航天技术喷气推进
 
【液机】设计一台塑料70水单组元发动机
154454496 2018-11-3 21:13:34

口中得来终觉浅,绝知不算真不行

——题记

1 设计目标与可用材料

​燃料:70过氧化氢单组元

燃烧室:20mm PPR

催化剂:二氧化锰催化陶瓷

推力:100g

燃烧室压:0.5Mpa

好的,应该就这些了,有需要补充的再说

[修改于 17 天前 - 2018-11-03 21:20:23]

2018-11-3 21:38:27
154454496(作者)
1楼

2 燃烧室-喷管设计

估算比冲:

​根据@warmonkey老前辈 给出的数据

过氧化氢( 80 % )                123
过氧化氢( 85 % )                132
过氧化氢( 90 % )                140

估算浓度增加5%,比冲增加八秒。算得70%时比冲107秒。考虑到我发动机设计与加工水平较低,取其1/3倍即36秒。

燃烧室温度估算

根据@浪里黑条大神的回帖,过氧化氢在70%时,刚刚能够完全气化。考虑过氧化氢沸点为158摄氏度,所以燃烧室温度可以取160摄氏度。

燃烧室-喷管尺寸计算

​直接使用@ehco老前辈的软件计算得到下列数据,真袖珍,可能是史上最小的地面工作液机。喷管由于加工条件限制,会加工成直喷,有大角度收敛段。

pic

 修正:

@浪里黑条的火眼金睛指出,温度输错了。于是又重新算了一遍,下面为正确的计算结果

pic

 

[修改于 15 天前 - 2018-11-05 20:01:40]

154454496(作者)
2楼

 3 催化床的设计

​首先计算所需的催化剂表面积。

取二氧化锰床载2(g/s)/cm^2(依然是取三分之一),用2.77的氧化剂流量去除,得到1.385cm^2,取1.5cm^2。

然后计算所需的催化剂数量。

只考虑催化陶瓷的1/3表面加入催化(带着对RNX与自己加工技术的绝望,取最坏情况下的1/3总不是件坏事),每粒陶瓷的加入催化的表面积0.16cm^2,相当于需要9-10粒催化陶瓷。

催化床(姑且这么叫吧)的草图如下:里面的圆是催化颗粒,下面的横虚线是铁丝网,再往下两道竖线是钻了孔的钢管(用于支撑铁丝网与催化颗粒)。

pic

 

[修改于 15 天前 - 2018-11-05 20:33:36]

3楼

塑。。。。真的是塑料发动机?!

不过塑料似乎有助于减重

4楼

数据输错了啦,燃烧室温度怎么是160K呢,好歹是433K(160℃)吧

5楼

这么小的液机,燃料供应是怎么实现的?

154454496(作者)
6楼

统一回复:

@314152 工作温度不高所以用塑料,以后估计会用水泥

@浪里黑条 感谢指出,已在原帖中修正,但保留了错误现场

@radio 等着我把成品发出来你们就明白了,方法比较偏

154454496(作者)
7楼

4 喷注-雾化的设计

​喷注器采用罕见的单孔喷注,贮箱平均压力0.8Mpa。喷注器结构如下(待编辑):一个与轴线成45度角的孔喷出液体,与燃烧室壁相撞而雾化,继而倾泻到催化床上。

计算数据如下:

pic

 

[修改于 15 天前 - 2018-11-05 20:40:10]

2018-11-6 21:48:37
154454496(作者)
8楼

5 结语

首先,上完整带尺寸的图纸。

pic

 然后,说一下我个人的感想。液机的门槛不比固机高多少,甚至在特定历史条件下,比固机更容易入门。这枚液机的上不了天,甚至不见得可以造出来,只是给大家的研究一个参考。

最后,感谢大家的谆谆教导。

The end

154454496

18-11-6

9楼
引用:154454496 发表于8 楼的内容:
5 结语首先,上完整带尺寸的图纸。 然后,说一下我个人的感想。液机的门槛不比固机高多少,甚.....

既然工作温度低,要不要干脆喷口也塑料了,吼部来一点点金属防冲刷就可以了,顺面减重加尽可能提高isp

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