ABC火箭技术之 自适应烧蚀环氧树脂喷管
ABC 2008-10-24喷气推进
这也是我的"小型制式模型发动机技术"的成果之一

    发动机机的效率很大程度上决定于工作压力, 而压力是通过喷管收敛段形成的喷燃比维持的, 如果发动机工作全过程都能维持适当的压力,那效率就高.  

 目前大多人做的药柱都是比较落后的直接浇入发动机的增面燃烧药柱, 我发表的"粉压推进剂"也是增面燃烧型.  即燃烧面积是由小到大变化的, 而喷喉面积却是固定的,  这就造成了开始时压力太低,而工作后期却太大了, 波动非常大, 造成了燃料的浪费.

    鉴于这些问题,我设计了"自适应烧蚀环氧树脂喷管" , 即喷管面积随燃烧的进行而烧蚀扩大,配合药柱面积的扩大,从而使发动机室压的波动大幅减小, 提高了燃烧的使用效率,同时避免了压力过高,安全性也有增加.

 自适应喷管的第一个要求就是喷管材料有适当的烧蚀速度,烧蚀在这里可以分成两种,第一种是冲刷烧蚀,即低强度材料在发动机的高速喷射气流冲刷下被扩孔, 第二种为高温烧蚀,即喷管材料受高温气流回热分解而扩孔.  
 
 第一种烧蚀方式要求材料强度低,这是明显是不适用的,如果在业余发动机这样的喷射速度下都会发生扩孔的话,那说明这种材料强度太低了,根本无法承受发动机的工作压力.典型的材料是石膏,冲刷烧蚀和高温烧蚀同时存在,烧蚀并不是层状进行的,最后喷口已经不成圆形了,而且只要发动机压力上去了,整个石膏喷管马上被压成粉碎.

 第二种烧蚀方式才是我们需要的,在低温下强度低而高温时会缓慢分解(注意是分解,不是熔化)的材料有哪些呢? 答案是:复合材料. 普通复合材料是环氧树脂与玻纤或碳纤的结合, 而我的配方就是热固性树脂与粘土粉. 这是可以实现层状烧蚀的配方

 事实证明了我的思考是可行合理的,静推力测试了两枚发动机,发射了三枚发动机,非常成功.

好,开始制作自适应烧蚀喷管.

<一>  配方: 

粘土粉(或水泥粉,黄泥粉)  80%--85% (可以加入1/3细砂)

环氧树脂(或农机胶,AB胶)    15%-20%

<二>:制作准备
 
准备好粘土粉,这是农机胶
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环氧树脂性能非常好,有条件可以买一套,一公斤装40-50元
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将截好的PVC管做"缩口"处理.
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混合胶水的两个组分,一定要充分混合
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搅拌,用力地,充分地搅拌
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混好的"喷管复合材料", 是像湿泥状的
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<三>  喷口的压制.  

20MM 管装5克-6克比较合适, 批量制作是一定要准确称量,这样能保证一致
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装入发动机外壳
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用一根接近PVC管内径的木棒或者其它合适的棒, 铁锤敲实, 要用力敲.
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三小时小,材料初步固化, 用2.5-3MM 的钻头钻孔, 这时不未完全硬用小锉甚至螺丝批都时可以钻得穿的,
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右边就是做好的喷管,而左边是模具压出的拉氏喷口,关于成型模具会另有篇章介绍.
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非常正的喷管
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<四>  测试

好, 每个发动机装9克 粉压黑火药推进剂进行点火测试
暴风截屏 1.jpg



强, 推力的比冲都大有提升
暴风截屏 0.jpg



工作后的喷口
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初始喷口3MM, 工作后喷口直径为4.8MM
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喷管的内喉, 仍然是很正的,圆直的.  说明烧蚀是层状发生的, 不错
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+8000  科创币    生化魔神rdx   2008-10-24    很好
来自:航天航空 / 喷气推进
 
1
2008-10-24 15:28:53
ABC(作者)
1楼
技术总结:

 自适应烧蚀环氧树脂喷管,我们简称为树脂喷管

  树脂喷管在十小时后即完全干固, 强度和硬度都非常高,用指甲不能对其任何破坏,也不能在其表面画出痕迹,而且是有韧性的,耐压和耐冲击性能突出, 除非发动机外壳炸裂,它不可能被压力破坏,它可以进行机械加工, 用钻头钻出的孔是光滑的,没有崩口,可以用刀削用砂轮磨用钢锯锯,加工成想要的形状.

