32mm金属发动机设计制造
TonyStark 2021-1-15原创 喷气推进
关键词
KNSB发动机试车台

迫于初三党学业繁忙,退坑了好几个月······突然想起来这个总结,不想让它烂尾,就将其完善了。

通过塑料机大致了解KNSB的制作工艺与特性后,SIRIUS-V金属发动机项目启动。发动机用途主要是上箭,因为其设计比较激进,不适合用于燃料探索等。

 

                           设计部分

首先阅读了论坛里许多前辈的设计,初步决定燃料为一致性较好,工艺也较为安全完备的KNSB。且KNSB所需的合适喷燃比300-500,与部分AP燃料相仿,以后可以直接换用。固定采用螺丝,喷管为复合环氧树脂(第一次试车时采用光固化树脂),隔热层采用外径32mm,壁厚1.2mmPVC线管。燃烧室压强定位15Mpa.由于是上箭需要,设计需较高出架速度。那么

取火箭质量m=2KG(质量往大的取,才能暴力起飞👊

取△V=20m/s

加速时间0.5s

     则a=40m/s^2

所以推力F=ma+mg=100N


现在拿出第一个软件进行模拟尝试,

6a0c1b1643a419e4.jpg

36861dc9d67cd510.jpg

完美

假设线性的话,实际推力会因为两相流损耗,

因此试剂装机时不进行端面绝燃。面会导致

药柱燃烧斜率变小拉高初始喷燃比,降低最大

喷燃比。


接下来,拿出祖传的SRM的软件,都走一遍

20200801094323.png 20200801094359.png 20200801094407.png

用这些软件计算的时候喷燃比这些值可以稍微取大一点(当然,如果发动机耐操,取大亿点也是可以的)

我就取大了亿点点而已~😏

       制造部分

基本符合设计预期后,就可以建模了。

20200718234801.png 20200719001335.png

IMG_20200723_124452.jpg

光固化树脂加入部分耐火氧化物后,还是能耐住KNSB短时间冲刷的。但是一定得加铁垫片作衬吼!主要是打印喷管较为便宜,设计也方便。这里特别感谢@氢离子 的打印!

如果做成金属或酚醛材质,画图加工就得了。

下图是酚醛树脂的

1610576864193.jpg

至于堵头就没那么多讲究了,光固化打印一个,加一块铁垫片就能用很多次了。(找不到图了,大概看一下,会意即可)

IMG_20210115_004913.jpg


接着买好6061铝管,打孔制造发动机

IMG_20200402_154924.jpg IMG_20200402_163626.jpg IMG_20200402_155944.jpg

OK,发动机制造就是这么简单😆

       药柱制造

KNSB最好什么都不加,追求刺激可以加2%~3%氧化铁,压力瞬间爆顶😂或者像我一样少加点东西把药柱调成自己喜欢的颜色😅这里用的是氧化铅和氧化铜(极少量,调色用!)

3D打印一个模具固定四氟棒

IMG_20200501_220547.jpg

至于KNSB制造,我就不多赘述了,一定注意把山梨醇先熬成半透明状,然后分批加入KN搅拌均匀即可。流动性超级好。

制造流程嘛,直接上图

IMG_20200502_141349.jpg IMG_20200502_144054.jpg

药柱浇筑完后放冰箱冷冻柜里冻硬实,然后才能抽棒子。一转一敲就弹出来了。

IMG_20200502_161823.jpg IMG_20200531_135605.jpg

做出来的药柱让人看着就想咬一口(悄悄告诉你们,苦的😏👍👌

烧一下残渣很少,主要是氧化铅残渣。如果什么都不加做出来的65:35的KNSB是没有任何残渣的。

最后就是装机喽

IMG_20200725_103819.jpg IMG_20200724_121322.jpg

Tips:

