两次试车报告和一次炸机分析
Infinite_Stalleris 2019-8-24原创 喷气推进航空技术
中文摘要
炸机分析,火箭发动机试车
关键词
硝糖


 

本人于此次假期研发一款可靠的knsb固体发动机。现在公布试车结果,以求大家指导。

 

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第一次试车:

由于一些诡异的原因,发动机数据丢失。

ed4101986e4a874edfdfcc1edd8987f.jpg

上图为电子测力计采集到的推力曲线,由于试车台晃动过大,数据应该不准,只能大概反应推力变化趋势。

1f9ec3f3a85f4c1d4e0084d11eb70c9.jpg

这个是发动机喷口(手捏)、

 

 

这个发动机采用4个自攻螺丝固定金属喷喉(垫片)后,用石膏制作喷管的扩张段与收敛段。堵头采用自攻螺丝固定垫片承受压力,用3cm的石膏进行密封。装药采用比例为6:4的knsb贴壁式浇筑。

不巧的是,这个发动机炸机了,堵头被发射出来。

 

 


fdcb9051a3a3a8530da4fa6aca6d1336.mp4 5.46MB


 

 

 

视频是用iphone的240fps高速摄影录下来的,将视频导入premiere,然后逐帧导出,找到炸机的那几帧。


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这三张图片显示了喷口整个被喷掉的过程。

众所周知,240fps指一秒钟采集240张照片,而这三张照片是连续的三帧,我们可以大致计算一下,每张照片之间的时间间隔大概为(1/240)s,也就是0.004166秒。而这么短的时间内,喷口爆出只采集到一帧,证明此喷口爆出后速度很大。假设我们以第一张图片为喷口刚开始要爆出而又没有爆出的状态,那第一张和第二张照片之间,喷口的位移通过图片尺寸估算,ppr外径30mm,由此估计喷管再0.004166s位移了7mm左右。

由此计算:

image.png


而对于其加速度,由于第三帧已经拍不到喷管了,于是第三帧的位移就用摄像机的最大视角来作为其位移进行估算。铁架台大约高30cm,所以从第二张到第三张照片,喷口的位移估算为35cm(实际应该比这个大)。下面进行计算:



image.png


加速度为。(这个加速度恐怖)

image.png


喷管大概2cm长,直径为26mm左右,计算一下,来自百度百科的回答:石膏密度约为2.9

image.png


image.png


image.png


大概反推一下燃烧室压强,使用304.14N这个参数,近似到喷管还没有爆出的时候受力面积约为0.00053m2

image.png


这就是制作发动机之前不进行设计的结果,希望大家引以为戒,另外,由于以上计算使用的数值都没有给出标准不确定度,所以计算出来的结果完全不能保证其正确性,仅作为给大家随便瞎扯扯。

Ps:第三张照片那个烟好像破音障的样子。

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第二次试车:

试车了三管一样的有绝热层的发动机和进行了端面绝热的发动机,和一个没有绝热层也没有端面绝热的发动机。

视频如下:(晚上试车被蚊子叮死了)

 

 


b0a069f9f71b2c49fb800df2d7619390.mp4 9.97MB



 

 

由于上次爆了喷管,这次喷管采用了两层垫片。结构大致如图:

a298f58423862a03389818c6ff05c68.jpg



绿色是石膏,蓝色垫片,红色是壳体。

发动机参数:

壳体:32pvc管(有一个是ppr)

喷喉直径6mm

扩张比3.37

装药长度:约65cm

装药直径:23cm(因为有pvc绝热层)

装药:65:35knsb

喷管曲线设计:()采用有哈尔滨工程大学一学长开发的三次曲面完全膨胀拉瓦尔喷管设计软件设计

image.png

使用cpropep计算65:35knsb燃气参数,再fluent里使用k- ε模型计算二维仿真

image.png

由此可见在工作室压下喷管出口处燃气趋于完全膨胀。

(由于工艺问题,本次暂时不采用3次曲面,估计下次会采用)

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本次试车还使用了全新制作的试车台

f7030fd699eb9a0d788741cac17fc59.jpg

现在上推力曲线图

29398ccfe416ea08563c0bc26394ae4.jpg

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横坐标单位是gf。(1克的推力)。

试车结果显示,虽然此发动机可以正常工作,但是仍然没有达到设计要求的推力,总结其原因,装药过小,喉口过大。于下次进行改进。

由于没有达到目的,仅验证了此喷管可行,所以数值分析就不进行了。

 

 

 

 

由于本人过菜,肯定存在很多,有任何问题请指出,谢谢。

 

