申请人信息
申请人ID:山氰水溴
真实姓名:王瀚霖
自我介绍:本人是一名高中生,擅长中小型固体火箭的设计及制造.
申请方式:团队
组员ID:Winter御坂18650
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申请人曾经发表的技术文章:
项目信息
大总冲高能固体火箭发动机的内弹道设计方法研究与设计、制造、试车
学科分类:喷气推进研究周期:200 天
摘要
设计,制造一台大总冲高可靠性高能燃料发动机并进行热试车
关键词

1、研究背景
        在爱好者的火箭发射活动中,固体火箭发动机是火箭动力源最常见且便捷的选择。因为火箭载荷质量、射高、最大速度等指标的需求变高,必需要提升固体火箭发动机的比冲和总冲。然而国内爱好者群体中,已经公开设计和数据的高功率固体发动机十分稀缺。而在已有的公开设计中,也普遍有设计不够合理、造价昂贵、死重过大、装药量低、制造工艺复杂等问题,因此爱好者缺乏适合作为优秀案例进行学习和仿制的例子。我们团队认为有必要研发一种较高性能的固体火箭发动机来填补目前技术和经验的空缺,在研发过程中解决部分阻碍爱好者制作火箭发动机的难点,推动火箭爱好的共同进步。

2、研究目标
        本项目旨在设计、制造一台能够在82mm或更大直径的探空火箭中使用的大总冲高可靠性高能燃料发动机并进行热试车。该发动机可以达到以下方面的要求:总冲达到6500NS,装药比达到50%。

3、研究计划
3.1各部分设计与仿真
        发动机最先确定壳体使用6063-T5铝合金,内直径75mm,发动机内压初步确定为教科书经典压强6.8MPa,然后计算壳体耐压得到了3.5mm的厚度,即外径82mm。我们使用OpenRocket软件设计了一款比较典型的火箭模型进行论证工作。发动机壳作为下段箭体,上段箭体与发动机直径相同,回收设备与载荷安装在上段箭体,重心基本确定后进行了尾翼的设计。在设计完成后使用不同性能的发动机数据进行仿真,通过数次仿真发现,在现有可达到条件下提高发动机总冲和装药比对射高均有积极意义。为了增加总冲应该增加发动机装药长度,而因为燃通比的限制,装药越长内孔尺寸就需要越大,这会严重降低装药比。(注:燃通比是燃料某截面之前的燃烧面积与此截面处的通气面积之比,超过临界燃通比时发动机会出现侵蚀燃烧。结合文献资料和我们的发动机设计制作经验,我们敲定最大燃通比不应超过50。燃料内孔中任何一处的燃通比均不应超过该值。在非专业条件下,侵蚀燃烧程度通常无法预测无法控制,导致发动机内压超出设计,过压,甚至爆炸,应该尽量避免。)为了在保证燃通比不超标的前提下尽量提升装药比,我们选择了翼柱装药。翼柱装药的发明初衷就是为了在保证侵蚀燃烧在可接受范围内且推力曲线满足需求(如为航天飞机提供大推力起飞)的前提下提升装装药比。进行多次翼柱孔型试算后发动机装药长度被确定为700mm,这在总冲和装药比之间达到了较好的平衡。发动机外形和性能指标确定后,我们把这个发动机的模型带入火箭模型再次进行仿真,火箭飞行高度良好,稳定性符合要求,至此发动机壳体主要设计结束。
         翼柱孔由多段截面不同的内孔组成,是有三个燃烧方向向量的变化孔型。燃料柱不同孔型相接处出现内孔扩大同时内孔长度发生变化的情况,燃面变化复杂,难以模拟燃面变化。
        我们计划把每段内孔不同的药柱端面使用阻燃填料的增韧改性环氧树脂进行阻燃,目的是减少一个燃烧方向向量让药柱燃面相互独立,不会出现不同内孔互相入侵、长度发生变化。分开每段药柱单独模拟燃面变化,再将全部燃面直接相加计算喷燃比,大大降低翼柱孔的设计难度。
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目前设计已经完成,为圆孔-圆锥孔-星孔(从堵头到喷管排序)的翼柱孔型。
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设计已经达到了总冲、最大燃通比的指标,现设计装药比超过50%。