隔热层的PVC管会很难塞进铝管,三种解决方法:

a.做药柱前把PVC管火烧软让后立刻塞进铝管,重复几次后就能抽插自如了

b.用车床削掉一层

c.买铝管的时候内径比隔热层大1mm(比如PVC管外径32mm,可以买33mm*38mm铝管),然后隔热层用纸包一层,厚度正好能塞就行。

试车台&推力采集设备

就简单做个展示吧,有需要的话以后再单独写帖子介绍

IMG_20200523_105803.jpg IMG_20200524_161545.jpg IMG_20200524_161330.jpg IMG_20200523_105734.jpg IMG_20200530_220438.jpg IMG_20200530_134946.jpg IMG_20200530_134752.jpg


     试车

点火药采用KN-Mg-Al点火药,65:25:10

IMG_20200604_231535.jpg



6a99e05eea262384.jpg 647d40fd66ede695.jpg


IMG_20200801_121057.jpg IMG_20200801_112705.jpg

试车圆满成功!从排气射流来看,实际工作情况与设计一致。


      发动机拆解&数据采集分析

47c07bc31498cab0.jpg 228754a13aa9949c.jpg -12d3e372a5d13a01.jpg

采集推力曲线较为平稳

45f52168a7f5f40d.jpg

具体视频请移步B站观看https://www.bilibili.com/video/BV1Gt4y1D7Ho

AV号:BV1Gt4y1D7Ho

结语

至此,该项目暂时告一段落。在Sirius-V项目研制过程中,也发现了自己不少问题,花了不少功夫和资金才解决。至今还记得疫情期间,自己趁着网课中午午休时间,踏着辆小摩拜跑遍大厂区买各种材料,铝管,丝锥······也都是秉着自己的一份热爱和梦想,不断攻克难题,也让自己成长。把这一个发动机研究过程发出来是为了给新手坛友们一个设计发动机的模板,至少按照这样设计的发动机肯定不是个简简单单的窜天猴。

学习繁忙,没时间再肝了。文章中若有什么不当之处或者错误,欢迎大家砸砖!

最后放几张做的药柱啥的···

IMG_20200803_115351.jpg -398aaefbe76d1864.jpg IMG_20200803_125211.jpg -60fc9261981fd9b7.jpg

+1  科创币    Tvanerti   2021-01-29   很精致,透露了大量的细节便于新手学习
来自:火箭技术 / 喷气推进
31
香皂火箭q
1个月16天前
1楼


难得见火箭板块的完整帖子了 点赞!

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二甲基亚砜
1个月16天前
2楼

这是别人家的初三.....厉害👍

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9zhmke
1个月16天前
3楼

赞一个初三生

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TonyStark作者
1个月16天前
4楼

CTX定稿.png 突然发现logo没加上😂   @Marx 今年咱们都考完试暑假一起搞个大项目👊


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Tvanerti
1个月16天前 修改于 1个月16天前
5楼

很不错,很长时间没见这样的帖子了

很想了解一下这种喷管在工作工作之后侵蚀是否严重,可以用重复几次?

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TonyStark作者
1个月15天前
6楼
引用Tvanerti发表于5楼的内容
很不错,很长时间没见这样的帖子了很想了解一下这种喷管在工作工作之后侵蚀是否严重,可以用重复几次?

特意把半年前的喷管找出来了😂

铁垫片几乎没有烧蚀,也就是说喷喉没有扩张。但是扩张段烧蚀较为严重,其实对推力影响不大,毕竟32mm发动机规格很小。当然有能力最好用酚醛树脂加工,不会有明显烧蚀,还很轻。

这玩意烧成这样,必然是一次性了。但是这个打印喷管图的就是廉价方便,复用也没有必要👌

IMG_20210115_232108.jpg IMG_20210115_232036.jpg

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LS
1个月15天前
7楼

hmmmm.....

你可以考虑把推力曲线发给我,我给你分析一下试车压强。

看你这个升压略慢了点,是点火没做好吗?

