[ASR] SRM-81-APCP 详细性能数据和试车视频
为了大家的共同进步,我在这里公布除了具体设计图纸以外的一切数据

全长:813mm
有效燃烧室长度:690mm
最大宽度:103.6mm
燃烧室直径:76mm
燃烧室外径:81mm
喷喉直径:24.7mm
扩张比:5.7
理论喷燃比范围:220-313
扩张角:30度
收敛段为R弧,以减小流动阻力
壁厚:2.5mm
药柱质量:3.7kg
发动机全重:10.1kg
理论耐压:(以最薄弱点计算)32.7MPa
安全系数:5.0
壳体材料:热处理40Cr
堵头材料:45#钢
喷口材料:30CrMnSiNi2A高强度合金钢
壳体隔热材料:内层PVC管,外层环氧树脂+高温铁氟龙
喷口堵头隔热材料:内层XZ-T001耐高温涂料,外层高温防护漆
喷口堵头与壳体连接方式:螺纹
壳体密封:不完全密封
与箭体连接方式:螺钉(堵头12颗M6,喷口8颗M6)
点火方式:外部点火
点火药:低燃速黑火药
最大推力:1556N
推力持续时间:约5.8s
发动机工作噪音:距喷口10米处最高声强等级130.7分贝
总冲:7687.8NS
比冲:212s
燃料类型:含铝高氯酸铵-端羟基聚丁二烯复合推进剂
燃料加工流程:称量配料
                        真空混合搅拌
                        真空振荡浇筑
                        常温固化
                        锯床锯成3段
                        车床车出接插结构,打中心孔
                        铣床铣出6个小孔
                        对接燃料,用环氧树脂粘接并密封端面
                        使用耐高温铁氟龙胶带缠裹
                
燃烧方式:全内表面扩张式
燃料密度:1.65-1.67
燃料配比:  AP        70%  (由3种粒度配成)
                   DOA     6%
                   Al         7.8%
                   MDI      2.5%
                   HTPB    12%
                   氧化铜催化剂   1%
                   其它添加剂    0.7% (CA,HX878,蓖麻油等)
                    
燃烧室温度:2600摄氏度
壳体工作结束温度:小于90摄氏度

发动机实物图(工作后)
201122


燃料端面图
201123


工作图
201124
  

发动机F-T图
201121


噪音图
201126


噪声是使用专业噪声测量仪连接电脑实时记录的,右边的粗麻绳是用来搬运试车架的
201130


燃速较高的点火药难以点燃此燃料,这是前几次失败的点火瞬间的视频截图:
201129

201131


工作视频:(原视频是60fps的,上传后视频掉帧严重)
点击此处查看视频

对于APCP发动机的改进意见和发展建议
想必大家也能看到,APCP发动机确实能量较大,比冲也首次超过了210(略高于Qu8k所使用的燃料),虽然在诸多APCP中这种燃料比冲算是垫底,但也算是一个阶段性的成果吧。有人跟我说要再大量添加金属粉或者能才来增加比冲,我觉得完全可以作为研究项目,但实际来说可能需要其它保障,如热防护,防爆等,成本或加工难度也有可能增加,总之对于整体设计而言,找到一个平衡点是非常重要的(PS:强烈赞一下叉的航电设计的整体意识)。下面的改进我觉得到不一定是死抠比冲,可以进一步降低成本,提升安全度以及减轻结构质量,这样可能对于广大高级爱好者来说更有实际意义。

这次试车以及相关一系列实验其中一个最重要的目的就是为了验证发动机的热防护性能,因为APCP的燃烧温度是出了名的高。实验中,在经过超过5s的高温火焰冲刷后,喷口甚至几乎没有出现红热,2层防护材料很好地起到了隔热作用,这样的设计完全可以取代石墨喷喉,简单,廉价而且避免了过于复杂的结构。在燃烧室内部,PVC+特氟龙的组合也成功地进行了隔热,再加上燃料的这种燃烧方式使燃料本身变成了隔热层,综合防护性能非常好。这样一来便有以下的改进意见:首先,铝粉的含量可以继续增加,因为铝粉的量对比冲影响非常大且铝粉比HTPB要便宜的多,目前根据燃料的粘稠度来看,应该可以加到15%或更高,由此带来的高燃温问题发动机应该完全能扛得住。其次,发动机的诸多部位材料厚度可以削减,减重至少25%以上,以提高推重比。这样一来可以在几乎不影响可靠性的基础上使发动机效率大幅提高,成本略为降低。

