RS-A-3.1陶瓷喷管发动机测试报告
发动机参数:(长度单位均为mm)
壳体 20mmPVC上水管 耐压2MPa 内径16
药柱 外径15内孔径2 长30 重结晶KNDX 9.3g 注射器压制药柱 外包3层打印纸隔热
喷管 入口60度直径12 出口30度直径12 喉部内径3 材质陶土,表面烧结 502固定
堵头 结构:药柱->沙->AB胶
点火头:0.2mm电阻丝取2cm与网线相接,点火电源使用ATX电源的5V输出。

初始喷燃比26.7 末期喷燃比200 算数平均数113.4

试车台:
29929


发动机:
29930


测试录像:
点击此处查看视频
当时声音大得惊人,我离现场2m,耳朵被震到嗡嗡响,楼下有人尖叫。

录音波形:
29931


由波形得工作时间为1s,推力,总冲,比冲未知。
但是在这里有3个疑问:
1. 为何8.2s处波形正半周幅度异常,而负半周却正常?
2.由该波形得出工作时间1s是否正确?如何算出推力,总冲,比冲?
3.是否出现超音速喷流?拉瓦尔喷管有没有起到预期作用?

试车后的喷管:
29933


剖面图:
29934


隔热层情况:
  29935


结论:
1.喷燃比
末期喷燃比取200时,虽然压力已经到了PVC管的标称耐压,但是仍然无法获得较好的性能。
因为初始喷燃比仅26.7,不足以起飞。直到内孔径达到6的时候,喷燃比才达到80(压力1MPa),也就是说,白白消耗了1.36g燃料(占14.6%)
主要原因是使用内孔燃烧时,喷燃比变化太大,导致初始喷燃比和末期喷燃比难以兼顾。
而我们在使用拉喷,难以使用自适应烧蚀喷管,所以要么改变燃烧方式(会遇到隔热问题,结论2中讨论),要么超过标称压力使用PVC管。
实践证明,优质PVC管的实际耐压是标称值的2倍以上,这样可以考虑把末期喷燃比提高到250(压力接近4MPa),由于PVC管材有弹性,而且只是一瞬间,不容易导致爆炸。但是安全性降低了,且必须使用优质管材。
为了稳妥起见,可以考虑使用230左右的末期喷燃比,对应压力3MPa。

2.隔热层
对于内孔燃烧,使用3层打印纸绝热是足够的,从照片中可以看出,只有第一层隔热纸被烧坏。而且隔热层有通气的作用,防止内外压力差过大导致药柱破裂。
为了稳定喷燃比,提高效率,需要使用端面+内孔燃烧,也就是多段药柱夹点火药结构。
由于火焰直接接触内壁,所以对隔热提出了较高要求。坛友的实验已经证明,如果火焰直接接触PVC/PPR管壁,一定会导致发动机爆炸。所以要使用铝箔胶带甚至是氧化铝粉来隔热,重点防护位置是药柱之间的空隙,外围必须包裹多层铝箔胶带,并且压实,防止药柱外壁变成燃气排出的通路。
如果使用星形内孔,情况虽然较多段药柱好,但是仍然不能对防热结构掉以轻心。火焰仍然会扫过内壁,所以铝箔胶带也是必须的。
铝箔胶带隔热能力极强,包裹了铝箔胶带的带KNSU粉的电点火头,点火延迟要增加0.3s以上。

3.点火头
不一定需要带点火药,但一定要有充足功率的电源,一般情况下,内孔孔径较小,可以可靠的与电热丝接触。而且必须把点火头插入到底,否则火焰不会经过的位置,基本上是无法点燃的。

4.防潮
已经制作好的药柱必须放在有干燥剂的密封罐中,防止受潮影响性能,KN系燃料是热量高,产气少,所以损失热量对燃料性能影响很大。水分太多甚至会导致断火。
发动机用铝箔胶带密封后,能在无干燥剂处储存,但不能用普通胶带,因为普通胶带不容易粘紧,会有小缝隙。而铝箔胶带没有这个问题。

