民间基于氢氧发动机运载火箭的可能性。
本帖最后由 老船家 于 2014-6-4 10:40 编辑

目的:实现基于于氢氧发动机运载火箭可控运行。
原理:纯氢和纯氧可以达到最顶级的氧化还原反应,产生水。
并且水瞬间气化高温高压蒸汽,继而迅速膨胀从燃烧室到达喷嘴,最终在动量守恒的原理下
反推火箭爬升。
原理图: 2014-06-04_102055.jpg

全部部件列表:
1:纯氧储存罐,
2:纯氢储存罐,
3:比例阀(用于精确配比燃料和控制燃料进入燃烧室的流速),
4:涡轮机(为燃料流动提供强大动力),
5:预燃室(为涡轮机提供动力),
6:燃烧室(充分燃烧燃料,产生膨体气体),
7:喷嘴(为膨胀气体提供流道),
8:热交换机(缠绕在喷嘴上目的有二:冷却喷嘴&预热燃料)
9:中央控制系统(接受外部信号及时调整比例阀)


部品获取评估:
1:合法市购
2:合法市购
3:合法市购  
4:难以获取 也是技术难点
5:自制
6:由于氢氧燃烧温度较高(预估>3000K ) 普通烧蚀材料无法满足    
7:由于氢氧燃烧温度较高(预估>3000K ) 普通烧蚀材料无法满足  
8:市购中空铜条
9:自制   主要是PWM占空比闭环控制


结论:由于温度的问题 燃烧室和喷嘴无法达到,但是日本H2发动机已经实战实用,说明该问题已经得到解决。
不知各位坛友可有这方面资料共享一下,只要攻破这两个难题 其他问题就不在是问题了。

附录是H2 的参数,仅供参考。

工作循环: 分级燃烧循环
推进剂: 液氢/液氧
混合比(氧化剂:燃料): 5.90
推力:
真空 = 1078 kN (242,300 lbs)
海平面 = 843.5 kN (189,600 lbs)
比冲 (Isp)
真空 = 446 秒
海平面 = 349 秒
干重: 1714 kg (3778 lbs)
高度: 3.4 m
节流能力: 无
推重比: 64.13
喷管面积比: 52:1
燃烧室压: 12.7 MPa (1842 PSI)
液氢涡轮泵转速: 42,200 rpm
液氧涡轮泵转速: 18,100 rpm
来自:航天航空 / 喷气推进
2014-6-4 11:01:36
1楼
燃料流动根本不需要涡轮机,加上一个压缩空气罐就够了

PS:您这是液氢液氧吗。。气态的根本不行啊,气罐体积过大

PPS:您不要想得太轻巧了,看起来不难,实际做就明白了。。。。。。
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2014-6-4 11:10:58
老船家(作者)
2楼
搭载H2发动机的LE-7火箭 2014-06-04_104516.jpg
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老船家(作者)
3楼
718281828kc 发表于 2014-6-4 11:01
燃料流动根本不需要涡轮机,加上一个压缩空气罐就够了

PS:您这是液氢液氧吗。。气态的根本不行啊,气罐 ...


1:整个发动机是在空中运行的 所以 所有能量必须自给。
2:氧气在 燃料罐中是液体,到管道中就慢慢变成气体
3:说上去并不轻巧,看上去就更难了(3000K的温度),目前没能力实际做。
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4楼
老船家 发表于 2014-6-4 11:16
1:整个发动机是在空中运行的 所以 所有能量必须自给。
2:氧气在 燃料罐中是液体,到管道中就慢慢变成 ...