此外,APCP燃料本身是一种极为优秀的燃料,它在兼顾高能的同时比很多低端燃料都要安全。最重要的原因是它有着极为优秀的力学性质,它很难在外力的作用下发生碎裂,取而代之的则是形变,而且本身极难被起爆(含有能才的除外)。但之所以在业余火箭圈子里很不普及是因为其高昂的价格,很难搞的原料,已经看似复杂的制作过程。这些是我们要尽力去克服的。对于燃料的后期处理,我们也采用了和以前广局一样的方法,用车+铣的方式分段组装,费时费力还浪费燃料,下一步是尝试使用模具,一次浇筑成型,这样来减少工作量,提高效率。

当然,纵使APCP有着诸多优点,新手要想尝试依然非常困难,困扰众人的问题我认为首先是原料的问题,理论上说,未经允许储存、购买AP到达一定量是违法行为,另外HTPB,HX878等高昂的价格也让大家望而却步,这些都是硬杠杠,已我们的力量难以解决,所以说目前客观条件不甚成熟,不适合普及,但强烈建议有条件的个人或集体进行尝试,合理规避法律风险即可。

最后说一下喷燃比和压力指数的问题,喷燃比的话APCP一般在200-360之间,这次我们取得比较保守,后面可以稍微增加一点。压力指数有很多方法测量,发动机装机测量法就是其中的一种,也就是说可以根据发动机试车数据倒推出压力指数,且发动机越大,推测出的越精确,有兴趣的坛友可以试一下。之所以我这样说是因为制作专门的燃速测量仪很费事,而且精度成问题,不如直接用发动机估。


这枚发动机也是今年ASR的绝唱之作,从此打住,不再继续发展了。如果有可能,明年再说,我也要告别KC一段时间。
非常感谢大家在这2年来对我们的支持,我受益匪浅!

[修改于 4 年前 - 2015-04-23 20:54:09]

+1  学术分    虎哥   2013-08-31   第一次发布关于APCP的客观燃烧数据。希望有推力曲线与之对照。理论上还是需要测出燃速曲线和压力指数。
+20  科创币    香皂火箭q   2013-08-31   
+50  科创币    10班陈大葱22号   2013-08-31   
+50  科创币    badboy-fly   2013-08-31   
+500  科创币    game00over   2013-08-31   高质量发帖
+1  科创币    彩虹之巅   2013-08-31   你这是要逆天啊!     喷燃比保持在330~350左右可能效果要更好一些。
+50  科创币    chaozhou   2013-08-31   几乎完美!推力曲线也很平。
+500  科创币    焓熵`   2013-09-01   來晚了,牛逼爆了……但是貌似噴燃比沒有想像中那麼穩定
+1000  科创币    qharryq   2013-09-04   无需多言,膜拜中。
+25  科创币    宅人   2013-09-04   凑个热闹。。。顺便奉虎哥旨意把今天的分加了
+1000  科创币    拔刀斋   2013-09-04   试车圆满成功,数据极具价值
+90  科创币    猎鹰   2013-09-06   
+5  科创币    jn久   2013-09-10   高质量发帖
来自 喷气推进
 
2013-8-31 20:25:47
1楼
火钳刘明!!!!!!!!!!一楼已经被我占了[s:274]
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1
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2楼
高端啊[s:275]屌丝伤不起啊
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3楼
广州局发来贺电,恭喜试车成功。看到那个著名试车台了,想必是花了不少功夫搬运

1200N推力5秒,推力曲线相当漂亮,同样恭喜。

不妨介绍一下,声强是用什么办法测量的?单反录音?
+1  科创币    bh,王者归来   2013-08-31   我马上补充
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4楼
你这是要逆天啊!    
喷燃比保持在330~350左右可能效果要更好一些。
+100  科创币    bh,王者归来   2013-08-31   没问题~
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5楼
只有羡慕的份了 [s:274]
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6楼
不错,

求看一看工作后的喷嘴, 应该有点冲刷吧? 发个图瞧瞧
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7楼
广局人民发来贺电!