  环氧树脂和农机胶我都试制过,效果是一样的, 而AB胶未试过,AB胶品种繁多,注意不能用快干型的,不然没等你做好就干了. 树脂多些混合会容易些,强度和一致性好,但不宜高于20%. 胶少些成本就低些,也稍耐烧些,但需要更大的压制压力,最低的树脂含量不小于12%.

    树脂喷管干固过程不存在收缩,这是非常可贵的特点, 直接在发动机外壳内成型, 能过管口缩口和树脂本身的粘接力,与外壳成为一体, 接合强度很高, 每次制作出的喷管在强度和尺寸等方面都是很稳定的.

     树脂喷管是自行固化的,这是它的另一个可贵的特点. 这意味着里面没有水分不需要干燥,结合它的初始成型性,可以在压好喷管后跟着压入推进剂,使制作过程变成流水作业,-同时制作工序很少,以十枚一批量制作,只需用时不到30分钟.----这是可以高速制作的一次成型喷管 ,

  由于强度高,树脂喷管可以应用在大型发动机. 在小型发动机里,喷口从3MM烧蚀到4.5MM,面积扩大到原来的2.5倍.  而假如大型发动机喷口直径为10MM, 烧蚀到12MM后, 喷管面积为原来的1.5倍不到. 这样的烧蚀水平是可以接受的甚至是理想的,配合药柱燃烧面设计可以很好的协调压力.

      似乎树脂喷管唯一的缺点就是会被烧蚀,在某些场合,这是极大的缺点,但在这里,我们利用了这个缺点,成为了优点.

  我的使用结果表明,树脂喷管是值得大家去尝试和使用的.

  
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ABC(作者)
2楼
自适应烧蚀喷管与粉压BP推进剂的结合
在"ABC微型火箭技术-为初学者设计的快速制作技术"已经详细介绍了粉压推进剂和卷芯喷管,粉压推进剂在小型发动机里是很好的燃料.而卷芯喷管虽然制作快,但缺点也指明了,强度低制作质量容易受制作技巧影响.现在有了树脂喷管,卷芯喷管应该退出舞台了.

  粉压推进剂的深内孔药柱和烧蚀树脂喷管的结合,使两者的优缺点互补,甚称完美.

一型和二型推进剂是配合卷芯喷管的低强度而设计的, 而对于树脂喷管,强度根本不是问题, 燃料的适应些就强多了,可以放心使用高燃速的配方.

我测试使用的三型BP燃料,装药量为9克,配方:

三型BP燃料    KN:75%    C:15%    S:10%    花生油:10滴 每10克燃料

9克药柱尺寸:  16MM内径, 长30MM      

密度:  约1.5克/ CM3    

树脂喷管喷口直径:  2.5MM-3MM  

工作后喷管直径:  4.5MM-5MM  (BP燃烧温度高,使用KNDX时,烧蚀量会小些)

燃料可以在树脂喷管干固后压入发动机,也可以在压入树脂喷管材料后,跟着压入燃料,在喷管干固后,钻出喷口并打药柱内孔.

  使用喷口面积固定卷芯喷管时,一型推进剂喷口直径限制为3MM. 二型为4MM. 而三型推进剂则必须为5MM才不至于爆. 因为是内孔型药柱, 燃烧面积在最后是达到最大,喷口直径就是根据燃烧面积最大值设计的, 这样开始阶喷燃比就很低, 发动机是烧了一段时间才开始有推力的, 燃料白白浪费了.

使用树脂喷管, 用一型号和二型推进剂时喷口直径可以做成2MM, 三型可以做成2.5MM. 随着燃烧的进行,最终扩大到4.5MM到5MM, 刚好就是最大燃烧面积里需要的喷口直径. 这样就比喷口面积固定是提前产生了推力, 而工作压力峰值不需要提高.燃料效率提高了.


9克装药发动机的点火测试

注意秤指针的起始位置
13.jpg


效率提高的证据, 在喷射气流还这么小是推力就已经产生
2 3.jpg


推力很平稳的上升
3 3.jpg



可能药柱压得不是太好,来了个喘燃
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4克装药发动机发射测试

