新手制作BP固体火箭发动机试车
有一个WC 2019-7-17原创 喷气推进火箭燃料
中文摘要
BP固体火箭发动机试车
关键词
固体火箭发动机BP燃料发动机试车

记得最早是15年初三的时候,第一次从一本《五年中考三年模拟》上知道了一个美国少年用硝糖做炸弹的故事,自己很感兴趣,于是上网搜索 

但也许是命运吧,哈哈,网上搜出来了knsu火箭燃料,至此我便开始自制knsu火箭了

knsu是重结晶法制作的,不过因为对固体火箭发动机缺少概念,现在看起来这第一波火箭制作的水准实在是有些low了,用纸做燃烧管,连喷口都没有,近乎于开放式燃烧

几个月之后偶然看到了被盗到其他网站的ABC前辈的硝糖制作教程,进而找到了科创论坛,看到了ABC前辈的帖子,学习了很多

不过后来由于中考的原因,停了下来,中考之后有一些别的事,也没有再进行制做实验了



高一暑假时,又开始了第二波制作,这次有了很大进步,25mm外径的PVC管,堵漏王水泥喷口,燃料方面选择用预制knsu药柱的办法

前前后后加起来估计熬制了好几斤knsu,但做出来的燃烧效果时好时坏,甚至吸潮性也时好时坏得很极端

后来高二开学,再加上在自己做的过程中感觉这硝糖实在是难以捉摸,挫败感有些强,就又停下了


今年年初的时候偶然想起BP燃料似乎可以避免从前制作knsu时的那么多不确定性,会轻松许多,再加上自己时间比较充裕

于是乎在”至少做出稳定且能飞的火箭“的执念下,开始了第三波制作:


BP的配料比是KN 75%、S10%、C 15%,

由于在学校里,手头没以前的材料,全得从新买,再加上现在管制愈发严格,导致材料获得起来有些困难

最后kn从tb的一家化肥店购入,S从jd买了药用升华S,C是直接买到了木炭粉


发动机:外壳为PVC水管,内径21mm,壁厚2mm

喷口用一种碗形陶瓷珠和堵漏王水泥制作

将两个陶瓷珠倒扣在一起,可以形成类似于拉式喷口的形状,剩余部分用水泥填充

最终喷喉直径4mm,4mm的部分长度约为6mm,

如图:

-20ca4dbb4e272daa.jpg

-6f215955e0b256e3.jpg

在制作过程中我使用了一些辅助工具,能确保陶瓷珠的位置在中心处,同时能使制出的发动机都较为规整



燃料:三种成分都用家用打粉机分别粉碎,由于没有球磨机,于是在低转速下把打粉机当成搅拌机来混合

成品是灰黑色粉末,感觉气味比较大,这种气味在我使用的木炭粉里也有

图:

_-371479699_IMG_20190717_133850_1563341930000_wif.jpg

放了几袋干燥机进去


每克燃料加入一滴花生油混合后装机,每装3、4克就捶若干次把药柱捶紧,统计后大概1g燃料对应2mm药柱长度

堵头是多层卫生纸加502胶水,最后用3mm钻头的打孔,一直打到堵头处

我发现虽然之前有猛捶了,但打起孔来还是一下子就能进去,完全不用劲,所以钻孔不会对堵头有任何损坏,但也反映出药柱强度堪忧


点火:自制了一个zvs,用电弧来点火,就免得去焊电热丝了

zvs的开关用了一个单片机来控制,可以遥控点火,保证安全


第一次试车的时候装药24g,两个发动机都是在燃烧了差不多两秒后突然剧烈爆炸,发动机直接插在泥地上,爆炸后地下形成了一个空腔

当时的分析是装药太多,于是第二天又根据ABC前辈的装药情况粗略算出我自己这个发动机要达到他发动机的最终燃烧面积所需要的装药量,约12g

于是我设置了一个12g,两个15g和一个18g装药量的试车对照试验,通过观察是否爆炸,以及工作时的声响等因素来粗略判断之前的分析是否正确


第二次试车,现场肉眼直接观察到的是,四枚发动机都没有爆炸,也没有类似于点不燃的那种燃烧缓慢的情况

四枚发动机都是先中等强度喷射,然后强度上升,最后在短的时间内剧烈喷射之后,燃料燃烧殆尽

这两次试车都有录像,事后在电脑上可以逐帧观察喷流的状况

我先逐帧看了第二次试车的录像,拍摄规格为4K,60fps,看得比较清楚

这是18g装药发动机画面,以每秒30帧计:


通电点火后再过7帧时间之后

WIFI0s0-1258706545SAVE_20190716_213109.jpg


又过了7帧,从没有喷流到第一次出现这样的喷流,(因为整个过程变化极快,通常一帧的间隔喷流就能发生较大变化,所以我用了”第一次出现这样的喷流“这个表述)

为了方便讨论,将这个时间点的记为”喷出“

WIFI0s01016978614SAVE_20190716_213202.jpg


喷出后经过2秒12帧,在1到2帧的时间之内喷流就进入了另一种状态,记为”爆发“,气流把点火线吹飞了一圈,隐约可以看到马赫环

这一过程在持续了17帧后迅速减弱

WIFI0s0-1211236035SAVE_20190716_213250.jpg


18g发动机视频:

以同样的标准尽可能准确地观察其他三枚发动机的工作状态,用”第几秒,第几帧“的方式来标注时间点

在观察标记完剩下三枚发动机后,把时间作差,有了一些发现:

以下顺序都按12g、15g、15g、18g为顺序

从”喷出“到”爆发“:3s21f、3s8f、3s5f、2s12f

从开始”爆发“到开始减弱:16f、16f、16f、17f

从开始减弱到喷口火焰消失:18f、1s15f、2s19f、1s20f


其他三次试车视频:

12g发动机



第一个15g发动机


第二个15g发动机


对比后可以发现:

这四枚发动机的工作历程都很接近

从”喷出“到”爆发“,装药量越多来得越快,但是”爆发“的总时长却都惊人得接近

爆发减弱后燃烧的应该是剩余燃料,从四枚发动机最后的软化程度就可以得到印证

因为样本太少,所以这个结果严谨性不佳,但是能提供一些思考的方向


在有了这些发现后,我又赶紧去观察了第一次试车时两次爆炸的视频

从”喷出“到”爆发“是2s11f和2s5f,从爆发到爆炸都是1帧半的样子


稳定燃烧时

1563348844527.jpg


爆炸前最后一帧

1563348203384.jpg


爆炸

1563348139850.jpg


再后一帧,不知道是不是冲击波让手机动了导致这一帧花了

1563348243139.jpg


残留BP燃烧?

1563348347945.jpg


这样看来,前后两次试车的六枚发动机,其实工作过程都几乎一样,都是先稳定燃烧2到3秒,然后在极短的时间内爆发,如果燃料多了就爆会炸,少了那就出环

个人感觉这样的工作状态并不正常,甚至是危险的,一个比较理想的过程应该是逐渐加强,而不是同视频里一样,突然”打鸡血“似的开始发力,而前期就稳定在一个不高不低的状态(然而这个不高不低的状态的推力到底如何,目前还没有测量,因为现在暂时还在探究制作工艺,让每一枚发动机的表现都比较享受且稳定的阶段,还有较大的爆炸的危险,所以还不敢上测力台)我猜测”爆发“产生的原因可能是,某一个部位的燃料”脱落“了,变回粉末状,发生爆燃,但感觉这个猜想不是很靠谱。视频中在爆发完后,剩余燃料燃烧时喷出的火焰的亮度也比稳定燃烧时的高,个人猜测是爆发后温度升高的原因,这一高温就来自于”爆发“。


这次试车中出现的一些令人困惑的问题,个人经验能力不足,还请论坛各位大佬给予指点

[修改于 2 年前 - 2019-07-17 16:52:24]

+25  科创币    虎哥   2019-07-18   虽然起点较低,但详细报导了探索过程,采用了客观测量手段,进行了一定程度的定量分析,提出了合理假设,具备科学性,予以加精。
来自:火箭技术 / 喷气推进火箭技术 / 火箭燃料
 