表示对隔热处理很感兴趣,希望明述隔热涂料原材料来源及使用方法。在喷口的隔热上可谓是革命性的转折点!期待在国内爱好者中广泛使用。
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8楼
我的加分点评里面写错了个词,“推力曲线”更正为“压强曲线”。

论坛新规加学术分必须进行学术点评[s:275]

声压级数据也是第一次得到,一次实验能解决这么多问题,相当了不起。

ps:提供声压级数据的同时应当注明计权方式。就像提供爆速数据应当同时指明密度一样。

APCP的起爆感度,希望进行测试,火工品版的同仁如果有条件不妨也考虑一下。

推力曲线看起来和理论符合得非常好。

唯一不足个人认为还是点火问题,这个本不应该是太复杂的事情,但是多年来包括广州课题组在内,一直没有良好解决。建议考虑专用的火工品,例如点火发动机,标准化,直接螺栓安装在发动机头部,就像汽车点火头一样。
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2013-9-1 00:06:20
9楼
咋个没看见   马赫环尼 。。
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10楼
咋个没见马赫环尼!!!  他去哪儿了 .....[s:305]
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11楼
回 8楼(虎哥) 的帖子
123专业点火30年。。。。。
考虑过点火发动机点火,也讨论过这个,个人是比较主张使用的,不过被某人泼冷水泼的清醒些,就一直没进行试制。
点火发动机耐压要大于等于燃烧室压力,且由于堵头钻孔结构被破坏,势必要增加堵头厚度,增加总重。
对于大型火箭,为了传火的速度使用点火发动机无可厚非,但800mm长的火箭因为点火药的选择错误而使用点火发动机也许有些牵强
现阶段使用点火发动机,也许会有许多未知的事故发生,造成精力的分散,不如专心研究点火药。
对于稍微大些的火箭,个人有个点火的方法,可以使传火速度增加,同时增加点火的成功率,也许和点火发动机有异曲同工之妙。
将星孔稍稍扩大些,把点火药压铸或浇筑成适当大小的圆柱,点火药柱打内孔,点火头置于内孔中,点火药柱卡在发动机药柱顶端。
注:点火药柱要大小得当,否则有炸机危险

建议取缔使用药粉的点火方式,药粉会被燃烧后的气体吹动,热量不集中,点火效率底下,哑火也许会死灰复燃,威胁人身安全。
+20  科创币    chaozhou   2013-09-01   高质量发帖
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12楼
对了, 恭喜刷新国内的 ''总冲 / 燃料重量'' 的新记录- 2078, 上次是我共晶 1110 刷的哈哈, 110' RNX 是 930.
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13楼
回 10楼(小屁孩の春天) 的帖子
正常, 我的共晶用 16% 铝粉的马赫环是带镜片看的, 这个试车不带过滤镜片可惜了, 马赫环肯定一串
+1  科创币    zzlzhang   2013-09-02   你觉得铝粉最多可以加到多少?可以带来多大的改变? 我现在是打算减少HTPB比例,铝粉拉到15%,尽量高
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14楼
卧槽, 仔细看了下照片, LZ 是曼联球迷 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
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15楼
点火药柱的方案以前也想过,但必须保证和燃料内壁结合牢固,且中间孔要开大,不然如果要药柱松动的话可能会堵住喷口。考虑到方便和安全性,我个人主张用慢速的造粒黑药。
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2013-9-3 21:00:23
2013-9-3 21:00:23
16楼
哪有那么复杂,堵头都能装,拧一个点火发动机上去不可以吗,行不行做了就知道,就是机械设计的功夫。增加100克重量和换来一个数量级的可靠性、机动性,划算。

