零 前言

固体火箭燃料，即固体火箭推进剂，是火箭发动机的关键部分。一款优质燃料能让火箭飞的更高更远，同时也能保障使用者的人身安全。我在本文中提出了一些火箭燃料好坏的评价维度，欢迎各位大佬进行补充、提出批评建议。

部分维度会有重叠部分。维度为定性/定量。

一 评价维度

    0 制作

        (0) 安全性

            制作过程是否会对制作者的人身安全造成伤害，包括但不限于制作时是否容易发生自燃、原料的毒性和挥发性、是否需要用到带压/真空容器（如真空浇筑仓）。

        (1) 制作是否方便

            取决于制作工序是否复杂，浇筑性能等。

        (2) 一致性

            不同批次的燃料性能差距大小。影响因素有选材、工艺等。黑火药由于选用木炭，一致性差，有时甚至需要混批来保证均一。

    1 储存

        (0) 安全性

            储存过程是否会发生自氧化引起的燃烧。

            KN含有硝酸根，Mg这些活泼金属，在酸性环境下稳定性欠佳。部分干混燃料需要进行表面处理.

        (1) 稳定性

            长期储存过程是否发生燃料品质的改变。其中包括燃料是否吸潮

    2 工作

        (0) 比冲

            火箭发动机中，单位质量推进剂燃烧时产生的冲量称为比冲，以$I_{SP}$ 表示为：$I_{SP}=\frac{I}{m}$ 。其中$I$为发动机总冲，$m$为固体推进剂的总质量。比冲是衡量燃料性能的重要标准，其与发动机设计、燃料燃烧焓变、燃气平均相对分子质量等有关。

            类似的还有密度比冲：$I_{\rho }=I_{sp}\cdot \rho$ $\rho$为推进剂密度

        (1) 特征速度

            特征速度是描述推进剂做功能力的一个重要参数，定义为燃烧室的室压和喷管喉部截面积的乘积与质量流量之比：$c^{\ast }=P_c\cdot A_t/m$ 。特征速度不是速度，其反映的是推进剂能量和做功能力。

        (2) 燃速

            线性燃速：推进剂燃烧沿表面法线方向消失的速度：$u=\frac{de}{dt}$,e为燃烧层厚度，t为该厚度的燃烧时间。 

        (3) 燃速压力指数

            燃速和推进剂成分、温度、压强有关。与压强的关系：$u=u_1\cdot p^n$ ,其中n为燃速压力指数，$u_1$ 为压强1MPa时的线性燃速。燃速压力指数的意义是燃料燃速对压力(压强)的敏感程度，对火箭发动机制作的意义是确定耐压防爆，对燃料的意义是确定燃料是否容易导致发动机爆炸、用于内弹道模拟等。

        (4) 燃料机械性能

            机械性能不好的燃料容易在发动机内变形破裂，加大燃烧表面积，甚至会堵住喷管引起爆炸。

        (5) 爆炸

            部分含能固体推进剂在使用时有DDT风险。部分RAP燃料(现已淘汰)的制作过程极易生成有机胺高氯酸盐，可能引发爆炸

        (6) 燃烧温度

            对喷管选材有参考意义，从而影响成本

        (7) 对喷管烧蚀

            对喷管选材有参考意义，从而影响成本

        (8) 点火性能

            是否容易点火。是否容易喘燃。

        (9) 对于导弹用燃料，还需降低特征信号，从而降低被发现的可能

    3 推广

        (0) 成本

        (1) 原料易得情况

            原料是否管制，原料是否方便购买。

二 评价案例

    0 KNSB

        该燃料熔铸温度低，固化时间长，使用热熔法制作该燃料较为安全而且方便。该燃料吸湿性小于KNSU和KNDX，本人密封储存该燃料一年尚未观察到明显的性质改变。理论比冲164s，较高。高压下可能发生侵蚀燃烧。极端条件下起爆不爆轰。成本低廉，小于20元每500g。原料硝酸钾为易制爆管制品，但作为一种农业常见肥料较易获得。山梨糖醇为常见食品添加剂，同样较易获得。鉴于其适中的性能和低廉的原料获取及制作成本，以及较高的安全性，该燃料适合新手学习使用。适合中小型发动机。

    1 APCP

        该燃料制作过程设计DOA等有毒物质，制作工序复杂且涉及到真空浇筑仓.比冲超过200s，性能高。含铝APCP燃烧温度高，对喷管有一定要求。点火比较困难。发动机设计不合理有烧穿或者耐压不足爆炸的危险。成本较高。原料高氯酸铵为易制爆管制品，在目前国情下极难获得。铝粉为易制爆管制品，较难获得。端羟基聚丁二烯等为化工原料，一般。结论：适合作为进阶燃料。适合中大型发动机。

    2 BP(KN:炭:S15:3:2 含硫配方)

        该燃料制作过程工艺较多。直接“粉压”的燃料难以合格，实际需要压药，工艺复杂。由于含硫，压强指数高，发动机耐压不足、工艺不当容易导致爆炸。一致性差。比冲小于100s，性能低。易发火。原料硝酸钾为易制爆管制品，硫为易制爆管制品，优质木炭(一般使用麻杆炭)难以获得(可以使用绘画用的棉柳炭条代替,但成本高,约0.8-1.2元/g)。结论：适合小型发动机使用，或者用于烟花看花听响。

三 提醒

    请不要以放烟花的态度对待火箭燃料。切记人身安全第一。切记发动机制作前进行内弹道模拟以及力学分析.切忌乱混、凭感觉制作、在理论分析不充分的情况下冒险。

四 参考资料

关于RAP燃料爆轰危险性因素的警告

典型固体火箭燃料名单及禁用名单【20191012修订版】

KNSB的所有数据

KNSB全制作与测试

APCP燃料制作、装机测试全过程

固体推进剂的性能参数及其.pdf 5.57MB PDF 82次下载 预览