内弹道设计基本完成后,我们根据发动机理论最大工作压强进行了发动机壳和喷管堵头连接处的设计。

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上述内容是设计发动机时的大致过程,目前已经设计完成,各项仿真结果符合设计指标,可以进入实际制造阶段。

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3.2发动机与试验设备的装配和测试
(1)发动机的制造和数据采集设备的安装调试
        发动机计划采用内径75mm外径82mm的6063-T5铝管,由车床车削外圆削薄至合适的厚度。喷管堵头采用酚醛树脂材料车削制成,喷管安装石墨喉衬使其抗烧蚀。喷管赌头和发动机外壳之间采用侧向的螺栓固定,螺栓数量和排列方式经有限元仿真优化以提高安全性。
(感谢warmonkey提供机械加工渠道)
        数据采集设备方面,计划采用堵头安装的压力变送器采集发动机内压变化曲线,称重传感器采集发动机推力变化曲线。数据记录于TF卡中,导入电脑后进行分析。
(感谢warmonkey提供数据采集卡、压力变送器)
(2)燃料制造
        因大尺寸发动机对气泡可能更敏感,所以不在使用之前的常压振动浇筑工艺生产燃料。本次试车采用的燃料将使用真空振动浇筑,使用可溶性泡沫芯模制造锥孔-翼柱型内孔。燃料生产前将PVC管烤软并插入发动机外壳中冷却使两者可以更容易的配合,燃料浇注至处理过的PVC管中。燃料制造完后进行取样切片检查保证无气泡问题。如检验合格将进行发动机总装。
(3)发动机热试车
        发动机总装后择期进行热试车,试车时记录燃烧室内压强和推力,便于后期分析。试车结束后测量发动机壳体各处温度。完成后将把发动机拆解检查有无损坏情况(如壳体被烧蚀)

3.3数据分析,仿真与实测的对比
        试车完成后,把采集卡记录的数据导入电脑,查看部分重要指标如室压曲线,推力曲线,点火延迟和工作时间。与预期工作曲线结合分析内弹道设计的准确性。

4  、项目分工与项目管理
山氰水溴,:项目管理监督及总负责人、燃料模具制造
Winter:资金保管、发动机内弹道设计、发动机机加工
御坂18650:资金流向记录、发动机机械结构设计、真空仓制造、燃料制造、发动机装配、发动机热试车

5 、项目先进性
(1)大总冲、高装药比的火箭发动机
(2)提高装药比,减少余药量,并将三维翼柱形内孔二维化设计,减少内孔设计的难度与工作量。
(3)将燃通比控制技术应用于装药设计中,避免侵蚀燃烧发生,便于在设计阶段对发动机性能与内弹道做出更准确的仿真和优化。
(4)使用酚醛树脂、石墨、铝管等常见材料制造简单可靠的发动机。
(5)操作简单的PVC管隔热层尺寸修整工艺,便于隔热层与燃烧室内壁的配合。
(6)验证泡沫塑料作为燃料内孔模具的可行性
(7)适用于大长径比发动机的多药包同步点火技术,保证发动机点火的准确性和可靠性。

6、成果固定方式
(1)将本项目研究成果(设计方法与图纸,发动机及药柱制造工艺,燃料配方等)汇总并在论坛相关版块发布较为严谨的帖子作为结题报告。

(2)将有参考价值的数据、照片、视频整理后发布至论坛。
(3)对与有推广价值的部分(包括但不限于加工制造方式,内弹道设计方法)写成帖子在论坛发布。

附:

关于团队一组员私自联系某专家并以该专家意见向管理员施压一事的检查书
       

       得知团队一组员私自联系某专家并以该专家意见向管理员施压一事后,我们第一时间对事件进行调查。经查证,该事件属实。该事件由某组员缺乏申报常识、急于求成引致。情节严重,造成了不良影响。
       对此我们怀着万分愧疚和懊悔的心情,对本次事件造成的严重后果和恶劣影响深表歉意,同时做出深刻的检讨。该事件与团队要求不严,疏于管理有直接关系,从今以后我们一定会严格要求自己并规范在项目过程中的行为。 
       团队经研究决定,对该组员进行严重警告,该组员也立刻认识到了自己的错误,并进行深刻反省,保证永不再犯。