不想用点火发动机,可以用尾部点火管,直接从喷口塞进去,对于大点的发动机也无压力。

总之不要出现一堆人抱着火箭朝发动机里头倒药粉的现象了。

一个良好的设计,是所有零件运到目的地,照着图纸用简单工具即可组装,一切质量都由工厂保证。
+1  科创币    123123123   2013-09-03   还有就是倒药粉根本就不科学
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17楼
今天看了视频为何感觉尾焰波动无力?是视频掉帧还是燃烧室压力过低?还有一点就是发动机燃烧室最好不要蘸火处理,(尤其是cr系)蘸火虽然可以增加硬度但是后果可能导致发动机脆性增加(无法磕碰),同心度降低等!
+1  科创币    bh,王者归来   2013-09-05   是掉帧的问题,实际射流长达近50米。另外这个和蘸火有任何关系没......
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2013-9-4 22:24:39
18楼
回 11楼(123123123) 的帖子
qu8k做过在内孔中安装点火药柱的方法,用小规格的成品APCP药柱作为点火药柱;结果点火相当成功,但从视频看仍然有一秒以上的缓燃现象。估计缓燃与点火药柱产气量远远小于发动机工作时的产气量有关,如果使用点火发动机也有类似问题。

较好的点火设计应该在不造成超压的前提下具备较高的燃温和点火压强,并持续零点几秒的时间。因此对点火药的要求与推进剂很类似,并且点火药燃烧的压强应该达到发动机正常工作压强的几分之一。进一步,可以按计算喷燃比的方法计算点火药的表面积,按照表面积和燃烧时间设计点火药的形状。另外,点火药跟推进剂有一个较为重要的差别:推进剂要求高比冲,而点火药要求燃烧产物固体产物含量较高,固体熔渣有利于向药柱传热点燃药柱。

