一个几乎将ppr壳体发挥到极限的火箭发动机!——Phoenix3发动机的研制历程及制作教学

 (试机图片镇楼!)

几年前,在32mmppr发动机上受挫后,又由于各种原因,笔者暂停了关于火箭的爱好活动

在今年,本人(不知为何)重新燃起了对于业余固体火箭的热情。

鉴于几年前的受挫以及材料限制,比如燃料用量大,喷口堵头难以制造等问题,暂时放弃32mm管材。我开始了以25mmPPR管为外壳的发动机设计


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起初,笔者考虑到之前曾经遇见过的喷口及堵头在工作过程中飞出问题,于是选择在浇筑堵漏王之前,在发动机壳体上打出平行的一圈四个孔,并扭上螺丝,从而固定住喷管。经过测试,这个方案确实有效地防止了整体喷飞问题。。。

但是!另外一个问题又冒了出来。喷口和管子之间产生了漏气,并且上半截喷管依然没能坚持住,不见了踪影。(暂时找不到这个测试视频)

在询问了2766前辈以及仔细分析之后,认为这些都属于堵漏王本身的问题。这袋堵漏王已经存放两年,可能已经产生变质。而且堵漏王本身强度不高,容易碎裂。颗粒较粗,不能与管材紧密贴合导致漏气。

由于后两种问题,我不再考虑重新买一袋堵漏王,而是改用粉末细腻,强度较高的牙科石膏。

(图为牙科石膏)

 (图为调和好的石膏)

 改用这种石膏之后,再次试机。

 

可以看到,改用石膏之后,发动机完成了完整的工作。但是喷口从4mm烧蚀变成了6mm。极大降低了工作后期的喷燃比,整体推力不高。这是我不希望出现的。于是笔者选择用不锈钢垫片作为衬喉,防止喷管扩张。再次测试。

 

加装衬喉的喷管产生了明显可见的正面效果。然后。。。堵头又漏气了。。。笔者开始怀疑制作步骤问题。并改用了密封胶来进行燃料和堵头之间的密封。再去试机。


还是爆堵头了。(缺少视频)


呜呜呜呜呜呜呜呜😭好不容易解决的问题又出现了,经过两次试机确认为设计问题。难受啊。

难受归难受,问题总是需要分析的。我就开始仔细分析整个发动机的设计。

在很久之后,我才突然想到:为什么漏气的不是喷口呢?同样是石膏,为什么喷口如此优秀!

我突然想通了,喷口的垫片由螺丝直接顶住,垫片和螺丝承受了其中大部分的力,而堵头只使用了螺丝,由石膏负责传导了大部分的力。在高压下,石膏堵头微小的形变使得石膏和管子之间出现了微小的缝隙,这是极其致命的。

那么解决方案就好做了,按照和喷口一样的结构来做堵头。

(图为已经用密封胶封了垫片孔的垫片,还未上螺丝以及打浇筑石膏)


如果这样都不行我就要绝望了啊😖


再次进行点火测试

 

完全成功啦,鸡冻死我了


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经过无数次尝试(有一些试机内容和问题我忘了,没有写在贴子里)之后。一个成功的发动机型号诞生了。型号为Phoenix-3(嗯,在三年多之后的今天,这个系列又更新了)

从视频中可以看出,在工作过程中,用作承压壳体的ppr管已经产生一些膨胀,说明管材耐压几乎已经达到极限。通过knsb火焰中少见的马赫环,我们也可以略见这个ppr发动机的暴力。

在这个设计中,ppr水管的耐压能力几乎被发挥到极限。在此我可以分享一下这个发动机的设计、参数以及制作工艺。


发动机的规格:

水管内径19.4mm,外径25mm

燃料长度60mm

垫片(标称)20*4规格

喷管长度为20mm,直喷

堵头长25mm

螺丝为M4*8内六角无头螺丝X8

发动机全长105mm


喷管模拟计算结果

 (其余模拟计算已经在电脑上进行,手机编辑帖子,暂时缺少图片)


先截取105mm的管子

我是用剪管钳截取的

(卷纸要对齐)

用纸条绕管子一圈,胶纸固定。划线。剪管钳不要一次性剪到底,先沿着画的线割一圈“轨道”,然后往下剪,刚好压穿这一层ppr之后停下,开始旋转管子,沿着“轨道”把管子切断(有台锯或车床的朋友直接pass这一段)

计算好管子周长(我取80mm,因为管子在剪下来本身不是标准的圆,外径偏大)除以4,然后在纸条上面画好点,绕上,在管子上也用铅笔划上四个点。四个点距离管口17mm(喷管长度减去垫片厚度再减去螺丝半径,至于为什么这么算,我有点懒得说,自己想想吧)

 (仔细看上面有挖好的小坑)

