se k tlumení kmitů velice osvědčilo hmotné závaží (1 000 – 1 500 kg) prstencovitého tvaru, zavěšené pod vrcholem věže (komínu) jako kyvadlo. Závaží bylo do pláště opřeno automobilovými tlumiči s vhodným průběhem tlumící síly. Po vychýlení věže poryvem větru kmitá závaží v protifázi a oscilace věže rychle – obvykle po 3 až 4 kmitech – utlumí.
Problémem se stalo seřízení tlumičů a nalezení způsobu, jak to přezkoušet. Korelace mezi budící silou (rychlostí větru) a způsobenou výchylkou není zpravidla známa. Např. novou TV věž na Ještědu předepínali pracovníci ÚAM-VŽKG pomocí vrátku lanem, vedeným od
vrcholu věže. Po dosažení požadovaného předpětí chtěli lano autogenem rychle přepálit. Přitom však povoloval pramen po pramenu, předpětí mizelo a nakonec ke kmitání věže nedošlo. Podobně skončily i další konvenční pokusy o rozkmitání TV věží.
Začátkem dubna 1971 vznesl ÚAM-VŽKG dotaz, zda bychom byli schopni vychýlit TV věž raketovým motorem. Naše odpověď byla kladná a po obdržení potřebných podkladů (velikost tahu, doba funkce) jsme se pustili do práce. Během 10 dní jsme připravili raketový motor i nezbytné lože k uchycení motoru a snímače tahu na konstrukci věže, takže již 14. dubna 1971 se mohla uskutečnit první dynamická zkouška TV věže Ještěd.
Úspěch akce vešel ve známost a do konce roku 1976 se podobných měření uskutečnilo kolem třiceti (viz přehled). Nejméně vhodné k dynamickým zkouškám jsou obecně budovy; jde o objekty velmi tuhé, výchylky jsou malé, existuje velké riziko poškození.
V roce 1977 jsem byl akademikem Rudolfem Peškem požádán o zpracování a přednesení referátu o zkouškách konstrukcí impulsními raketovými motory. Referát jsem přednesl v sekci novinek dne 27. 9. 1977 na 28. kongresu IAF v Praze. Svým způsobem to byla pro mne největší odměna.
Závěr
V přednášce jsme se zmínili o několika mimořádných aplikacích raketových motorů. Zdaleka nejde o všechny případy, na nichž jsme se nějakým způsobem podíleli. Nepochybujeme také o tom, že se mnohých nekonvenčních uplatnění raketové techniky v budoucnu ještě dočkáme.
Poznámky:
[1] Spigot, z angličtiny pocházející označení zbraňového principu. Palná zbraň, pozůstávající z vodícího trnu (často s uvnitř umístěným bicím
ústrojím), na nějž se dutým dříkem stabilizátoru nasouvala střela. Na vodící trn nebo do dutiny stabilizátoru se vkládala nábojka s výmetnou náplní. Vlastní zbraň tak byla zredukována na pouhou vodící část (s možností nastavení náměru i odměru) a dutý dřík stabilizátoru, fungující jako pohybující se hlaveň, se stal součástí střely.
[2] Flutter ( = třepetání) – samobuzené kmitání částí letadla (hlavně křídel, VOP a SOP) vyvolané kombinací aerodynamické setrvačnosti a pružných vratných sil. Může se přenášet (negativně) do řízení a stává se i příčinou únavových lomů. Samobuzenému kmitání či vychylování přední nohy tříkolového podvozku se říká „shimmy".
[3] Bentonit, jílovitá zemina s výraznou schopností absorpce a iontové výměny. Vyznačuje se bobtnavostí, jeho vodní suspenze jsou plastické. Vlastnosti bentonitu lze ovlivnit aktivací. Bentonit se používá pro výplachy vývrtů a ke zpevnění stěn geologických vrtů, jako pojivo pro slévárenské formovací směsi, plnivo zemědělských krmiv, adsorbent k čištění kapalin, složka mazacích tuků, k číření vína aj. Těží se v mnoha zemích Evropy, včetně ČR. [Diderot, sv.1, s.36]
Literatura:
L+K, 1972, č.8; Ludvík, F.: Použití RM pro zjišťování aeroelastických
vlastností letounů
L+K, 1973, č.23 a 24; Kovár, S., Růžička, B.: Rakety proti krupobití
L+K, 1971, č.18; Rakety a televizní příjem (BR)
Přehled dynamických zkoušek konstrukcí impulsními
raketovými motory 1971 – 1976
Druh objektu
Počet Místo / Název
Televizní
věže
9
Ještěd; Katowice; Kamzík (Bratislava); Krížava (Martinské hole); Cukrák; Suchá Hora (Kremnica); Dubník (Prešov); Zelená hora (Cheb); Klínovec (Krušné Hory)
Mosty
9
3 železniční mosty (Ostroměř; Písek 1; Písek 2), Nuselský most (2x); Hvězdonice - dálniční most (2x); Bratislava-Most SNP; potrubní most Spolana Neratovice
Ocelové komíny
9
Púchov - Gumárny (2x); Teplárna Brno (2x); Jablonec; Dětmarovice; ŠZ Plzeň; Janka Radotín; RD Bruntál
Budovy
1
VÚMS Praha-Vokovice
Ostatní
3
Lože turbogenerátoru - Tušimice; frakcionátor Slovnaft Bratislava; ranvej letiště Kbely
Přidal jsem i snímek 66 tanků na Nuselském mostě v rámci statického zatížení.
