(定期更新)新发动机设计进展报告
LS 2019-2-7喷气推进

在LS-1代RNX发动机试车受挫后(见此贴https://www.kechuang.org/t/83580),我开始和一些朋友研发新一代的LS-2型RNX发动机,在此报告一下进度。

(喷管采用预制碳-环氧喷管,特别感谢拔刀斋版主提供制作教程!)

进度将持续更新。

更新1:喷管及喷燃比

喷管如下图所示:

 

 接近理想效率
更改1:因为是圆孔药柱,所以压强会逐步上升,我把喷管出口直径由10mm缩小至9.1mm。

 

 

 

 

 

 

 

 更改2:因考虑到加工误差,喷管出口直径由9.1mm改成9mm。

目前暂定药柱内孔为8mm直径圆孔,内孔+端面燃烧。最小喷燃比为140,最大喷燃比为351。

更新2:发动机参数更新

长度160mm,药柱长度110mm(装93克rnx燃料),喷管长26mm,堵头长24mm,密封方法暂时保密。

更新3:喷管材料

原定采用碳_环氧喷管,随后拔刀斋版主澄清了这种材料其实不耐用,于是我把喷管整体材料换成了石墨,由石膏固定。


[修改于 6 个月前 - 2019-02-12 21:20:26]

来自 喷气推进
1
2019-2-7 19:59:23
1楼

燃气温度、分子量和比热比的数据是在哪里找到的啊,我就找不到KNSB的之几个数据,,,

[修改于 7 个月前 - 2019-02-07 20:00:22]

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2楼

然后感觉扩张段角度好小哇

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3楼

喷喉可以加长几毫米,并圆滑过渡,这样可以减少烧蚀

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LS(作者)
4楼
引用:GCCgccMZ 发表于1 楼的内容:
燃气温度、分子量和比热比的数据是在哪里找到的啊,我就找不到KNSB的之几个数据,,,

我是请浪里黑条帮我模拟的,就是平时的配方,knsb的数据可以参考usersim的帖子

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LS(作者)
5楼
引用:GCCgccMZ 发表于2 楼的内容:
然后感觉扩张段角度好小哇

扩张半角手量7.5°

[修改于 7 个月前 - 2019-02-08 21:37:02]

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6楼
引用:LS 发表于5 楼的内容:
扩张角手量7.5°

好叭,反正发动机小的话也不会增加多少重量,,,我一般最小15°/啪脸笑 ,,也真羡慕你有比较全的数据

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2019-2-8 11:28:50
7楼
引用:LS 发表于5 楼的内容:
扩张角手量7.5°

你的7.5°是扩张半角吧?

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LS(作者)
8楼
引用:浪里黑条 发表于7 楼的内容:
你的7.5°是扩张半角吧?

@浪里黑条 是扩张半角,已改正

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LS(作者)
9楼

求助:是否要用上两段式药柱?

我的药柱长度为110mm,求助是否要做成分段式药柱?有必要吗?

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10楼
引用:LS 发表于9 楼的内容:
求助:是否要用上两段式药柱?我的药柱长度为110mm,求助是否要做成分段式药柱?有必要吗?

分段不是数据就不一样了?然后,,,只有11厘米的话要我的话我不会弄成两端,,,

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2019-2-9 19:00:56
LS(作者)
11楼

(正在考虑是否公布设计图(还未改正喷口数据))

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12楼

当年那个碳粉混环氧的喷管完全实验失败了,远逊于堵漏王嵌螺母。

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LS(作者)
13楼
引用:拔刀斋 发表于12 楼的内容:
当年那个碳粉混环氧的喷管完全实验失败了,远逊于堵漏王嵌螺母。

emmm是这样啊。。。。。。我现在也找不到适合的喷管材料,目前想试试灌封胶

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2019-2-10 12:34:08
14楼

注意一件事情:药柱中孔不要小于喷喉,否则会产生比较大的点火压强峰。。。

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LS(作者)
15楼


@浪里黑条 明白,我的药柱中孔直径是8mm,5mm初始喷燃比不够

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16楼
引用:LS 发表于15 楼的内容:
@ 浪里黑条 明白,我的药柱中孔直径是8mm,5mm初始喷燃比不够