5.压制药柱
用注射器压制要快,并且要少触摸注射器的外壁,以免温度降低后药柱无法推出。如果真的凝固了,可以通过小心地烘烤,重新熔化KNDX。
模具(或注射器活塞)上可以涂一层硅脂(电脑用的导热硅脂),方便脱模。这个方法几乎适合接触任何材料的模具。

6.关于沉积物对拉瓦尔喷管的影响
沉积物较粗糙,应该是在最后阶段留下的(不知道这个推断是否正确)。而且非常薄,厚度不到0.2mm,相当于2-3层复写纸的厚度
所以,沉积物对拉瓦尔喷管的影响,应该主要在对效率(内壁变粗糙)和对射流方向(喷管偏心)的影响,而不是对形状的影响。
所以,我认为,在小火箭中,用设计合理的拉瓦尔喷管有助于提高效率。但是,拉瓦尔喷管要求内部压力大于1.6MPa,这样对药柱设计和制作也提出了较高要求。

改进:
在下一版本RS-A-3.2中,使用完全烧制的陶瓷喷管,或者堵漏王喷管。用新版模具压制拉瓦尔喷管
针对这次实验结论,对低成本版本RS-A-1.5进行改进。改进后方案:
圆孔形喷管,喉部4mm,模具压制
药柱使用重结晶KNDX/KNSU,长度60,可能会分2段
+5000  科创币    power_rdx   2009-09-06    很好
来自 喷气推进
 
2009-9-6 11:35:29
1楼
樓主噴管是壓禾莫燒製的嗎?
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2楼
其实堵漏王很好~~~~~~~~~~~~~~~
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3楼
扩张比偏大,压力不够的时候会造成气流过度膨胀,分离和减速
视频上看火焰有点散
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4楼
喷管扩张段参数
马赫数    1           1.5        2           2.5       3         3.5         4
面积比    1           1.176   1.688   2.637   4.235   6.790    10.72
压强比    1.893     3.671   7.824   17.09   36.73   76.27    151.8
温度比    1.2        1.45     1.8        2.25     2.8      3.45      4.2
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warmonkey(作者)
5楼
为什么没有人顶一下?看帖不回帖RP要归零的 [s:248]  [s:248]  [s:248]  [s:248]
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6楼
e 顶一下吧~~~~~~
那视频很震撼~~~~~~~~~~
已经证明达到大大的无水了~~~~~~~~~~
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7楼
从视频上无法感受声音有多大,但是如果如LZ所说声音超级大的话,多半是已经超音速了。
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2009-9-7 06:06:57
8楼
我喷口5mm以下的大部分都是爆竹声,我还为此烦恼了好久
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2009-9-8 17:45:40
2009-9-8 17:45:40
9楼
推力减小,喷射残渣影响显著化,在扩张段凝固后造成声波不对称

可以估算出大致的参数,但是因为没有采集实际推力曲线,偏差很大

是否超音速个人觉得意义不大,可以用动量守恒大概的分析看看,拉瓦尔喷管是提升效率的结构,多少都会有作用,根据经验看,收敛段不太合适
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10楼
又见阿丕...
你以前做RNX发动机有没有遇到烧穿外壳的现象?我做一个烧穿一个。
开始用预制药柱会烧穿,后来改成直接在壳体里压制喷口和药柱还是烧穿
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11楼
有一个不是从接缝处烧穿的。
怀疑点火时整个内孔没有均匀点燃,导致局部先燃尽露出壁面,然后烧穿。
30163