结论:颗粒状的点火药可以用不多的药量做到较大的表面积和适当的燃烧时间,综合性能较好,目前实际应用较多。点火药的配方可以使用燃烧产物固体含量较高的推进剂,如BP、RNX或含铝量较高的APCP(专业界有时用造粒的B-KNO3)。除了使用颗粒状的点火药之外,也有可能使用厚度合适的推进剂机加工切屑作为点火药。
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19楼
回 18楼(拔刀斋) 的帖子
恐怕实施不太容易。
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20楼
回 19楼(123123123) 的帖子
造粒BP做点火药很常见,个人做过的RNX发动机使用拆自烟花的造粒BP,点火药的喷燃比约80,接近BP做推进剂的喷燃比下限。
PPR管RNX发动机对点火要求较高,点火不足会使药柱先点火的部位烧成坑然后烧穿、用粉末银药点火炸掉发动机还点不着。
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2013-9-5 10:06:37
21楼
本人搞的是模具,由于职业关系所以对一些金属材料有一定的性能了解、cr系列的钢几乎是天天接触、曾经在我身上就发生过两起cr钢事故!一是在处理一批蘸火后Cr钢时(硬度50左右)上板与下板M6六角螺丝链接时Cr钢应力部分表面脱落!二是加工一块蘸火后的400x450厚30mm的Cr模板时由于操作员工不慎导致模板从半米处跌落导致模板摔成几块!
按以上结果来看用蘸火后的40cr来做发动机壳体其爆炸碎片的密度要高于不蘸火的发动机!
+50  科创币    猎鹰   2013-09-05   有节操发帖
+100  科创币    bh,王者归来   2013-09-05   感谢建议,不过我们的发动机制造和使用不存在淬火的过程
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2013-9-6 07:50:11
22楼
在发动机介绍中你不是说了(热处理40cr)吗?当然热处理工艺中包含蘸火(淬火)、正火、回火、调质、渗氮、固溶、时效、等!
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2013-9-8 20:09:57
2013-9-8 20:09:57
23楼
回 21楼(神の左手) 的帖子
厂长的发动机选40Cr的主要目的之一:不用热处理也能获得较高强度
如果有热处理,情况会有所变化
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2015-1-13 22:54:15
2015-1-13 22:54:15
24楼
                          这是什么情况 完全没法阅读的节奏
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25楼
引用 拔刀斋:
厂长的发动机选40Cr的主要目的之一:不用热处理也能获得较高强度
如果有热处理,情况会有所变化
见我最底下的留言 谢谢
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2015-1-30 01:01:15
2015-1-30 01:01:15
26楼
膜拜啊!
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2015-2-24 17:13:13
2015-2-24 17:13:13
27楼
厉害
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28楼
他的APCP燃料已经是炉火纯青了,值得我们这些出学者崇拜与模仿。
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29楼
厉害厉害。。(聚丁二烯类燃料贵的不得了。。)
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30楼
赞....
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2015-4-5 08:57:44
2015-4-5 08:57:44
31楼
楼主求问你的高氯酸铵和端羟基聚丁二烯哪里买的
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2016-2-14 14:36:35
2016-2-14 14:36:35
32楼
卧槽不错这个吊[s:20]
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33楼
厉害
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2016-3-8 16:22:03
2016-3-8 16:22:03
34楼
这个视频前段呢[s::lol]
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35楼
引用 侬文成:
这个视频前段呢
前段被剪掉了,前端有几秒喘的一塌糊涂 。 其实有时候装B很正常,但是这么严谨的事情  至少需要文字表达一下,时至今日 无人问津 。。。。        “曾经的科创航天箭体总设计”.
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2016-3-15 10:52:34
2016-3-15 10:52:34
bh,王者归来(作者)
36楼
引用 KFWJ:
前段被剪掉了,前端有几秒喘的一塌糊涂 。 其实有时候装B很正常,但是这么严谨的事情  至少需要文字表达一下,时至今日 无人问津 。。。。        “曾经的科创航天箭体总设计”.
作为“曾经的科创航天箭体总设计”,B是一定要装的,正所谓君让臣装B,臣非但不能不装B,还要装的漂漂亮亮的。 你肯定看了我发在youtube上的完整版视频,群里我很早就公开说了,并请求大家以后试车注意这个问题。 这就叫装B科研两不误,你啊学着点
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37楼
引用 bh,王者归来:
作为“曾经的科创航天箭体总设计”,B是一定要装的,正所谓君让臣装B,臣非但不能不装B,还要装的漂漂亮亮的。 你肯定看了我发在youtube上的完整版视频,群里我很早就公开说了,并请求大家以后试车注意这个问题。 这就叫装B科研两不误,你啊学着...
我是当初太喜欢固体发动机了,尤其你这枚80毫米的发动机试车视频 ,曾经在很长一段时间里每天晚上睡觉前都会播放一次你这视频。 直到看到你YouTube里完整版的时候,内心一下子不舒服了……   好比我娶了个漂亮的老婆 等结婚生子后 才发现她原来整容过。  不过听你今天这么一说总舒服了许多  原来剪掉并非你本意。 好了这次是我错怪阁下了。
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2016-3-16 10:34:38
bh,王者归来(作者)
38楼
引用 KFWJ:
我是当初太喜欢固体发动机了,尤其你这枚80毫米的发动机试车视频 ,曾经在很长一段时间里每天晚上睡觉前都会播放一次你这视频。 直到看到你YouTube里完整版的时候,内心一下子不舒服了……   好比我娶了个漂亮的老婆 等结婚生子后 才发现她原...
我的猜想啊是点火药以及点火药装填的位置不对,一般的SRM点火药包都装在堵头那一侧,而且采用高温点燃,周边药柱引燃后产生的气体和火焰同时膨胀经过整个燃烧面然后从喷口射出去。当时试车的时候因为技术原因把药包放在了尾部,这样点燃的气体就会同时向内和向喷口处膨胀,向内扩散的气体温度压力均不足以点燃药柱,点燃的燃烧面部分来回在发动机里摆动,于是就会发生喘燃,直到发动机全部的燃烧面被点燃,建立正常推力。从未公开的视频中以及推力计的测量结果来看,每一次喘燃造成的波峰数值呈线性增加(第一个描点应该是向上偏移最大的,因为包含了点火药产生的推力), 如果用线性模型简单拟合,y 轴截距应该约等于0, 实际值为33.991,考虑到第一个点的偏高这个数值可以接受。这是支持我猜想的一个论据,另一个论据是视频中可以看到很明显尾部部分药柱点燃的情况。但是SRM燃烧模型极为复杂,在没有精确内弹道数据的情况下无法进行严谨的数值模拟,实际情况要试车才能解决。 装在快被魔改成BOSS的TK-1A上的是这枚发动机的完全相同版,通过那枚发动机的测试可以得出结论。事实上在后来我们在那次被中途取消的发射中是把点火药包安装在头部的,但很遗憾没有进行实测。猴子认为可能还要别的原因导致喘燃,我觉得还是要点火过那枚发动机后在做结论。