压缩气体罐与燃料箱连接,将液态燃料压出。。。
液氢绝对是作大死的。。。用煤油/甲醇/乙醇等等都行啊
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5楼
百度了一下,说是一般耐热涂层是1800左右,是否有考虑引入常温空气层来减少高温燃气对喷口的烧灼
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6楼
涡轮增压..这个不是一般的难..但是你可以考虑隔膜泵加压..增加个储压灌.
虽然体积加大,但是至少可以使用..
至于燃烧热太高问题..在燃烧室外壁可以用钛合金..内壁使用陶瓷.
自己做的话,虽然做不到能耐4000度以上的但是一般的3000度的陶瓷还是做的出来.
多消耗些时间加上钛合金的价格不算贵..这个燃烧室做下来也就1w的成本.
但是缺点异常明显..私人的材料没的专门的航天材料没的这么耐腐蚀..
就算大长卖出来的材料效果也没的这么好..
大约在3年前我自己做了个纯钛合金的...
效果不好..很难做到气体的完美混合.也就是说燃烧热不均匀..还有个问题.找到能加工钛合金的机加厂.好难..
我的燃烧室壁厚1cm,才测试4,5次.都不敢继续测试下去..怕炸了..私人达不到一体成型..还有燃烧室的结构不是简简单单的结构可以的..民间弄氢氧真的太恼火.我都去完离子推进器去..简单没的这么复杂..
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7楼
内容转自http://tieba.baidu.com/p/3004211359
本帖最后由 helium 于 2014-6-4 12:21 编辑

内容转自http://tieba.baidu.com/p/3004211359



多年以来,使用最广泛的推进剂,是NTO/MMH(四氧化二氮/一甲基肼):这种氧化性的推进剂在火箭发动机燃烧室中充分燃烧,可以产生200个大气压左右的压力,并使壁温达到惊人的1800°C- 2200°C。在这种高温高压氧化环境中,最先进的镍基单晶高温合金早已变成了液体,铌合金,碳化硅陶瓷等先进材料的也无法耐受,寿命很短。
经过多年的潜心研究,在排除了钨,钼,钽,氧化铝,以及很多高温陶瓷材料之后,人们最终发现了一个“奇迹”,只有他们才能迎接这个巨大的挑战,它们,就是铱/铼组合:
1.铱:最耐腐蚀的金属,在高达2200°C时,还有一定的抗氧化能力(抗氧化性是钨,钼,铼等难熔金属的上千倍)。可以在2200°C的中等氧化环境中长期工作。并且,薄薄的一层镀铱层,就可以对氧的渗透起到非常好的隔离作用,保护里头的金属不会与氧接触。
2.铼:熔点在所有金属中位居第二(3180°C),但高温强度居所有金属之首,在2300°C的高温下,抗拉强度竟然仍高达250MPa,比钨还高1/3! 跟低碳钢的室温强度差不多!并且,在室温下的韧性好,这一点强过钨太多,而且,铼在高温下不会与碳反应, 这些因素决定了铼是最好的高温结构材料!但它的缺点就是高温抗氧化能力太差了。

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一个是抗化学攻击最强的金属材料(其实铱的在1600°C时高温强度也仅次于铼和钨),一个是抗物理攻击最强的金属材料,而且,它们两个是天然的“好基友”——随着温度的变化,”热涨“或”冷缩“的幅度类似,因此不用担心它们的”结合“会出现间隙。
人们利用这些宝贵的特性——在铼上覆盖一层铱保护层,制成了世界上最“顽强”的复合材料之一——铱/铼复合材料!
用这种材料制造的燃烧室,可以在NTO/MMH推进剂释放出的高温高压力量之下,顽强地工作。截至目前为止,用该发动机制造的航空器,已成功发射了数百个,这不仅积累的了丰富的使用经验,也充分验证了这种材料的可靠性。
所以,没有铱和铼,就没有现代的航空航天工业!

1.温度最高的燃烧室,用铱/铼复合材料制造的。
2.喷管前段使用著名的C103铌基高温合金制造:——没错,就是《视觉之旅,神奇的化学元素》的作者,“偷“的那种合金材料,上面涂覆二氧化硅保护层,使用温度极限在1370℃。
3.最末端的喷管部位温度最低,使用高强度钛合金:Ti-6Al-4V。