预算备注:
8kgAP将用于燃料浇筑工艺测试、泡沫芯模内孔成型工艺测试、切片检查、发动机试车。试车预计使用4.9kg,工艺测试及切片检查预计至少使用2kg。
由于市面上无法购买到完全符合规格的管材,所以我们计划购买85*75的6063-T5管材,由车床车削外圆削薄至合适的厚度使用。

加工费用是估计价格,项目结题时向基金归还余额。


资金预算
用途 规格型号 单价(元) 数量 单位 合计(元) 专家建议(元) 实际批准(元)
6063-T5管材85*75,2米(由于市面上没有75*82规格的管材,所以我们计划使用该管材车削加工到82mm外径) 350 1 350 210 210
PVC水管隔热层 30 1 30 30 30
广陆150mm数显卡尺 154 1 154 135 135
药柱内孔模具制造 400 1 400 400 400
小零件杂项 100 1 100 100 100
车削加工喷管费用 160 2 320 320 320
车削加工堵头费用 80 2 160 160 160
车削铝管加工费用 100 2 200 200 200
车床修整药柱费用 100 1 100 100 100
AP 200 8 1600 1600 1600
e51环氧树脂 40 1 40 40 40
669稀释剂 60 1 60 60 60
593固化剂 30 1 30 30 30
75mm花板浇筑振动真空仓 400 1 400 400 400
盘形500kgf称重传感器 220 1 220 220 220
红外测温枪 150 1 150 150 150
10Mpa水压测试泵 258 1 258 258 258
运输费用 15 10 150 150 150
申请金额 4722 元,专家建议 4563 元,实际批准 4563 元
实际花费
用途 规格型号 单价(元) 数量 单位 合计(元)
6063-T5管材85*75,2米 350 1 350
PVC水管隔热层 30 1 30
广陆150mm数显卡尺 154 1 154
药柱内孔模具制造 400 1 400
小零件杂项 100 1 100
车削加工喷管费用 160 2 320
车削加工堵头费用 80 2 160
车削铝管加工费用 100 2 200
车床修整药柱费用 100 1 100
AP 200 8 1600
e51环氧树脂 40 1 40
669稀释剂 60 1 60
593固化剂 30 1 30
75mm花板浇筑振动真空仓 400 1 400
盘形500kgf称重传感器 220 1 220
红外测温枪 150 1 150
10Mpa水压测试泵 258 1 258
运输费用 15 10 150
实际花费 4722 元,应退金额 0 元
拨款详情
序号 金额 状态
第 1 期 2943 元 已拨款
第 2 期 1620 元 已拨款
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高能固体火箭发动机内弹道设计方法
项目状态
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专家审核
管理员复核
第 1 期拨款 2943 元
第 2 期拨款 1620 元
结题
最新进展
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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:1、不符合工整的要求,应删除无用空格,整理格式,修复缺损、多余或不合适的标点符号,修复错误的符号大小写。 2、标题存在包含关系,与项目内容不一致。发动机设计自然包含内弹道设计。项目内容包含内弹道设计方法研究,标题未提及。 3、综合全文来看,研究目标应包括设计方法的研究和验证。 4、根据《关于科创基金资助项目必须开源的通知》,“成果固定方式”中应包含公布必要的图纸、工艺、配方等,达到本领域的技术人员能够重复合验证的程度。 5、缺少对药柱(段)之间进行阻燃的目地、方法和可能效果的论证。 6、未阐述火箭的设计规格,这几流程倒置,使得发动机的设计目标缺少约束和依据,成为纸上谈兵且缺少细节。比如片面追求装药比,可能导致发动机外形不合理,从而影响火箭的设计和性能。 7、研究周期过长。如果超过1年,需分阶段申请。
资金预算未通过审核,等待申请人修改。 审核意见:1、部分预算单价偏高,可能存在随意拼凑的情形。 2、从项目计划中可见,侧向固定孔显然没有100个。 3、项目计划中没有火箭和发射相关内容,Gopro Hero5是不必要的,可以使用手机、家用相机等替代。 4、AP的数量(若以千克为单位)明显超过需要量,且价格畸高。
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用户信息未通过审核,等待申请人修改。 审核意见:该团队内某位组员私下联系相关专家、基金管理员询问审查意见,并将某专家的个人意见转述至管理员,给审批施加压力。请申请人履行内部程序,并对该行为进行深刻检讨。