30164
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warmonkey(作者)
12楼
要把端面封闭才行的
ls你用铝箔胶带把药柱的两头贴住再试一试。
而且PVC壳体不能工作太久。
实在不行在药柱上包铝皮
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13楼
这次是直接把混合物压在壳体里,压完喷口直接压药柱,端面完全封闭
引用第12楼warmonkey于2009-09-08 18:31发表的  :
要把端面封闭才行的
ls你用铝箔胶带把药柱的两头贴住再试一试。
而且PVC壳体不能工作太久。
实在不行在药柱上包铝皮
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14楼
吐槽:LZ用的什么软件啊?
怎么感觉工作时间短了点?有推力数据吗?
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15楼
音频?cooledit
引用第14楼阿童木升级版于2009-09-08 19:07发表的  :
吐槽:LZ用的什么软件啊?
怎么感觉工作时间短了点?有推力数据吗?
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2009-9-9 23:58:39
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16楼
看剖面图怎么觉得喷管有点粗糙
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2009-9-10 20:41:22
warmonkey(作者)
17楼
其实光滑程度是比较好的
下次用瓷土试一试瓷质喷管
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18楼
难道是后期烧灼成这样的吗?还是冷却的残渣?还是这喷管你没有烧就直接拿去用了?
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2009-9-11 12:36:45
19楼
感觉固体火箭发动机使用拉瓦尔喷口的话,麻烦不说,而且作用的话也是不明显的。
因为固体药柱燃烧的话是从中心孔燃烧的,并不是像液体火箭发动机或者是端面燃烧发动机一样纯粹的压力容器释放......
所以感觉用一般的喷口就好......
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2009-9-19 14:41:55
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20楼
感觉工作时间好短啊,能飞上天吗?
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21楼
这火箭很小啊,我觉得用KNSB作为推进火药比较好吧
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2009-9-22 11:10:06
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22楼
我看侧面烧穿的原因可能是中空药柱在高压下产生通透性裂缝所至。因为你的发动机外壳有一定的弹性,你的药柱是脆性的物体,如果处理不好这个问题,药柱里一点火就要产生一个侧向压力,当这个压力超过外壳的刚力时,外壳就会向外扩张,而药柱几乎没有弹性,不能随之扩张,它的外侧没有外壳紧密的支撑就会被内部的燃气撑裂,其后果过是燃气提前直接t冲刷发动机壳内壁。那么为什么药柱开裂后随着燃面增大外壳没爆呢?因为你用了不耐高温冲刷的喷管,喷喉在发动机爆裂前就被烧蚀扩大起到了泄压的作用。
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2009-9-24 19:04:04
2009-9-24 19:04:04
warmonkey(作者)
23楼
ls说错了
燃气不能撑裂药柱,2MPa的耐压对气体同样适用
还是过热的原因
燃面不容易扩展,这是KN系燃料的特性
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2009-9-25 12:19:53
24楼
怀疑是点火头没有迅速点燃整个内孔,局部先开始燃烧,局部先燃尽,然后烧到外壳
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2009-9-26 12:26:12
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25楼
燃气撑不破药柱?比如,抗压不够的浇铸型发动机,它爆炸时,药柱和壳体那个先破裂?试想,一个长100厘米,直径2厘米,内孔径0.7厘米的KNDX药柱,把它的一端封闭,裸放在空间,在中间点火后,它能不被撑裂吗?我认为,除过发动机壳体的强度,如过在中药柱中间点火后,只要内部压力超过药柱壁能承受的极限压力,那么,药柱被撑破是必然的。中空药柱,在内外径不变的情况下,柱体越长,燃面就越大,内部的压力也随之增大,而药柱壁的强度不会随之增大,只要药柱足够长,它岂有不被撑破之理?!
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26楼
以上所说侧面烧穿的发动机,其药柱被撑破的原因(1)壳体扩张至使药柱不能的到有力的支撑,药柱被内部的燃气撑裂穿火。(2)药柱部分外壁和发动机壳体没贴紧,有较大的间隙,致使药柱外壁得不到有效的支撑,被内部的气体撑裂窜火,
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2010-2-9 19:34:19
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warmonkey(作者)
27楼
楼上恰恰说反了
如果没有贴紧,气体就能够进入缝隙,这样药柱内外等压强,药柱不会破裂,所以不会爆炸
贴壁浇筑的KNDX发动机容易杯具,就是因为贴得太紧,内壁燃气先压破药柱,因为药柱是脆的,无弹性
这个规律是有实验结果支撑的,每本固体火箭教材中也都提到过,没实验过就不要胡说。
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2010-7-28 12:36:17
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28楼
lz厉害,那火箭弄出的声音那么大~~~~~~~~~~~~~~~~ [s:94]  [s:94]
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2010-8-4 09:59:04
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29楼
工作时间由推力--时间图像来确定
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2011-4-16 09:02:06
2011-4-16 09:02:06
30楼
爆竹声响?难道是音爆??
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