下图简要地说明了这种燃烧室的基本制造工艺,采用醋酸铱为原料,使用化学气相沉积(CVD)的方法,在铼上制备铱涂层,至于详细的制造方法与参数,两个字——“绝密”!
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由于铱/铼复合材料,密度太大,成本也非常高——铱成品的价格比铂要高得多,铼的价格也等同于贵金属,为了减轻重量,近年来也有使用铱,铼,碳复合材料的。
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另外,由于新型的硝酸基系列液体推进剂的氧化性更强,在2000°C以上的高温中,单纯的铱保护层也不能获得满意的寿命,因此目前出现了在铱层上再覆盖氧化铪(或者氧化锆)保护层的:氧化物/铱/铼/碳复合燃烧室。氧化性介质渗透过最外层保护膜,到达铱层时,浓度已经下降了,这样铱层应付起来,就游刃有余。这种燃烧室最高工作温度可达到2400°C,是目前被实际验证过的,工作温度最高结构材料系统。

0924ab18972bd407199b526079899e510eb309ca.jpg


不过我还是找到一份资料:


attachment icon CVD铱涂层_铼基复合喷管研究进展.pdf 269.00KB ATTACH 26次下载
+100  科创币    猎鹰   2014-06-04   高质量发帖
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老船家(作者)
8楼
louyi 发表于 2014-6-4 11:38
百度了一下,说是一般耐热涂层是1800左右,是否有考虑引入常温空气层来减少高温燃气对喷口的烧灼


我得到的数据 C/C复合材料 的稳定隔氧涂层是1600摄氏度。

距离3000K还差很远,所以也非常好奇 日本人是如何做到的。
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老船家(作者)
9楼
helium 发表于 2014-6-4 12:13
内容转自http://tieba.baidu.com/p/3004211359




多谢 提供核心资料, 科创论坛在业余领域真是一个卧虎藏龙的地方。。

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老船家(作者)
10楼
本帖最后由 老船家 于 2014-6-4 12:51 编辑

铱:最耐腐蚀的金属,在高达2200°C时。就是 2470K 还有一定的抗氧化能力,用它来保护 铼基。 燃烧室的最高温度是3000K,多余的温度是不是可以通过

缠绕在喷嘴外围的液态氢流道带走呢?

也许这就解决问题的方法。。。

终于在理论上面可以行了 呵呵
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11楼
helium 发表于 2014-6-4 12:13
内容转自http://tieba.baidu.com/p/3004211359




Chemical Vapor Deposition需要的仪器不是普通人甚至是普通机构能消费的起的。。。
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12楼
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13楼
1.有一种冷却叫再生冷却。
[media=x,500,375]http://share.vrs.sohu.com/my/v.swf&topBar=1&id=63686461&autoplay=false&from=page[/media]


2.液氢的燃烧温度是非常低了,远低于烃类燃料。

3.除了比解决高压补燃煤油的零部件氧化问题更简单以外,作为第一级就使用液氢几乎没啥意义,密度比冲超低,甚至还不如乙醇。

4.燃烧室不能用TI,任何方面都没有优势。

5.燃烧室1cm已经是非常厚了5mm都足够。

6.燃烧室加工费小数点可以向左移动一位。
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2014-06-09 07:33:16
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14楼
718281828kc 发表于 2014-6-4 11:01
燃料流动根本不需要涡轮机,加上一个压缩空气罐就够了

PS:您这是液氢液氧吗。。气态的根本不行啊,气罐 ...


看来lz不打算做挤压式循环的
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15楼
helium 发表于 2014-6-4 12:13
内容转自http://tieba.baidu.com/p/3004211359




铱铼合金主要用于小型姿控发动机一般不需要冷却的
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2014-06-22 11:53:21
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16楼
涡轮机有的是 QQ截图20140622115149.png
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2015-06-30 16:40:42
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17楼
铱铼合金造价有点高,估计难搞到。预燃室和燃料雾化求科普。
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2015-07-11 13:53:15
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18楼
其实可以用燃料冷却发动机,不一定要用水的,有点浪费燃料了
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19楼
引用 猎鹰:
1.有一种冷却叫再生冷却。
http://share.vrs.sohu.com/my/v.swf&topBar=1&id=63686461&autoplay=false&from=page


2.液氢的燃烧温度是非常低了,远低于烃...
我觉得辐射冷却(透明壳体)最好用
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