用一根竹秆稳定
暴风截屏 3.jpg



起飞升空
暴风截屏 1.jpg


暴风截屏 2.jpg




工作后的发动机

由于点火测非常频繁,测试台就快变碳了
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9克装药发动机工作后的近照
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左边是4克装药,右边是9克的
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4克装药的喷口工作后直径为4MM.  9克装药的工作后为5MM
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好,到这里,全部结果大家都看到了, 又完成了一任务.
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3楼
水泥的?
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4楼
[s:251]  [s:251]  [s:251]  [s:251] ABC老大啊~~~~牛人
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5楼
想到了我M9火箭的纸喷口以及后来M10试验型的石膏喷口....
不过这样的问题就在于,火箭必须垂直发射,否则就会出现烧蚀不均匀的现象,然后就会造成火箭稳定性下降。不知ABC是如何解决这一问题的?
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2008-10-25 12:34:30
6楼
那个天平很……“准确"

纸质喷口也能“自适应烧蚀”,
我的纸喷口使用前内径2mm使用后约3mm,不过性能差多了
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ABC(作者)
7楼
引用第6楼zooulo于2008-10-25 12:34发表的  :
那个天平很……“准确"

纸质喷口也能“自适应烧蚀”,
我的纸喷口使用前内径2mm使用后约3mm,不过性能差多了


那可是初中用到现在的天平,有感情了.  准确在这里是相对于"凭感觉定量", 大家不要学我的坏习惯,直接用秤盘盛药品.

汗,纸喷口就不要提了, 不是烧而是烧毀了
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8楼
纸喷口也是可以坚持几秒的,不过需要做加强和防火处理
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ABC(作者)
9楼
引用第5楼生化魔神rdx于2008-10-24 20:15发表的  :
想到了我M9火箭的纸喷口以及后来M10试验型的石膏喷口....
不过这样的问题就在于,火箭必须垂直发射,否则就会出现烧蚀不均匀的现象,然后就会造成火箭稳定性下降。不知ABC是如何解决这一问题的?


层状分解烧蚀, 并不存在你说的这个问题
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ABC(作者)
10楼
纸喷口始终无法解决强度问题.

树脂喷管是我制作的所有喷管中强度最高的,真的很高. (金属除外)
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11楼
石膏可否代替粘土?
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12楼
在采用石膏的时候,就容易烧出椭圆形或鸡蛋型的轮廓。纸卷的确实是一直很圆。
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13楼
自从有了某个玩意儿这些宝贵资料一键保存……
爽……
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14楼
[s:251]  [s:251]  [s:251]
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15楼
粘土指的是那种黑色的胶泥吗?还是红土?又或者是黄土?
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2008-10-26 17:23:24
16楼
滑石粉是否可以代替粘土?
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17楼
发动机测试场所很强大

没看懂测试时发动机是怎么固定的
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ABC(作者)
18楼
引用第15楼暗剑于2008-10-25 23:47发表的  :
粘土指的是那种黑色的胶泥吗?还是红土?又或者是黄土?

黄色的是粘土粉,黑色的是水泥, 每种我都做了一批,混合的也做一批,有点乱
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ABC(作者)
19楼
引用第16楼子羽于2008-10-26 17:23发表的  :
滑石粉是否可以代替粘土?

应该可以,你试试
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ABC(作者)
20楼
引用第17楼zooulo于2008-10-26 17:33发表的  :
发动机测试场所很强大

没看懂测试时发动机是怎么固定的



我的全部PVC发动机都是没有固定的, 有些连那个套也没有,直接放在秤,

喷管很正,无论推力多大都没倒过
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ABC(作者)
21楼
测试了KNDX燃料和树脂喷管的配合.哈哈

结果很棒, KNDX燃烧温度果然比BP低多了
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22楼
牛啊~~~
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23楼
农机2#胶

组分    用量/g    
A、E-44环氧树脂    100    
邻苯二甲酸二丁酯    15  
生石灰(160目,600℃活化4h)    30  

组分    用量/g
B、三乙烯四胺  50    20
DMP-30  31.4
硫脲反应物  18.6

A:B=145:20

制备及固化  A、B两组分各自按用量配制好,然后再近A:B=145:20配制。固化为25℃下3-5h或者60℃下1h。

用途  本胶用于金属与玻璃、陶瓷、木材、胶木层压材料的粘接。适用于120℃以下的机件、农机、汽车、轮船等零部件粘接、修复以及无线电仪表的粘接。

农机1#胶组分 用量/g  
A、E-44环氧树脂    100  
聚硫橡胶(M=1000)    30  
生石灰(过160目,600℃活化4h)    30

组分    用量/g
B、1#固化剂    20
KH-550    3

  A:B=8:1


制备及固化  先分别配A、B两组分,再混合均匀即可。固化:25℃下3-4h,或60℃下1h,接触压力。

用途  本胶在120℃以下可黏胶金属和大部分非金属材料,可用作修补机件。
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24楼
ABC的东西每次都能给我学习的动力

话说怎么没人使用添加少量铝粉的燃料呢....我觉得很好用..
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25楼
引用第24楼a372374665于2008-10-26 20:06发表的  :
  ABC的东西每次都能给我学习的动力

话说怎么没人使用添加少量铝粉的燃料呢....我觉得很好用..