对星孔药的内弹道计算可能需要cad或者solidworks软件进行辅助导出燃面数据。

并且,看你的模拟过程问题很多,建议公布发动机详细数据(就算是扩张比之类也有实用价值)。

我的模拟结果(因给出的数据实在有限,故不能得出有参考意义的结果):

QQ截图20210116132009.png QQ截图20210116132018.png

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TonyStark作者
1个月15天前
8楼
引用LS发表于7楼的内容
hmmmm.....你可以考虑把推力曲线发给我,我给你分析一下试车压强。看你这个升压略慢了点,是点火...

多谢!

45f52168a7f5f40d.jpg

星孔用这个算的

20200702211317.png

数据忘摆上来了😅

IMG_20210116_175537.png

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Marx
1个月14天前
9楼
引用TonyStark发表于4楼的内容
突然发现logo没加上😂   @Marx 今年咱们都考完试暑假一起搞个大项目👊

okok

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Marx
1个月14天前
10楼

大赞,lz集合我们CTX的部分成果进行发表,算是CTX在大家面前的初次亮相了,希望大家多多支持

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TonyStark作者
1个月14天前
11楼

补充一下@LS 帮忙绘制的P-t图

-30ce972ed46bb462.png

确实存在升压较慢的情况,应该是点火问题。虽然用了点火药,但是因为喷吼小,怕堵,没有按计算的点火药量加。

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谁叫小明
1个月11天前
12楼

喷口真是意想不到啊~

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xhlab
1个月10天前
13楼

制作非常完美的knsb药柱!氧化铅催化和这种大表面积内孔,弥补了knsb有时会推力不足的问题。推力上去的很快,试车也很稳。论坛就是需要这种帖子,赞 sticker

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MGS
1个月7天前
14楼

这何止是牛,完全就是哈拉少啊!

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TonyStark作者
1个月1天前
15楼

其实写这个帖子的根本目的,是给刚入门的萌新看的。毕竟这个发动机也没有什么出色的创新设计,只能说中规中矩。所以好久以前写了个开头就没想继续写了。倒是退坑这么久,经常看见哔站或各大交流群中,各种各样的萌新入门后只会电火造烟,还沾沾自喜认为造了“发动机”,实际实在是连窜天猴都算不上。

在网络日益发达的时代,KCer们应当做好新人的引路人,在KC发帖得赋有计算数据,再怎么说,喷燃比得有吧?制作至少具备扩张段的喷管,尽量避免在KC制作直喷水管机等发动机,切勿将这种水管机发到视频网站上,以免外行人看了被误导认为造火箭很简单,水管拼一拼就行。乱模仿,瞎入坑,实际仍然是外行人,不仅有可能城门失火殃及池鱼,也极大拉低了火箭圈子的水准。

不要做拉低入圈底线的事情!

新人要做真正的火箭发动机,我这篇文章中提到的都是最基础必备的,喷管、喷燃比、规范的药柱制作、试车固定台、推力测试,缺一不可!否则不能称为发动机。

对于新人入坑,我们要再视频等他们认识到火箭圈的地方极力引导他们进入KC,KC的喷气推进版也应加快进程做好入门手册,以正确的帖子引导他们入圈,不仅少走歪路,也能杜绝之前说到的情况。


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MGS
1个月1天前
16楼

很漂亮,lz什么时候发射or试车这几个rnx? sticker


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TonyStark作者
1个月1天前
17楼
引用MGS发表于16楼的内容
很漂亮,lz什么时候发射or试车这几个rnx?

遥遥无期,恐怕得等我中考结束😅

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MGS
1个月0天前
18楼
引用TonyStark发表于17楼的内容
遥遥无期,恐怕得等我中考结束😅

lz加油,要中考了啊


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星羽
19天4时前
19楼

LZ用的来堵头的螺丝是什么规格的?

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TonyStark作者
18天13时前
20楼
引用星羽发表于19楼的内容
LZ用的来堵头的螺丝是什么规格的?

M5*8的无头螺丝

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