Действие ракетного двигателя основано на реакции разложения перекиси водорода. Используется перекись водорода 90-процентной концентрации (это бесцветная жидкость плотностью 1,35 г/см³). Перекись водорода в чистом виде относительно устойчива, но при контакте с катализатором (например, с серебром) стремительно разлагается на воду и кислород, менее чем за 1/10 миллисекунды увеличиваясь в объёме в 5000 раз.
2HРеакция протекает экзотермически, то есть с выделением большого количества теплоты (~2500 кДж/кг). Образующаяся при этом парогазовая смесь имеет температуру 740 градусов Цельсия.
Пилот поворачивает рукоятку управления тягой двигателя, и клапан-регулятор открывается. Сжатый азот вытесняет жидкую перекись водорода, которая по трубкам поступает в газогенератор. Там она вступает в контакт с катализатором (тонкие серебряные пластины, покрытые слоем нитрата самария) и разлагается. Образовавшаяся парогазовая смесь высокого давления и температуры поступает в две трубы, выходящие из газогенератора (трубы покрыты слоем теплоизолятора, чтобы сократить потери тепла). Затем горячие газы поступают в реактивные сопла (сопло Лаваля), где сначала ускоряются, а затем расширяются, приобретая сверхзвуковую скорость и создавая реактивную тягу. Вся конструкция проста и надёжна, ракетный двигатель не имеет ни одной движущейся части.
Пилотирование ранца Ранец имеет два рычага, жёстко связанных с двигательной установкой. Нажимая на эти рычаги, пилот заставляет сопла отклониться назад, и ранец летит вперёд. Соответственно, поднятие рычагов заставляет ранец двигаться назад. Можно наклонять двигательную установку и в стороны (благодаря шаровому шарниру), чтобы лететь боком.
Управление с помощью рычагов — довольно грубое, для более тонкого управления пилот использует рукоятку на левом рычаге. Эта рукоятка управляет наконечниками реактивных сопл. Наконечники (jetavators) подпружинены и могут с помощью гибких тяг отклоняться вперёд или назад. Наклоняя рукоятку вперёд или назад, пилот отклоняет синхронно наконечники обоих сопл, чтобы лететь прямолинейно. Если пилоту нужно выполнить поворот, он поворачивает рукоятку, при этом сопла отклоняются в противоположных направлениях, одно вперёд, другое назад, разворачивая пилота и ранец вокруг оси. Сочетанием различных движений рукоятки и рычагов пилот может лететь в любую сторону, даже боком, выполнять повороты, вращение на месте и т. п.
Управлять полётом ранца можно и по-другому — изменяя положение центра тяжести тела. Например, если согнуть ноги и поднять их к животу, центр тяжести сместится вперёд, ранец наклонится и тоже полетит вперёд. Такое управление ранцем, при помощи собственного тела, считается неверным и характерно для новичков. Опытнейший пилот Билл Сьютор утверждает, что во время полёта необходимо держать ноги вместе и прямо, а управлять полётом следует с помощью рычагов и рукояток ранца. Только так можно научиться грамотно пилотировать ранец и уверенно выполнять сложные маневры в воздухе.
На правом рычаге установлена поворотная «рукоятка газа». В неподвижном состоянии она полностью закрывает регулятор подачи топлива в двигатель. Поворачивая рукоятку против часовой стрелки, пилот увеличивает тягу двигателя. Во время заправки ранца сжатым азотом рукоятка фиксируется в запертом положении предохранительной чекой.
На этой же рукоятке расположен таймер. Поскольку ранец имеет запас топлива лишь на 21 секунду полёта, пилоту необходимо знать, что у него заканчивается топливо, чтобы не оказаться с пустыми баками на высоте в 10 метров. Перед полётом таймер взводится на 21 секунду. Когда пилот поворачивает рукоятку для взлёта, таймер начинает отсчёт и подаёт ежесекундные сигналы на зуммер в шлеме пилота. Через пятнадцать секунд сигнал становится непрерывным, сообщая пилоту, что пора идти на посадку.
Особенности полётов на ракетном ранце Пилот ранца облачён в защитный комбинезон из термостойкого материала, поскольку и реактивная струя, и трубы двигателя имеют очень высокую температуру. На голову в обязательном порядке надевается защитный шлем (он также имеет внутри сигнальный зуммер).
При работе ракетного двигателя сверхзвуковая реактивная струя издаёт оглушительно громкий звук (силой до 130 дБ), больше напоминающий пронзительный визг, чем рёв реактивного двигателя. Ракетный ранец — очень шумный летательный аппарат.