画好点之后用美工刀钻一个小坑,方便钻头定位


用3.5mm钻头钻孔。记住,孔一定要比螺丝直径小!然后拧螺丝。没什么技术含量,没拍图。

之后垫片从长的那一端塞进来,由于买的尺寸刚刚好,所以和管子卡的很紧密


(浇筑模具兼发动机壳体)

然后就是放入上好蜡的4mm镀铬圆棒了,由于是直喷,喷管本身就有定位效果,不需要什么其他的模具。


制作knsb燃料

不得不安利一下这种在硝糖中极佳的燃料,制作简单,流动性好。绝对是小型wanju固体火箭发动机的入门标配。

反正我是肯定不会再做除了knsb之外的其他硝糖了。

言归正传

最简单的制作knsb的方法就是按比例混好kn和sb,然后加热,搅拌,直到燃料完全融化而且流动性良好。比例为66:34

(开始加热后不久)

 

 (完成了)

这样就可以浇筑了,稍微用棒子拨一拨就能流入发动机,戳一戳燃料让他更快沉降以及不让燃料产生大气泡阻塞后面的燃料进入。留好堵头的位置

 (浇筑完了是这样)


装进一个密封性好的袋子里,放进冰箱急冻室大约15min,拿出来,抽芯棒

 (抽掉了芯棒)

把多余的燃料和边上阻碍堵头浇筑的knsb挖掉,然后盖上一个垫片,用胶纸把垫片孔贴上,我用的是密封胶

 之后按照和喷口一样的方法打螺丝,浇筑石膏。

堵头部分对比起喷管只不过是放垫片和打螺丝的顺序换了一下

另外堵头和喷管在做完之后都需要修整,修整完之后应该是平的,比较美观

(这里只有喷口图片,白色的条纹是剪管钳剪管时对管材产生的拉伸导致的,没有问题)


来个全身照吧

 

这个发动机的研发过程中,请教了不少前辈,在此感谢2766,感谢刺猬。没有你们的指导,就没有这一个型号的发动机


The End

[修改于 1 年前 - 2018-10-19 13:26:54]

来自 机械工程与工艺
 
3
2018-10-14 03:53:01
Winter(作者)
1楼

奇怪了。。。为什么帖子跑到制造技术区了

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2楼

工艺不错,用石蜡做脱模剂看来可行,中心孔的定心需要制作治具,不论是堵漏王还是牙模粉,在这里其实都相当于隔热填缝材料,那么可能有更好的办法。

机械版也有火箭科目,侧重于加工工艺的文章可以放在机械版。

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2
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3楼

@Winter你那垫片是啥型号的,为啥淘宝我搜索垫片搜索半天全都是那种内孔特别大的那种

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Winter(作者)
4楼

@TakeMyDreamFly

垫片规格在贴子中有写,请仔细看贴

这个规格的垫片不难找

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5楼


@Winter谢谢

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6楼

我给你提点建议:

        关于浇注的问题,因为KNSB毒性很小(KN是中药,SB是食品添加剂),所以产生了一个少泡甚至无泡的方法:用嘴吸。方法是先安装好喷管,然后熔化药浆,使其流平自然脱泡。然后将发动机喷管端浸入药浆中,在另一端用嘴吸,使液面中速上升。到达指定高度以后,自喷管处插入芯棒,注意!此处禁止来抽动,不然会将空气自芯棒缝隙处带入中孔内!最后等待8min,将芯棒抽出,即可。​​​​

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7楼

虽然比较不雅,但是这样出来的药柱少泡(剖测过)。而且,在KNSB粘度大时仍可成型,这一点是别的方法没法比的。

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Winter(作者)
8楼
引用:烫烫烫烫烫 发表于7 楼的内容:
虽然比较不雅,但是这样出来的药柱少泡(剖测过)。而且,在KNSB粘度大时仍可成型,这一点是别的方法没.....

谢谢建议。

我在这个贴子中写出的是燃料制作比较简单的一种方法,是为了方便大家参考,这种燃料流动性一般。

实际上制作时,我会使用较为复杂一些的“热熔铸法”制作燃料,做出来的knsb燃料流动性极佳。不容易出现气泡问题

两种方法做出的燃料都没有质量问题。

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9楼

当年我测试过热水管ppr,内径29mm,外径40mm。药柱长度300mm,6节。

 

 

 

 

IMG_1111.mov8.57M11次下载

 可以从曲线看出,压力极限在5Mpa,推力50kg附近后炸鸡。

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10楼


 

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2018-10-17 13:08:21
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11楼

你这个燃料用了多少克

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2019-2-3 14:49:41
2019-2-3 14:49:41
12楼

大佬!牙科石膏是怎么浇筑脱模的,怎么修整的那么好啊

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2019-2-23 15:40:56
2019-2-23 15:40:56
Winter(作者)
13楼

@美国国家航空航天局局长在石膏完全凝固之前拔出模具,同理用美工刀之类的工具在完全凝固之前修整

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2019-2-24 01:38:21
14楼

感谢大佬

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