但是你的喷喉是9.1mm啊……

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LS(作者)
17楼


@浪里黑条 看清楚喷喉5mm,喷管出口直径9.1mm

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18楼
引用:LS 发表于17 楼的内容:
@ 浪里黑条 看清楚喷喉5mm,喷管出口直径9.1mm

不好意思看错了

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2019-2-12 21:25:06
2019-2-12 21:25:06
LS(作者)
19楼

进度报告:发动机壳体加工中,整个壳体成本为24RMB,略贵,还是因为石墨喷管加工拉高了价格。

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2019-2-13 11:37:57
LS(作者)
20楼

进度报告:价格单已经出来,(包含燃料模具费)

 (有点红是因为我用了红屏护眼APP)

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2019-2-14 10:08:53
21楼

楼主注意内弹道计算燃气温度单位是K哦

 

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LS(作者)
22楼
引用:暮光之羽 发表于21 楼的内容:
楼主注意内弹道计算燃气温度单位是K哦 

@暮光之羽 没问题,燃气数据找浪里黑条模拟的,燃烧温度1679.7k

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2019-2-23 02:01:42
2019-2-23 02:01:42
23楼

351喷燃比还是低了些,容易导致不稳定燃烧,比如喘燃

另外,工作压强太低的话,rnx本来就不高的比冲就要更低了

 

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24楼
引用:Winter 发表于23 楼的内容:
351喷燃比还是低了些,容易导致不稳定燃烧,比如喘燃另外,工作压强太低的话,rnx本来就不高的比冲就.....

RNX可以在零压强下稳定燃烧,没有喘燃的问题。主要问题还是比冲。

[修改于 6 个月前 - 2019-02-23 08:01:17]

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LS(作者)
25楼
引用:Winter 发表于23 楼的内容:
351喷燃比还是低了些,容易导致不稳定燃烧,比如喘燃另外,工作压强太低的话,rnx本来就不高的比冲就.....

这个。。。。。。目前机子只做了5台,本身只是第一版,如果确实出现问题就再改进吧。不知381的喷燃比是否可以承受

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2019-2-24 11:38:44
LS(作者)
26楼

进度报告3:石墨喷管和药柱模具已经加工完成!

在此给2766前辈点个赞!在我的1代和二代发动机中,都是他提供加工技术支持,没有他就没有我的一二代发动机

 

 

[修改于 6 个月前 - 2019-02-24 11:39:35]

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27楼
引用:LS 发表于26 楼的内容:
进度报告3:石墨喷管和药柱模具已经加工完成!在此给2766前辈点个赞!在我的1代和二代发动机中,都是.....

整个喷管都是石墨的?不建议这样做,石墨虽然耐冲刷,但是其本身的强度几乎可以忽略不计,只有一般金属材料的几十分之一……

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LS(作者)
28楼

用的是高强度石墨棒,而且有石膏固定住,还有开凹槽,所以是不怕的,见结构图

 

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29楼
引用:LS 发表于28 楼的内容:
用的是高强度石墨棒,而且有石膏固定住,还有开凹槽,所以是不怕的,见结构图 

石墨一般是配合金属喷管当喉衬使用,其抗拉强度、剪切强度等指标甚至还不如PPR,而且还比较脆。石膏更是不堪一击,尤其是接触高温时会迅速失去强度甚至自己变成粉末。如果要固定石墨喷管,建议用水泥,比石膏强到不知道哪里去了。

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30楼

@浪里黑条

实测石膏固定石墨喷管非常有效

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31楼

@浪里黑条

另外石墨作为整个喷管强度方面也完全OK

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32楼
引用:Winter 发表于31 楼的内容:
@浪里黑条另外石墨作为整个喷管强度方面也完全OK

