申请人信息
申请人ID:154454496
真实姓名:邢珈凡
自我介绍:邢珈凡,生于2005年5月,现就读于潍坊文华学校初三(九)年级。于五年级时接触到科创论坛,在科创发帖数十,完成了RNX20mm发动机的研制,主持sort射电望远镜的建设并用它观测到了月球,参加信息学竞赛曾获普及组一等奖,在学校里发射过一枚表演火箭。爱好有天文,计算机编程,电子技术,业余无线电(听收音机),航空航天,书法等。
申请方式:个人
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文号:840602154454496发表于:2017/11/09 20:59:13
RNX小火箭制作
项目信息
该项目申请具有较大的设计和制作难度,但申请人发帖记录中,与液机相关的全部2个帖子都鸽了,其余帖子也未能显示申请人拥有完成该项目的能力,且项目时间1000天过长。请至少完成一个液机相关项目后再来申请。
150N石墨燃烧室气态氧-柴油辐射冷却火箭发动机的研制工作
学科分类:喷气推进研究周期:1000 天
摘要
制造一台不使用再生冷却的气态氧-柴油液体火箭发动机并进行地面试车,为以后的液氧-柴油发动机及液体火箭做技术储备。
关键词

一、项目背景

液体火箭发动机(LRE,下文简称液机)是一种利用液体化学物质所储存的化学能产生推力,从而推动飞行器飞行的装置。液机由于工作时间长,燃气温度高,且燃气接触壁面使得其冷却就变得十分重要。

现在液机主流的冷却方式有再生冷却,烧蚀冷却,容热冷却,液膜冷却,辐射冷却等。再生冷却一般用于大推力发动机,其优势在于冷却效果好,材料成本低廉,但是加工略繁琐,且对于液氧-长链烷烃组合而言,若使用液氧冷却,需要冷却夹套使用抗氧化材料,若使用燃料冷却,则有燃料结焦堵塞管路的可能性。烧蚀冷却的优势在于结构简单轻便,但是不利于长时间工作。容热冷却的结构特别简单轻便,但工作时间只能在几秒左右。液膜冷却可以长时间工作,但是需要精密加工且壁面温度较高(?)。辐射冷却适合小推力发动机/喷管扩张段,结构简单粗暴,但是需要热强材料。

所以对于高空工作的小推力发动机或者小火箭的起飞级发动机,使用辐射冷却是可行的。但是辐射冷却需要的热强材料(如铌合金,铼,钨钼,镍基合金等)成本极高(堪比黄金)且难以加工。而石墨作为一种相对廉价且易于加工的热强材料,或许可以用于小推力液体火箭发动机的辐射冷却。

二、研究目标

设计制造一台设计推力150N的石墨燃烧室的辐射冷却发动机并进行地面试车,测量其推力数据,结合仿真数据研究下列内容:

测试石墨用于辐射冷却液机燃烧室的可行性;

估算石墨热导率、比热容与温度关系;

验证齿轮泵用于烃类燃料供给的可行性;

验证柴油等低品质低成本燃油用于低要求火箭发动机的可行性;

为以后液体探空火箭的研发积累经验。

三、准备工作

在开始此项目前我已经完成的部分:

简单机械加工技术;火箭原理;推进剂热力学计算;喷管设计与优化;推力测试;热辐射估测温度;简单控制电路设计制造。

为了此项目我已经完成的部分:

简单机械设计;各类材料常识;流体力学常识;一维CFD仿真,一维传热仿真;石油化工常识。

还需要学习研究的部分:

柴油的精加工(包括除蜡等);简单的机械加工;三维CFD与传热仿真;更完善的试车系统研发。

四、总体方案设计

4-1 燃烧室设计及传热分析

取燃烧室内径25mm,燃烧室压强2MPa。

根据相关资料,石墨可以承受的温度在2000K以上,且其热导率随温度升高而降低。容易获得强度在12MPa以上的石墨,并且据传石墨的强度在一定范围内随温度升高而升高。经计算当混合比取1.5时,燃气温度为2300K左右,即使石墨内壁达到2300K高温,对于2MPa所需的6mm壁厚,外壁温度也仅仅为1500K左右,大部分室壁的温度都在2000K以下,石墨应该扛得住。

4-2 喷注器

使用直流喷注器,面板中心放置单个气氧喷嘴,气氧喷嘴附近排布数个2mm柴油喷嘴,边区放置若干0.3-0.5mm小孔喷柴油实现边区冷却。使用铜板制造喷注器面板,喷注器液腔使用水泥制造。