2
ERIC20041219
1年7个月前
1楼

建议测一下推力😀

我似乎看到了2个马赫环

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有一个WC作者
1年7个月前
2楼
引用ERIC20041219发表于1楼的内容
建议测一下推力😀我似乎看到了2个马赫环

现在手上只有HX711,这个模块最快就100ms左右测一个值(不知道是不是代码的问题),感觉跟不上发动机两三秒的工作时间啊😂

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ERIC20041219
1年7个月前
3楼
引用有一个WC发表于2楼的内容
现在手上只有HX711,这个模块最快就100ms左右测一个值(不知道是不是代码的问题),感觉跟不上发...

发动机放称上就l行了吧。

默默问一句LZ是哪里人😀

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Csatom
1年7个月前
4楼

试着把s去掉,硝糖做炸弹威力不大吧

-1
学术分
1211
2019-07-17
不懂装懂,到处打酱油,提供误导信息的违规行为
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ERIC20041219
1年7个月前 修改于 1年7个月前
5楼

个人认为KNSU比bp强大,不过重结晶的水分是挺难控制的。

至于爆炸原因,个人认为应该是因为药柱不够紧密导致的。

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Csatom
1年7个月前
6楼
引用Csatom发表于4楼的内容
试着把s去掉,硝糖做炸弹威力不大吧

我的意思是叫他换成无硫配方试试

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UIC
1年7个月前
7楼

最近论坛上做BP的好多啊。与其停留在这种比冲较低且相对不稳定不安全、技术和工艺较为成熟的燃料上,还不如做一些高比冲高密度低感度,比如共晶复合,这些有创新意义的推进剂,毕竟,这是科创论坛,不是百度贴吧。

如果压实并且加了食用油,压强较小时BP燃速基本不变,因为火焰难以钻到威力间的空隙。LZ使用了圆孔燃料,从里到外逐层燃烧,燃烧面积逐渐增大,必定在点火后有一段推力上升的过程。

对于RNX或者AP-HTPB,常见的解决方法是改变装药构型,把圆孔改为车轮型或星型,并改进点火器。你的PVC水管看似耐压欠佳,谨慎使用,并且可能大幅增加装药难度。

既然产生了马赫环,说明室压已经很大,喷喉处流速应该已经达到该条件下的一倍声速。文献表明,其他条件相同时,BP中可参与反应的硫单质会一定程度降低燃速并在压力较大时导致燃烧转为爆轰。虽然威力相比大部分化合物含能材料小,但塑料破片仍有伤人的可能性。在壳体耐压有限时,不要尝试大幅加大燃速。

最好使用PPR材质的塑料管或者金属管(BP的话应该考虑S和金属的相容性,可以垫一层东西)

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虎哥
1年7个月前
8楼
引用UIC发表于7楼的内容
最近论坛上做BP的好多啊。与其停留在这种比冲较低且相对不稳定不安全、技术和工艺较为成熟的燃料上,还不...

一个有趣的话题:黑药能够“爆轰”吗?

建议先阅读:https://www.kechuang.org/t/62910 

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有一个WC作者
1年7个月前
9楼
引用ERIC20041219发表于3楼的内容
发动机放称上就l行了吧。默默问一句LZ是哪里人😀

四川😀,上学在外地

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有一个WC作者
1年7个月前
10楼
引用UIC发表于7楼的内容
最近论坛上做BP的好多啊。与其停留在这种比冲较低且相对不稳定不安全、技术和工艺较为成熟的燃料上,还不...

好的,非常感谢你的建议!

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Winter
1年7个月前
11楼

如果bp想要在比较高的室压下稳定工作(而不是压力骤增导致发动机爆炸),bp应该要足够密实,比如用液压机把bp密度压到1.83以上

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Csatom
1年7个月前
12楼

这种蓝色水管是那种水管?我从没见过.

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Csatom
1年7个月前
13楼
引用UIC发表于7楼的内容
最近论坛上做BP的好多啊。与其停留在这种比冲较低且相对不稳定不安全、技术和工艺较为成熟的燃料上,还不...

