天梯-2发动机全功率试车(完结)
王瀚霖
广州市第一中学
山氰水溴 2020-1-30原创 喷气推进
关键词
发动机APCP试车

2019年11月23日,天梯-2发动机全功率试车成功

首先感谢喵姐,阿萌,阿坂,小银和辰辰对本次试验的提出的宝贵意见和莫大的帮助,感谢各位对我的关心及支持。

Screenshot_20191123_181100_com.huawei.himovie.jpg

天梯-2发动机项目为登天-4探空火箭的子项目,本次试验为天梯-2发动机的第二次地面试车,本次试验目的如下:

1, 收集本试验的推力曲线

2, 验证发动机安全性,可靠性及性能,为登天-4飞行试验做准备

3, 试验Al(OH)3-PVAC喷管热防护材料

4, 试验一次性铝箔喷管堵盖


发动机简介

天梯-2发动机是由我自主设计研发的可复用中型固体火箭发动机,是登天-4探空火箭的配套发动机,曾于2019年8月,10月执行过一次小功率地面试车及两次低空飞行试验任务,本次地面热试车为此发动机的第四次工作。

发动机设计概括

燃烧室长度:300mm

燃烧室直径:50mm

燃烧室材质:6061-t6铝合金

喷喉直径:12mm

喷管扩张比:3

喷管材质:304不锈钢

初始喷燃比:312

最大喷燃比:317

燃料内孔:翼柱型孔

燃料:两段低铝APCP药柱,四个端面参与燃烧

点火方式:KN-Mg-Al点火药包点火


 燃料制备

燃料制备.jpg

燃料制备 (2).jpg

                                     

内孔加工

IMG_20191121_181124.jpg

药柱.jpg
 

喷管及点火药包

喷管及点火药包.jpg

视频(三机位拍摄)




工作完毕

工作完毕.jpg

工作完毕 (2).jpg
 

推力曲线

推力曲线.jpg

工作时间:1.8875s 

喷气速度:1989.63m/s

燃料质量:0.5624kg

质量流率:0.298kg/s

平均推力:592.83N

最大推力:1020.6N

总冲:1119N/s

比冲:203s


总结

1, 本次试车成功收集到了较准确的推力曲线,经过分析得到了多项数据,为飞行试验打下基础,本次试验原定为3个端面参与燃烧,由于后端面绝燃处理有一定缺陷(使用电工胶布),导致正常工作后高温燃气点燃了后端面,形成了推力最高峰(1020.6N),这样虽然在发射时有利于获得足够的离架速度,但是燃烧室压强也会增大(本次试车峰值压强达到了13Mpa),容易导致发动机爆炸,后续我将使用更可靠的端面绝燃措施,杜绝此类现象发生。


2, 经过试验本发动机的安全性,可靠性及性能完全达到了设计要求,此发动机理论最大耐压30Mpa,本次试车发动机气密性良好,喷管及堵头采用12个12.9级的M4螺丝固定,硅胶密封圈密封,隔热层使用PVC管,间隙使用密封圈填塞,防止高温气体直接接触壳体(工作后壳体表面温度约70摄氏度)


3, 本次也试验了低成本的Al(OH)3-PVAC喷管热防护材料,使用PVAC作为粘合剂,氢氧化铝受热分解带走热量,但是这次试验结果不太令人满意,由于喷管热胀冷缩,导致材料开裂,没有起到明显作用,最终导致喷管受损严重,后续我将会尝试导热硅脂,橡胶等不同的粘合剂。


4, 本次试车使用了铝箔喷管堵盖,喷管堵盖在发动机储存时起到了密封防潮作用,在发动机点火瞬间能使燃烧室压强迅速建立,缩短点火延时时间,本次试车使用了6g KN-Mg-Al点火药点火,经过分析,本次试车点火延时时间约300ms,虽然并没有达到预期效果,但也是一个重大进展了。(再次感谢喵姐,阿萌等同志的帮助)




  

 

 

 


[修改于 24 天前 - 2020-01-31 02:07:39]

来自:航天航空 / 喷气推进
7
2020-1-30 8:11:56
1楼

比冲不错,点火看起来很顺利。什么时候上箭?

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2楼

祝贺试车成功!

Some Questions:

1.Al(OH)3散热层中PVAC的作用只是作为粘合剂吗?能否用PVAL等取代呢?

2.倒数第二张图上不少螺丝都被震松了,不知道装箭有没有安全隐患呢?

3.“铝箔喷管堵盖”视频里一开始盖在喷管口,点火后即被喷出,作用是什么?改善点火么?

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3楼

祝贺试车成功!

和3楼一样,我有点担心螺丝不用螺纹胶粘接加强固定,会不会在漏气时导致脱落甚至炸机?我正在设计的发动机里也有定位销固定,而且有些定位销是用锤子使劲敲进去刚刚好,既拔不出来也推不进去还涂不了螺纹胶,所以有些担心~

还有个小问题,只在喷管里使用2个O形圈能起到足够的气密效果吗?会不会有O形圈在燃气冲蚀下被烧化的危险?

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山氰水溴(作者)
4楼

因为原料问题,上箭时间待定

PVAC在热防护材料中充当了粘合剂,PVAC的韧性及稳定性比PVAL好,所以我选择PVAC作为粘合剂,从这次实验中我也发现了一些问题,具体将在文章中阐述

因为加工时有一定公差,所以部分螺丝安装困难,无法上到底,点火之前我也进行了检查,对部分较松的螺丝进行固定

喷管堵盖在发动机储存时起到了密封防潮作用,在发动机点火瞬间能使燃烧室压强迅速建立,缩短点火延时时间

从这次试验结果来看气密性还是令人满意的,在药柱与喷管的间隙我还放置了一个密封圈,防止燃气直接接触铝合金壳体,所以高温燃气并不会直接接触喷管侧面的两个密封圈。

图为试验结束后的密封圈

IMG_20200130_115512.jpg


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2020-01-31 02:10:53
山氰水溴(作者)
5楼

完结,欢迎大家拍砖

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6楼

可喜可贺

喷喉厚度是多少?如果喷喉太厚的话即使外面降温也不一定起到保护作用。铝箔胶带是有纤维加强的那种还是只有一层涂胶铝箔呢?前者效果会好一些。

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7楼

喷喉:mmp

话说辰辰是谁啊???

[修改于 23 天前 - 2020-01-31 23:00:18]

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2020-02-01 22:32:10
山氰水溴(作者)
8楼

喷喉是内嵌式的(设计缺陷),后续我会继续进行改进,铝箔胶带有纤维加强,经仔细观察视频发现铝箔胶带并不是被燃气冲破,而是因为与喷管黏接不牢固而飞出,与这次300ms的点火延时有直接关系。

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