说实话我觉得整体石墨喷管这个设计,即使不出事故也不够合理,因为石墨本身不是个适合承压、受力的材料,成本也偏高(不过小零件成本不一定高)。在小发动机上可以用用,如果发动机做大了就只能从头开始设计,对以后的帮助不大。

另外,石膏的性能可以说从任何角度讲都不如水泥,如果石膏能用,水泥只会更好,可以给发动机性能的提升留下更多空间,或者提高发动机的可靠性。

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33楼
引用:浪里黑条 发表于32 楼的内容:
说实话我觉得整体石墨喷管这个设计,即使不出事故也不够合理,因为石墨本身不是个适合承压、受力的材料,成.....

照着Qu8k的石墨喷管做,够大了。

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2019-2-25 00:44:42
34楼

@浪里黑条

高强度牙科石膏强度和耐冲刷程度远比水泥好,至于大喷管不能不能用在大发动机上这个说法,你可以看看qu8k和论坛里的500N级硝酸-混胺发动机,这些都不小了。成本方面,一根直径35mm,长200mm的高质量石墨棒价格是45元左右,比那些能耐得住高温又耐冲刷的钢材便宜的多。石墨又非常易于车削,加工成本也低

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35楼

石墨能不能用是个工程优选问题,在不同的优化目标模型下可能有不同的结论,最好把目标和考核方式说清楚。

单就强度而言,石墨很软,但也不至于被几个兆帕给压塌。所以在有支撑的情况下是没有问题的。如果是长悬臂梁结构或者薄壁承压,就可能坏掉。然而设计上可以避免出现这样的结构嘛。

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LS(作者)
36楼

发动机结构没问题,石墨喷管的设计也没问题,石墨是很软,但是只要有适当的固定方式,还是可靠的。但是这个结构用2766的话来说,就有安全隐患。所以要采取一定的措施。

看图,喷管与壳体的连接处,需要用密封胶密封,不然会有漏气风险。

 (图中螺纹等细微结构没标出来)

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LS(作者)
37楼

用刺猬的话来说,顶部点火是一种趋势,因为我的堵头用螺丝和垫片作为加固和承力结构,所以顶部点火是可行的。以后这款发动机成功试车之后,我会考虑顶部点火。

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2019-2-26 18:01:55
38楼
引用:虎哥 发表于35 楼的内容:
石墨能不能用是个工程优选问题,在不同的优化目标模型下可能有不同的结论,最好把目标和考核方式说清楚。单.....

受教了

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39楼
引用:LS 发表于37 楼的内容:
用刺猬的话来说,顶部点火是一种趋势,因为我的堵头用螺丝和垫片作为加固和承力结构,所以顶部点火是可行的.....

顶部点火可以认为是最佳点火方式,因为可以最快点燃所有燃面。

点火装置建议参考《固体火箭发动机设计》一书,好好设计电发火管(就是点火头)、点火药等部分。

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LS(作者)
40楼

最新动态:ppr壳体已经到货,近几天开始加工发动机。

现在用的摄像头不怎么好,就发之前的图凑合凑合吧。。。。。。

 


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LS(作者)
41楼
引用:Winter 发表于34 楼的内容:
@浪里黑条高强度牙科石膏强度和耐冲刷程度远比水泥好,至于大喷管不能不能用在大发动机上这个说法,你可以.....

qu8k是石墨喷喉,那么大的喷管会被压碎的。

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2019-2-27 22:27:08
2019-2-27 22:27:08
LS(作者)
42楼

 

 

 

 

加工好的喷管,ppr管壳体,ppr管子还没有钻螺丝孔。

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2019-3-15 21:42:25
2019-3-15 21:42:25
LS(作者)
43楼

模具不小心被弄坏了,药柱没法制作。预计几天后会加工新的模具。


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