他的爆炸应该是药柱没压好,加上燃烧面积的增大

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UIC
1年7个月前
14楼

对于爆炸原因仍然存在较大的讨论空间。

压药密度肯定是一方面,四凯的BP发动机压得实就很稳定,LZ手工应该达不到这个条件。(参见坛友对A6-3的拆解)

一般BP爆燃的“爆速”只有500m/s左右,不符合爆轰条件。资料表明雷酸汞等可以“起爆”黑火药,疑似爆轰,不知道在此压强和温度下是否有爆轰条件。

另,硝糖不如试试KNSB和KNDX

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LS
1年7个月前
15楼

建议楼主去试试熬硝塘。在硝糖里面,KNSB的制作是最简单的,原料好买。(SB为山梨醇,tb买食用的就好)

也可以试试RNX,坛子里有教程。如果你对味道大这一点介意的话,推荐试试knsb。

如果继续玩黑火药,那么药柱一定要压实,把密度提升。

2766的帖子可以,建议去看看。

最后,做发动机建议用耐压更高的ppr水管,喷口和堵头可以参考一下2766的新手教程。 21-20-29-287679.jpg 21-20-29-287679.jpg 21-20-29-287679.jpg


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技术小白2333
1年7个月前
16楼

以前我也拆开过四凯发动机,里面的bp药柱强度已经达到了一个挺高的地步了,后“撬”下了一小薄片,仍需要一定的力度才能将其掰断。

考虑到楼主的制作条件,很难将药柱压到那种密度,所以我猜想是否因为楼主在加工药柱并对其打孔的这一过程导致了药柱强度的进一步下降,而在发动机启动过后随着内压的上升,部分药柱粉碎,温度和内压进一步上升,最终出现爆炸。或许楼主可以试试打较浅孔或是不打孔,牺牲部分推力来保证整体安全性,在经历过整体测试后若结果并不理想,亦可以参考坛内大佬们的材料选取,调整燃料配方和制作工艺,做事严谨总会成功的

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UIC
1年7个月前
17楼

attachment icon 固体火箭设计与制造.pdf 302.51KB PDF 199次下载 预览

科新社出版

该文献明确指出,还原剂中有可参与反应的硫元素可能使燃烧失控甚至燃烧转爆轰。

散装黑火药可能产生爆轰效果

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wadjt
1年5个月前
18楼
引用虎哥发表于8楼的内容
一个有趣的话题:黑药能够“爆轰”吗?建议先阅读:https://www.kechuang.org/t...

我怎么找不到这个B及专业烟火技术啊?


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Leonard
1年3个月前
19楼

个人觉得楼主在草丛附近做这种实验不太负责任。可能引发的后果想过吗?这个实验应该在泥地或者沙地上做好吧。


ps:我才发现坛子里好多年轻小孩都在搞小火箭,可能是因为好玩,虽然我以前也这么想,但是现在想想,我算是命大。愿各位珍惜自己和他人的生命。


再ps:要测力不是只有HX711才能把模拟信号转换成数字信号。还有,采样速率慢是因为考虑到测力的准确性才有的设置。建议:购买电压信号放大器(逆变器)。关于传感器,这个牌子的性价比很不错https://item.taobao.com/item.htm?spm=a230r.1.14.202.483727e4k4DnqY&id=36578872811&ns=1&abbucket=9#detail

而且这个传感器厂家有专门配的逆变器,可以直接转换成0~5V电压信号,也可以把电流信号放大成电压信号,这个你自己去找,也是这个柯力的牌子的,据说还是上市公司,然后你可以直接接Arudino的模拟采集端,如果你愿意的话,那么采样速率非常有保证。

但是如果着重考虑安全,我更简易买个无线的数据记录器,见链接:https://item.taobao.com/item.htm?spm=a230r.1.14.48.387d6f28aziZN0&id=593063424737&ns=1&abbucket=9#detail


再PS:你们搞火箭的这些家伙太危险了,千万不要和我有任何关系。


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