【资料】对Richard Nakka设计的几种发动机的介绍——庆贺论坛开放
lilith2011/03/02喷气推进 IP:云南
1、前言
Richard Nakka是火箭业余爱好者中的大神级人物,从事业余火箭设计制作四十余年,很显然他在固体火箭燃料、固体火箭发动机以及箭体方面的宝贵经验,是值得我们学习与借鉴的。在此,为了方便给位KCER学习与比较,首先对Richard Nakka设计的几种典型发动机进行简单的罗列、介绍。由于本人英语水平欠佳,其中难免有不足与错误之处,还请大家指正。
Richard Nakka在个人网站中共公布了B-200、C-400、A-100、A-100M、KappaJunoLambda等几种金属发动机下面我对其一一进行简要介绍。
[align=left]本文中所有资料均来源于Richard Nakka个人网站:XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXt/XXXXXXXXml大家可以通过该代理网站访问:XXXXXXXXXXXXXXXXX/[/b]>[i]XXXXXXXXXXXXXXXXX/[/b][/align]
(帖子比较长,持续更新)
[/b]
+300  科创币    power_rdx    2011/03/02 优秀转帖
+200  科创币    xj198398xujing    2011/03/03 补分
来自:航空航天 / 喷气推进
13
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~~空空如也
lilith 作者
13年3个月前 IP:未同步
283835
2、B-200 火箭发动机:
2、B-200 火箭发动机:
2.1简介
早在1973年,Richard Nakka就有了设计B-200发动机的想法,目的在于设计一款使用KNSU燃料的发动机用于开伞装置的测试,设计的目标为能够将火箭送到足够的高度(300—600米),以便测试火箭开伞装置。由于用于反复测试,发动机以全金属打造使其保持足够的强度及耐久度。喷管为机加工制作,保证了高效率及低重量。
该发动机于1973年1月进行了首次静态测试并获得成功,几天后又进行若干次飞行测试。在长达11年的时间里,该发动机进行了21次静态测试以及36次飞行,使之成为了Richard Nakka的一种标准发动机。
表2-1:发动机性能点火记录
项目
数量
备注
静态点火次数
22
(21 KNSU/ 1 KNDX)
飞行次数
37
(36 KNSU/ 1 KNDX)
总计点火次数
59
成功次数
58
成功率
98%
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lilith作者
13年3个月前 IP:未同步
283836
2.2性能
B-200发动机的性能受点火情况影响较大,而点火不良则会降低发动机的总冲、较低的推力(发动机工作时间延长所致)。该发动机将直径分别为76毫米/50毫米,重2千克的火箭送入了600/800米高度。
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lilith作者
13年3个月前 IP:未同步
283840
2.3发动机结构
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2.3.1喷管
B-200发动机的喷管为典型的拉式喷管,收缩半角30°,扩张半角12°,膨胀比为8.0。
喷管由低碳钢C1018(国外牌号,有兴趣的话可以查一下)棒料机加工而成,内表面打磨光滑,尤其需要注意的是,喷管的喉口采用了平滑过渡,避免了气流的不连续。喷管尾部机加工有一个凹槽,用于螺栓固定喷管。6只1/4英寸的高强度螺栓用于固定喷管,(喷管一旦固定就不需要经常取下,燃料由头部装入)。为了减少喷管与壳体间的气体泄漏,缝隙间填充了RTV硅胶树脂(至于这个树脂到底是什么,我也搞不懂,毕竟是美制的东西。。。)。
2.3.2壳体
发动机壳体由焊接钢管制成(即有缝管,原文中的规格为:1-1/4" Electrical Metallic Tubing (EMT)),使用这个管子有两个缺点,即,镀锌管表面的锌皮会因加热而产生水泡,已经高温下的拉伸。Richard Nakka在制作发动机壳体时,使用车床将上述管子的壁厚车制到0.06英寸(1.524毫米),由此制成的发动机壳体最大耐压约为11Mpa,设计安全系数1.5,同时该厚度确保在发动机工作的内压左用下不会产生永久变形。下为壳体结构图:
(PS:在Richard Nakka的壳体选材上我个人确实惊叹不已,TNND,看意思居然敢用镀锌管,而且壁厚还那么薄,果断佩服。。。难道莫非是国内的镀锌管质量太差?)