此外在当年做这个项目的时候,ASR还发现点火药的燃速对点燃也起到至关重要的作用。在当天的试车中,我们最早使用了极高燃速的黑火药进行点火,结果是无法点燃,必须使用燃速稍微较慢但不至于过慢的黑火药才可以点火。APCP 的点火条件基本上算是现有发动机里最高的,如果有童鞋要继续研究APCP发动机,点火药的开发至关重要,建议有条件多做实验。



原始视频:https://www.youtube.com/watch?v=3w942wEHmPQ


261093




261094
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39楼
引用 bh,王者归来:
我的猜想啊是点火药以及点火药装填的位置不对,一般的SRM点火药包都装在堵头那一侧,而且采用高温点燃,周边药柱引燃后产生的气体和火焰同时膨胀经过整个燃烧面然后从喷口射出去。当时试车的时候因为技术原因把药包放在了尾部,这样点燃的气体就会同时向内...
kno3-B
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40楼
你猜测的是对的,我去年底的80毫米的 玻璃纤维缠绕的发动机。是另一朋友负责点火测试的 缠绕也是他缠绕的  他用的也是黑火药,理论初始喷燃比只有180.   没有发生喘燃。管于喘燃 论坛里曾经存在着一种说法就是HTPB推进剂  在喷然比过小的情况下会喘燃。 但是根据我到目前仅有的几次情况来看   喘燃和喷然比好像没有多大关系, 我第一次的初始喷然比为180     第二次为110    第三次为130    第四次为185   还有一次是也是180的初始喷然比 被点火瞬间暴机了。。另外就是建议现在玩Htpb的朋友不要用黑火药药粉式点火  因为很难点燃(海哥目前的点火方式很靠谱  就是使用高含铝推进剂切成的小颗粒,加一半推进剂粉末  当点火药)延时少 而且成功率非常高。
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41楼
引用 kc276644985:
kno3-B
B- KON3是硼和硝酸钾。   黑火药是BP。 不要混淆了,我曾混淆了一段时间。  硼和硝酸钾是很多空控导弹的点火药   著名的AIM-9就是它当点火药。

[修改于 3 年前 - 2016-03-20 16:02:17]

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2016-3-20 02:09:12
2016-3-20 02:09:12
42楼
引用 KFWJ:
B- KON3是硼和硝酸钾。   黑火药是BP。 不要混淆了,我曾混淆了一段时间。  硼和硝酸钾是很多空控导弹的点火药   著名的AIM-9就是它当点火药。
您硝酸钾的硝酸根需要核对一下
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43楼
引用 地震带上的人:
您硝酸钾的硝酸根需要核对一下
对   之前写颠倒了正确的是 B-KNO3.
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2017-1-10 19:07:26
2017-1-10 19:07:26
44楼
其实点火药还有不少其他种类。BP的火焰温度只有2590,如果加的少药柱又大的话可能点不着。有一种点火药需要比较高的点燃温度,是铝粉35%,高氯酸铵64%和植物油1%。还可以考虑Mg-PTFE,配方可变,基本上对半就行(注意这种燃气有毒!)
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