 

对发动机的工艺,有疑问的朋友可以私聊我,就不发了,实在太菜。


[修改于 2 年前 - 2019-08-24 17:41:33]

来自:火箭技术 / 喷气推进航天航空 / 航空技术
4
BackspACE
2年1个月前
1楼

数据似乎有些问题。

计算石膏喷管体积的时候你直接用了0.026*0.02,这样算出来的是喷管纵向剖面的面积...而不是体积。

应该是(0.013^2*pi*0.02)m^3*900kg/m^3=0.00955kg,也就是说才9.55g而已。说起来一节大拇指大小的喷管,密度还没有水大,哪来的将近一斤重,常识也让我觉得这里出错误了。

算起来燃烧室压只有178kpa,不到两个大气压顶飞了你的喷管...我觉得是固定的问题。

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ERIC20041219
2年1个月前
2楼

评论:这帖子比较完整详细报道了制作试车过程数据收集等。

建议:如果是ppr管建议采用热缩口技术比螺丝好用多了。。。😀

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Infinite_Stalleris作者
2年1个月前
3楼
引用BackspACE发表于1楼的内容
数据似乎有些问题。计算石膏喷管体积的时候你直接用了0.026*0.02,这样算出来的是喷管纵向剖面的...

这是我打错了吧,但是我在计算器里按出来的是平方了的,而且我用的石膏,石膏密度来自国标,大可自行百度,喷口设计是有问题,已改正


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Infinite_Stalleris作者
2年1个月前
4楼
引用ERIC20041219发表于2楼的内容
评论:这帖子比较完整详细报道了制作试车过程数据收集等。建议:如果是ppr管建议采用热缩口技术比螺丝好...

会考虑的,谢谢建议

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Infinite_Stalleris作者
2年1个月前
5楼
引用BackspACE发表于1楼的内容
数据似乎有些问题。计算石膏喷管体积的时候你直接用了0.026*0.02,这样算出来的是喷管纵向剖面的...

等等,貌似是我算错了,谢谢提醒,第一个问题是在算体积的时候犯了低级问题,第二个是,900是石膏粉的密度,我立马修正,谢谢

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Infinite_Stalleris作者
2年1个月前
6楼

上面算出的值应该不可靠,因为第三帧并没有拍到石膏喷管


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二甲基亚砜
2年1个月前
7楼

KNSB啊....听说吸湿少,前些天尝试去买山梨糖醇,逛遍了我们市所有的试剂店食品添加剂店化工原料店,只有其中一个店主乐呵呵的告诉我“七十斤一桶你要吗。”其他的均没有货或者压根不知道这种物质。挺尴尬的,网上买也可以但是不能马上拿到货啊。

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御坂18650
2年1个月前
8楼

其实iphone本身就可以逐帧看视频,然后截屏就可以了,当然airdrop传到iPad更方便一些

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2年1个月前
9楼

我用的95%的硝酸钾和视频级的山梨糖醇,管用的是ppr堵头用的堵漏王,药用的是热熔法,可是燃烧时间太长,一点推力都没有,怎么办呢?

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Infinite_Stalleris作者
2年1个月前
10楼

版啊,我有不起ipad,哭了

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Infinite_Stalleris作者
2年1个月前
11楼

你是什么药形?中孔还是端面(没有孔)

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Infinite_Stalleris作者
2年1个月前
12楼

网上买要好一点,多等几天嘛,搞这个就是要耐心哦

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山氰水溴
2年1个月前
13楼
引用发表于9楼的内容
我用的95%的硝酸钾和视频级的山梨糖醇,管用的是ppr堵头用的堵漏王,药用的是热熔法,可是燃烧时间太...

可能是kn的问题,以前在并夕夕买过劣质kn也是遇到了同样的状况,后来换成ar的kn就解决了,建议使用纯度较高的kn试试

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2年1个月前
14楼

ar是啥呀

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山氰水溴
2年1个月前
15楼
引用发表于14楼的内容
ar是啥呀

分析纯

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Andy233
2年1个月前
16楼
引用山氰水溴发表于15楼的内容
分析纯

说不定是SB没烘干

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mach ring studio
2年1个月前
17楼

觉得喷口打歪了

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UIC
2年1个月前
18楼

虽然存在不足,但数据处理看起来还不错。室压还是老老实实按推力算,期待新数据

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Infinite_Stalleris作者
2年1个月前
19楼
引用UIC发表于18楼的内容
虽然存在不足,但数据处理看起来还不错。室压还是老老实实按推力算,期待新数据

谢谢支持

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