2.3.3 堵头
堵头没啥好说的,大家看图就好:材质为冷扎钢,值得注意的是,堵头下面还装有一片石棉垫片,厚度约1.5毫米,直径略大于壳体内径,用于保障堵头的密封于隔热,堵头在安装后同样加以硅胶树脂密封。
2.3.4 安全销
这个需要着重说一下,目前我们做的发动机似乎很少使用安全装置。在B-200发动机上,安全销为两只抗剪切强度约为480Mpa的螺栓构成直径     图2-6堵头结构图(单位为英寸)
3/16英寸(4.76毫米),穿过壳体外后拧入一个
[align=left]内螺纹管内,以固定堵头。[/color][/font][/size][/align] 11.jpg
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13年3个月前 IP:未同步
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2.3.5燃料
该发动机设计燃料为KNSU,当然KNDX燃料在该
发动机上也得到了成功应用。燃料采用自由燃烧
方式(即所有表面均燃烧),典型的燃料尺寸为
外径33.8毫米(略小于壳体内径),内孔14.3毫米,长159毫米,装药量225克,喷燃比约为400到350略减面燃烧。
[size=3][font=仿宋_gb2312][color=black]
2.4寿命
由于发动机工作时间极短,同是KN系燃料的燃烧温度并不很高,发动机工作后不会产生用久性的形变。即便在发动机工作时,喷管喉口达到了红热状态,喉口处亦未发生严重的侵蚀。故该发动机可以重复使用大约10次,此时,由于工作时的高压造成的喷管、堵头等处固定孔的偏差将影响发动机性能,替换壳体后发动机可再次上路。
2.5 个人见解
总体来说,B-200发动机是一款十分经典的业余爱好者作品,具有结构简单、可靠,制造容易、总冲大、燃料性能充分发挥等优点。但是,由于该发动机为比较早期的作品,在密封、隔热方面仍有需要改进的地方,此外,据本人估算,发动机的工作压力在11.5Mpa左右,KN系列燃料在6Mpa以上时,总冲的提高并不明显,如此高的工作压力所带来的安全因素也是不可忽略的。再者,发动机虽然推力巨大,但工作时间仅为0.4秒左右,属于“爆发式”发动机,这也使该发动机的应用受到一定局限。
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13年3个月前 IP:未同步
283842
3、C-400 火箭发动机:
3.1简介
C-400发动机同为Richard Nakka1973年的作品,是其在推出B-200发动机后的几个月所设计的作品,总体来说,C-400发动机与B-200发动机十分相似,可以认为是B-200发动机的放大版。但是由于发动机的工作参数较B-200发动机提高了许多,导致了改发动机在初期试验时并不是十分成功,前端的安全销一度被剪断。由于有了前面B-200发动机的详细介绍,这里对C-400发动机就不深入讨论了,仅在下面罗列参数及图纸。
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13年3个月前 IP:未同步
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4、A-100及A-100M 火箭发动机
4.1简介
俗话说,人上了年纪就开始怀旧,恐怕Richard Nakka大神就是这样一个列子,A-100与A-100M发动机虽然只有一字之差,却完完全全是时隔了30多年的作品。A-100发动机始于1972年11月Richard Nakka大神脑子里的某个活跃细胞,而30年之后,大神一时兴起,又想起了30年前的老伙计A-100,拿过来拿捏一把,改头换面的A-100M就诞生了,(写到这里不由得心得一颤,我这个心酸啊,人家30年前的东西是拿来怀旧的,而到了我们这里却成了学习与示范的榜样,双手不由地离开了键盘开始揉搓下*体,我这个蛋疼啊。。。)。
算了,言归正转,A-100及A-100M发动机设计的初衷是完全一样的,都是用来测试KN系燃料,譬如不同的比例,改良燃料的特性等。因此,发动机设计的较为小巧,结构上要求简单可靠,装药量在100克左右。A-100发动机第一次静态测试是在1972年11月4日,一个寒冷冬天的早晨,气温低至零下26℃,如此的严寒却无法冷却Richard Nakka大神满心的喜悦,他抱着新设计的A-100发动机踉跄着来到了试验场地,由于害怕自己的小家伙第一次点火就嗝屁了,自己又要在这样寒冷的冬日里重新来过,所以大神小心翼翼的只为发动机装填了75%的燃料进行测试,当然,A-100发动机没有让他失望,测试完全成功。迫于严寒,Richard Nakka不得不在几周后才进行第二次100%装药静态测试,结果当然不负众望的成功了,而后大神用该发动机进行了2次圆满的飞行任务。然而就在此时此刻,大神做出了一个惊人的决定,把A-100发动机封存入库(估计大神的人生遇到了什么坎坷,他也没有说这到底是为的啥)。
1976年4月,遥远的东方,十年文*革*动*乱接近尾声,人民隐约看到了明媚的曙光,而大洋彼岸的A-100老兄也终于迎来了生命中重要的一刻,时隔三年之后,A-100得以重见天日,Richard Nakka大神为了测试不同方式所浇注的燃料特性,决定重启A-100。
A-100发动机没有辜负大神,没有抱怨自己被遗忘了如此之久,A-100以自己年迈的躯体铸就了永远的辉煌,以A-100为平台测试的燃料浇注方案最终被Richard Nakka大神定义为“标准浇注法”(关于这个标准浇注发在以后有空的时候我会给大家慢慢介绍)。
1974年4月18日,A-100发动机伴随着最后一次点火,在绚烂而耀眼的光芒中结束了自己璀璨的一身,A-100的接班人是前面提到的B-200发动机,后来的燃料测试工作,基本上由B-100发动机完成。
经典意味着永恒,三十年后,当Richard Nakka需要再次测试燃料的时候,我们的王者A-100得到了重生,A-100M重新登上了历史舞台。与先前的A-100相比,A-100M采样了更加潮流的o型圈密封,为适应新型的KNSB(硝酸钾-山梨糖醇)、KNFR(硝酸钾-果糖)燃料,喷管喉口略微缩小,此外,在固定方式上也有了细微的改变。在A-100M的15次测试任务中,均圆满完成预期任务,无一异常、喷管无烧蚀。
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lilith作者
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283844
以下为A-100发动机图纸 41.jpg
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283846
A-100M发动机图纸 53.jpg
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283848
好啦~今天到此先告一段落,回头再更新。
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jrcsh
13年3个月前 IP:未同步
283885
有终于有数据的~~~~ 手痒可以加工个出来
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123123123
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283896
我怎么早没看到~~刚刚加工了两个发动机~~~~~~~[s:240]
看起来我进军金属发动机,还是很明智的~~~·
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lilith作者
13年3个月前 IP:未同步
283966
回 11楼(123123123) 的帖子
其实NAKKA早些年的作品也不能说是多么的优秀,毕竟过了近40年,材料、工艺等各方面都有了突飞猛进的进步,基于现在的条件设计的发动机
应该比照搬别人过时的设计要优秀的,所以咯,不用有什么遗憾的!
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