Как правило, выходящая реактивная струя прозрачна и в воздухе не видна. Но в холодную погоду водяной пар, составляющий большую часть парогазовой смеси, конденсируется вскоре после выхода из сопл, и тогда пилота окутывает целое облако водяного тумана. Именно по этой причине самые первые «привязные» полёты ранца «Bell Rocket Belt» выполнялись в ангаре — дело было зимой. Также реактивная струя бывает видна, если топливо в газогенераторе разлагается не полностью, что случается, например, при плохой работе катализатора или при загрязнении перекиси водорода примесями.
Современные версии ранца | Технические характеристики ракетного ранца |
|---|
| | Bell Rocket Belt | RB 2000 Rocket Belt |
| Продолжительность полёта | 21 с | 30 с |
| Тяга двигателя | 136 кгс (расчетная 127) | 145 кгс |
| Максимальная дальность полета | около 250 метров |
| Максимальная высота полета | 18 м | 30 м |
| Максимальная скорость | 55 км/ч | 96 км/ч |
| Снаряжённый вес | 57 кг | 60 кг |
| Запас топлива | 19 л | 23 л |
В 1995 году конструкция ранца была усовершенствована. Трое инженеров из Техаса, Брэд Баркер, Джо Райт и Ларри Стэнли, пригласив профессионального изобретателя Дуга Малевики (Doug Malewicki), построили новую версию ракетного ранца, который они назвали «RB 2000 Rocket Belt». Ранец «RB 2000» в основном повторяет конструкцию Венделла Мура, но сделан из лёгких сплавов (титан, алюминий) и композитных материалов, имеет увеличенный запас топлива и повышенную мощность. В результате максимальная продолжительность полёта увеличена до 30 секунд.
Турбореактивный ранец (Bell Jet Flying Belt) В 1965 году «Белл Аэросистемс» заключила новый контракт с военным агентством ARPA — на разработку ранца, который по полному праву назывался бы реактивным, — ранца с настоящим турбореактивным двигателем. Проект получил название «Jet Flying Belt», или просто «Jet Belt». Над проектом нового, турбореактивного ранца работали Венделл Мур и Джон Налберт (John K. Hulbert), специалист по газовым турбинам. Специально для нового ранца компания «Williams Research Corp.» по заказу «Белл» спроектировала и изготовила турбореактивный двигатель WR-19, с силой тяги 195 кгс и весом 31 кг. К 1969 году новый ранец был создан.
7 апреля 1969 года на аэродроме Ниагара Фоллз состоялся первый свободный полет турбореактивного ранца «Jet Belt». Пилот Роберт Куртер (Robert Courter) пролетел около 100 метров по кругу на высоте 7 метров, достигнув скорости 45 км/ч. Следующие полёты были более продолжительными, до 5 минут. Теоретически новый ранец мог находиться в воздухе до 25 минут и развивать скорость до 135 км/ч.
Несмотря на успешные испытания, армия снова не проявила заинтересованности. Ранец был сложным в обращении и слишком тяжёлым. Приземление пилота с таким грузом на плечах было небезопасным. Кроме того, при повреждении двигателя лопатки турбин могли разлетаться с высокими скоростями, угрожая жизни пилота.
Ранец «Bell Jet Flying Belt» так и остался экспериментальным образцом. 29 мая 1969 года Венделл Мур умер от болезни, и работы по турбореактивному ранцу были свёрнуты. Единственный экземпляр ранца «Белл» продала компании «Williams» вместе с патентами и технической документацией. Этот ранец в настоящее время находится в музее «Williams Research Corp.»
Особенности устройства турбореактивного ранца Ранец «Jet Belt» имеет турбореактивный двигатель WR-19. Масса двигателя 31 кг, тяга 195 кг, диаметр 30 см. Двигатель установлен вертикально, воздухозаборником вниз. Входящий воздух сжимается турбиной и разделяется на два потока. Один поток идёт в камеру сгорания. Второй поток проходит между двойными стенками двигателя, затем смешивается с потоком выходящих горячих газов, охлаждая их и защищая пилота от высокой температуры. В верхней части двигателя смешанный поток разделяется и поступает в две трубы, ведущие к реактивным соплам. Конструкция сопел позволяет отклонять реактивную струю в любую сторону. Топливо (керосин) находится в баках по бокам двигателя.
Управление турбореактивным ранцем похоже на управление ракетного ранца, но пилот уже не может наклонять всю двигательную установку. Маневрирование выполняется только отклонением управляемых сопел. Наклоняя рычаги, пилот отклоняет реактивную струю обоих сопел вперёд, назад или в стороны. Поворотом левой рукоятки пилот поворачивает ранец. Правая рукоятка, как обычно, управляет тягой двигателя.
