结构简单可靠的100mm级发动机压力容器设计

考虑到论坛里面最近没有人提出来较大的固体发动机的设计思路,我在这里提出一个压力容器的设计思路,用在我正在设计的100mm发动机上,权当抛砖引玉


首先考虑发动机燃烧室壁厚。我们想要发动机能工作在10MPa的压强下,这样能使用多种燃料并提升比冲。根据计算,3mm厚的6001铝合金能承受11MPa,故我们将壁厚设为3mm


其次考虑堵头和喷管的固定。看很多前辈在压力容器的侧壁打孔,使用螺丝卡到堵头/喷管上开的槽里面。我认为在较大的口径和室压下,固定的螺丝可能无法承受工作时的剪力。我们的思路是,喷管和堵头的外侧延长出一个法兰,两个法兰通过长螺杆拉紧。这样充分利用了螺杆的结构强度,能承受更大的力,进而保证安全。


封面图为我正在设计的发动机的渲染图

来自:火箭技术 / 喷气推进
御坂18650
6个月15天前
1楼

侧面打孔从来都不担心螺丝抗剪,螺丝孔的强度才是问题。法兰固定会严重增大发动机直径导致阻力很大,只适用于地面试验。而且说实话从来没人开槽放螺丝的,都是螺丝孔。


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NaiveTomcat作者
6个月15天前
2楼
引用御坂18650发表于1楼的内容
侧面打孔从来都不担心螺丝抗剪,螺丝孔的强度才是问题。法兰固定会严重增大发动机直径导致阻力很大,只适用...

我当前的设计中,发动机机身直径100mm,法兰直径130mm,的确有一定的阻力增大,然而我觉得,只要箭体设计得当阻力的问题便可得到克服。这个发动机设计的干质比在2-3之间,设计耐压10MPa,还是想使用较为稳固的法兰固定。

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helium
6个月15天前
3楼

工业压力容器最高耐压一般设置为工作压强的2倍左右

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NaiveTomcat作者
6个月14天前
4楼
引用helium发表于3楼的内容
工业压力容器最高耐压一般设置为工作压强的2倍左右

我们设计使用的燃料是RNX,基本上室压到5MPa就封顶了,喷燃比有限,5MPa就是一个比较理想的目标室压。如果想用更高压力的燃料,发动机的材料肯定也要重新考虑。我们用6001铝合金的发动机肯定不能不考虑耐压直接装更猛的燃料

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NaiveTomcat作者
6个月13天前
5楼
引用御坂18650发表于1楼的内容
侧面打孔从来都不担心螺丝抗剪,螺丝孔的强度才是问题。法兰固定会严重增大发动机直径导致阻力很大,只适用...

对于碳纤维管来讲上面开孔会显著影响抗压的吧,尤其螺丝孔上碳纤维承受不了那么大的力。所以大直径的发动机以这个方式设计装配,法兰半径大概会比燃烧室外径大10-15mm。其实也可以选用碳纤做外侧的固定代替螺杆,这样法兰的半径还能更小,对阻力的影响也就不那么显著了

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liushang100
5个月25天前
6楼

法兰+螺栓

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西安交大少年班19级学生,擅长计算机以及嵌入式开发,会画PCB板以及进行工程仿真。目前方向:Alolang语言以及高总冲RNX发动机设计

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