项目信息未通过审核,等待申请人修改。 审核意见:尚未解决前次审查意见中提出的问题。 5、缺少对药柱(段)之间进行阻燃的目地、方法和可能效果的论证。补正文件只是增加了阻燃目地、方法,但没有论证。阻燃通常用于防止端面燃烧,怎么在这里就能够让各段药柱的燃通比相互独立、互不影响了? 6、未阐述火箭的设计规格,设计流程倒置,使得发动机的设计目标缺少约束和依据,成为纸上谈兵且缺少细节。比如片面追求装药比,可能导致发动机外形不合理,从而影响火箭的设计和性能。对该流程缺陷没有必要的补正。
资金预算未通过审核,等待申请人修改。 审核意见:本轮未评审预算。
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用户信息未通过审核,等待申请人修改。 审核意见:未对上轮评审指出的组员私自联系某专家并以该专家意见向管理员施压的内部处理程序和内部处罚决定进行必要的说明。该说明需由申请人亲自以检查的形式通过回复申请书的方式公开发表。
项目信息通过审核。 审核评语:(1)评审发现的问题基本修复,但仍有错别字和多余标点符号,尚可接受,建议优化。 (2)项目内容中出现了与项目无关的图片。
资金预算未通过审核,等待申请人修改。 审核意见:铝管规格与项目内容所述不一致。
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项目信息通过审核
资金预算未通过审核,等待申请人修改。 审核意见:上一轮评审中发现的预算中个别规格与项目内容所述不一致的问题尚未解决。
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项目信息通过审核
资金预算通过审核
管理员复核通过,开始项目。 审核评语:原则同意,按相关规范分两期拨款,建议第一期包含研究制造费用,第二期包含试验费用。
申请第 1 期拨款
第 1 期拨款 2943元 完成
第 1 期申请人确认收款
购买了部分材料并完成了发动机加工
申请第 2 期拨款
第 2 期拨款申请未通过审核 该报告不符合中期报告的形式要求,未包含研究计算,主要设计图纸等学术内容,仅有采购加工说明。请补偿实质技术内容。
购买了部分材料并完成了发动机加工
申请第 2 期拨款
第 2 期拨款申请通过审核
第 2 期拨款 1620元 完成
第 2 期申请人确认收款
本项目成功研发了一款大总冲高装药比的高能固体火箭发动机,使用较为简单的设计方法准确的预测内弹道,并且开发了基于可溶泡沫芯模异形孔成型工艺,同时也积累了较多的工艺经验,试验结果基本达到预期。 山氰水溴:项目管理监督及总负责人、燃料模具制造 Winter:资金保管、发动机内弹道设计、发动机机加工 御坂18650:资金流向记录、发动机机械结构设计、真空仓制造、燃料制造、发动机热试车
提交结题申请
结题报告审核未通过,等待申请人修改。 审核意见:似乎并未归纳出一套“大总冲高能固体火箭发动机的内弹道设计方法”,只是记录了一种发动机的试制过程。建议在结题报告中补充。
本项目成功研发了一款大总冲高装药比的高能固体火箭发动机,使用较为简单的设计方法准确的预测内弹道,并且开发了基于可溶泡沫芯模异形孔成型工艺,同时也积累了较多的工艺经验,试验结果基本达到预期。 山氰水溴:项目管理监督及总负责人、燃料模具制造 Winter:资金保管、发动机内弹道设计、发动机机加工 御坂18650:资金流向记录、发动机机械结构设计、真空仓制造、燃料制造、发动机热试车
提交结题申请
+0.66  科创币    ERIC20041219   2020-05-30   资瓷
来自:航空航天 / 喷气推进自助服务区 / 科创基金
6
12
ERIC20041219
1年7个月前
1楼

大赞,秀秀加油啊! sticker sticker

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Winter
1年7个月前 修改于 1年7个月前
2楼

如果各位在主页看到了这个帖子,觉得这个项目不错可以支持一下的话,希望能到这个完整申请页面底部,点一下支持 sticker 科创2020K1基金申请

不过也可能本页面就是完整页面,请往下滑动看一下有没有支持或反对的意见框。

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LS
1年7个月前
3楼

nice,好评

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GMCC_Library
1年7个月前
4楼

好评,期待后续成功

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kc_114514
1年5个月前
5楼

期待研究成功哦

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5865
1年5个月前
6楼

加油

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山氰水溴
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