Запуск реактивного двигателя осуществляется с помощью порохового пиропатрона. На испытаниях для запуска использовали передвижной стартер на специальной тележке. Имеются приборы для контроля работы двигателя и рация для связи и передачи телеметрической информации наземным инженерам.
Сверху на ранце установлен парашют (используется стандартный десантный запасной парашют). Он эффективен только при открытии на высоте более 20 метров.
Ракетный ранец в шоу-бизнесе В 60-х годах ракетный ранец «Bell Rocket Belt» находился на пике популярности. Компания «Белл» устраивала демонстрационные полёты в США и других странах, каждый раз вызывая восторг публики.
в 1965 году на экраны вышел новый фильм из серии про Джеймса Бонда, «Thunderball». Бонд (в исполнении Шона Коннери) проникает во французский замок, где укрывается агент таинственной организации «SPECTRE». Бонд ликвидирует противника, затем удирает от охраны на крышу замка и улетает на заранее спрятанном ракетном ранце.
В съёмках фильма было задействовано два ранца. Один, бутафорский, можно увидеть на Шоне Коннери в крупноплановых сценах. Второй был самым настоящим ранцем «Bell Rocket Belt» и летал вживую. Им управляли пилоты компании «Белл» — Билл Сьютор и Гордон Йегер (Gordon Yaeger). Сцены с Шоном Коннери и ранцем пришлось снимать дважды, потому что в первый раз его отсняли с непокрытой головой, а дублировавший его Билл Сьютор наотрез отказался взлетать без защитного шлема.
При озвучании фильма настоящий пронзительный рёв двигателя ранца заменили шипением огнетушителя — «для пущего правдоподобия».
Ещё одно знаменитое появление ранца произошло на открытии Летних Олимпийских игр в Лос-Анджелесе в 1984 году. Пилотировал ранец всё тот же Билл Сьютор, легендарная личность (всего на его счету свыше 1200 полётов — больше, чем у любого другого пилота по сей день). Билл взлетел из-за трибун, пролетел над рядами зрителей, которые от неожиданности прикрывали головы руками, и приземлился напротив президентской трибуны, где сидел Рональд Рейган. Полет наблюдали 100 000 зрителей на трибунах и около 2,5 миллиардов телезрителей по всему свету (кроме СССР, который бойкотировал Олимпиаду).
В 2001 году пилот Эрик Скотт заявил, что ему удалось подняться на ранце на высоту 46 метров. Однако подтверждения этому рекорду не последовало.
Ракетный ранец в наше время В последние годы ракетный ранец становится популярен у энтузиастов, которые строят его своими силами. Конструкция ранца довольно проста, но секрет пригодного для полётов ранца заключается в двух ключевых узлах: газогенераторе и клапане-регуляторе тяги. Именно их когда-то доводил до ума Венделл Мур в ходе долгих испытаний.
Распространение ранцев сдерживается и дефицитом концентрированной перекиси водорода, которая уже не производится крупными химическими компаниями. Ракетчики-любители строят собственные установки по её производству методом электролиза.
На настоящий день в мире насчитывается не более 5 успешно летающих ракетных ранцев. За сорок с лишним лет со дня первого полёта Гарольда Грэма лишь одиннадцать человек (включая его самого) летали на ранце в свободном полёте (без страховочной привязи). Самым известным из них, как уже упоминалось, является Билл Сьютор, который когда-то жил по соседству с Венделлом Муром и попросил возможности полетать на ранце, который Мур привёз домой в багажнике.
Источник:
Ссылки - . Сайт Петера Гийсберта, посвященный истории ракетного ранца. Огромное количество информации и фотографий. (Сайт с флэш-навигацией) (англ.)
- . Много фотографий его полётов, несколько видеороликов. (англ.)
- . — Сайт Дуга Малевики. Профессиональный изобретатель, один из создателей ранца «RB 2000». (англ.)
- . Страничка о ранце «Bell Rocket Belt». (англ.)
- . Сайт, посвященный конструированию ракетных ранцев и другим ракетным технологиям, основанным на перекиси водорода. Фотографии и видеоролики испытательных полетов (на привязи). (англ.)
- — трое пилотов (Кинни Гибсон, Эрик Скотт, Дэн Шлунд) занимаются организацией шоу-полетов на ракетных ранцах в любой точке мира. Много фотографий. (англ.)
- . Дэн Шлунд, профессиональный каскадер. Пилотирует ранец с 2000 года. (англ.)