4-3 供给系统

氧气直接从气瓶中引出,经电磁阀,调压器送入燃烧室。

柴油使用齿轮电泵泵压,经膜片阀门之后送入燃烧室。齿轮电泵使用直流编码电机作为动力源,以控制流量。

5 研究计划

5-1 喷注器加工与测试:加工单个喷嘴并测试流量系数;浇筑液腔;喷注面板组装并进行水压测试(直接用自来水水压)。

5-2 供给系统制造与测试:组装齿轮电泵;组装电磁阀与控制系统;测试所有电器件;测试齿轮泵。

5-3 喷注期冷热试车:N2代替O2,水代替柴油情况下的冷试车(只喷射不点火,油组元泵压供给);O2+煤油喷注器热试车(点火,油组元泵压,自动控制),同时研究点火时序问题。

5-4 燃烧室加工:外包加工;加工完成之后进行浸渍处理,表面涂无机黑色涂料以抗氧化同时提高辐射冷却效率。

5-5 连接燃烧室与喷注器组件并进行气密性测试。

5-6 安全性试车:仅验证点火时序,不测试推力,加注少量推进剂。

5-7 推力测试+热辐射测试:10s左右时长的点火测试;变推力测试;变混合比测试;深度节流测试;燃烧室余热二次点火测试;60s左右点火时长的测试等。

5-8 数据整理:由以上试车所得数据计算石墨温度-热导率关系,比冲-混合比关系等参数。

6 成果发布

考虑在正式平台上发表论文/参加相关比赛,并将项目论文,相关视频与项目历程记录上传至论坛。由于需要发论文/参赛,研发周期长至2-3年,请论坛谅解。

资金预算
项目内容部分未通过
用途 规格型号 单价(元) 数量 单位 合计(元)
石墨棒(50mm直径*200mm,有一根备用) 90 2 180
燃烧室加工 200 1 200
62.5硅酸盐水泥 10 1 10
铝酸盐水泥 10 1 10
3mm*100mm*100mmT2紫铜板 40 1 40
喷注器加工费用 10 1 10
各类管路用铜连接件 15 6 90
编织管 20 3 60
齿轮泵 70 1 70
编码电机 50 1 50
电磁阀 40 1 40
12V电池 20 1 20
推力计 80 1 80
氧气及氧气瓶租用费(暂定) 50 1 50
柴油及处理柴油所需试剂 15 2 30
氧气调压阀 40 1 40
磷酸(制无机密封胶) 15 1 15
氧化铁黑(制燃烧室表面涂料) 8 1 8
申请金额 1003 元
项目状态
提交申请
专家审核
管理员复核
结题
申请人修改超时,已视为放弃
最新进展
提交申请表
用户信息通过审核
项目信息未通过审核,等待申请人修改。 审核意见:该项目申请具有较大的设计和制作难度,但申请人发帖记录中,与液机相关的全部2个帖子都鸽了,其余帖子也未能显示申请人拥有完成该项目的能力,且项目时间1000天过长。请至少完成一个液机相关项目后再来申请。
资金预算未通过审核,等待申请人修改。 审核意见:项目内容部分未通过
申请人修改超时,已视为放弃
154454496 作者
1年8个月前 修改于 1年8个月前
1楼

被拒的理由好尴尬……还有两瓶30水,搞一台液机模型还有戏,来吧。

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虎哥
1年8个月前 修改于 1年8个月前
2楼

这个项目的首要问题是研究方法,因为研究方法的问题导致审查员判断申请人并没有能力实施项目。

要研究辐射冷却的可行性,不是应该先做传热和散热的计算吗,能量衡算完成以后如果有必要验证,不是应该搞一块石墨搭建一个辐射冷却的模型,然后一头加热,另一头用温度计测吗?

这些先决的研究都没有,去搭建一个发动机来测试,风险极大,且由于系统过于复杂,无法排除其它部分的影响,导致整个项目本末倒置。

其中有不少“应该扛得住”之类措辞。第一步的工作“应该”是把“应该”变为“肯定”或“不能”。

做研究不能搞大而全、小而全,贪图第一台什么什么之类,而是应该聚焦于研究的核心问题,通过尽量简洁的路径解决最关键的问题。

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154454496作者
1年8个月前 修改于 1年8个月前
3楼
引用虎哥发表于2楼的内容
这个项目的首要问题是研究方法,因为研究方法的问题导致审查员判断申请人并没有能力实施项目。要研究辐射冷...

感谢建议。那再调整,只能慢慢来了。这个申请我先保留着,前期的研究工作做明白之后再来改申请稿。

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154454496
进士
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2017/02/06注册,2 个月前活动

起来!不愿做奴隶的人们!把我们的血肉筑成我们新的长城! 中华民族到了最危险的时候, 每个人被迫着发出最后的吼声。 起来!起来!起来! 我们万众一心, 冒着敌人的炮火,前进! 冒着敌人的炮火,前进! 前进!前进、进!

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