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)
燃料端面图
工作图
发动机F-T图
噪音图
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
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:
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!