要是有纳米级的铝粉我就用(添加在KNDX里)
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2008-10-27 00:45:47
26楼
引用第1楼ABC于2008-10-24 15:28发表的  :
技术总结:

 自适应烧蚀环氧树脂喷管,我们简称为树脂喷管

树脂喷管在十小时后即完全干固, 强度和硬度都非常高,用指甲不能对其任何破坏,也不能在其表面画出痕迹,而且是有韧性的,耐压和耐冲击性能突出, 除非发动机外壳炸裂,它不可能被压力破坏,它可以进行机械加工, 用钻头钻出的孔是光滑的,没有崩口,可以用刀削用砂轮磨用钢锯锯,加工成想要的形状.

  环氧树脂和农机胶我都试制过,效果是一样的, 而AB胶未试过,AB胶品种繁多,注意不能用快干型的,不然没等你做好就干了. 树脂多些混合会容易些,强度和一致性好,但不宜高于20%. 胶少些成本就低些,也稍耐烧些,但需要更大的压制压力,最低的树脂含量不小于12%.

   树脂喷管干固过程不存在收缩,这是非常可贵的特点, 直接在发动机外壳内成型, 能过管口缩口和树脂本身的粘接力,与外壳成为一体, 接合强度很高, 每次制作出的喷管在强度和尺寸等方面都是很稳定的.

    树脂喷管是自行固化的,这是它的另一个可贵的特点. 这意味着里面没有水分不需要干燥,结合它的初始成型性,可以在压好喷管后跟着压入推进剂,使制作过程变成流水作业,-同时制作工序很少,以十枚一批量制作,只需用时不到30分钟.----这是可以高速制作的一次成型喷管 ,

  由于强度高,树脂喷管可以应用在大型发动机. 在小型发动机里,喷口从3MM烧蚀到4.5MM,面积扩大到原来的2.5倍.  而假如大型发动机喷口直径为10MM, 烧蚀到12MM后, 喷管面积为原来的1.5倍不到. 这样的烧蚀水平是可以接受的甚至是理想的,配合药柱燃烧面设计可以很好的协调压力.

      似乎树脂喷管唯一的缺点就是会被烧蚀,在某些场合,这是极大的缺点,但在这里,我们利用了这个缺点,成为了优点.

  我的使用结果表明,树脂喷管是值得大家去尝试和使用的.
.......


常温固化的环氧树脂配方,通常在30~60分钟开始固化,变的非常粘稠,12~24小时达到相当强度,但是不进行热处理,室温下达到最高强度需要一周甚至更长的时间。

不添加任何固体填充料与液体稀释剂的素环氧树脂,固化收缩还是比较大的,大约1~3%,填充一定比例的惰性(物料本身不吸胶,如石英沙)填充材料,有一定改善。

楼主使用的双组分环氧树脂,固化剂为聚酰胺系,常温下黏度过大,不易混合多量的固体填料,可以尝试一下乙二胺系固化剂。
+300  科创币    ABC   2008-10-27    好建议
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2008-11-01 22:32:44
2008-11-1 22:32:44
27楼
[s:251]  [s:251]  [s:251]  [s:255]
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1
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2008-11-06 21:31:30
2008-11-6 21:31:30
28楼
版主你好:你能给我详细的讲一下“KNDX”的配方和制作过程吗?我不想走弯路,也要安全。多谢了
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29楼
三型BP燃料    KN:75%    C:15%    S:10% ,前面的字母代表? [s:246]
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30楼
相当好!
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2008-11-07 17:37:28
31楼
我按三型BP的配方做了一些,发现燃烧后会产生较多的固体物质,这正常吗?  [s:246] 还有环氧树脂混水泥要固化剂吗,最后,请问ABC你的粉碎机是哪买的
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ABC(作者)
32楼
残渣多是因为研磨不够细,混合不均匀

肯定需要固化剂,粉碎机淘宝上找吧
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2008-11-09 15:12:49
2008-11-9 15:12:49
33楼
问一下.固化剂有哪些? [s:246] 价格方面? [s:246]
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2008-11-11 12:36:39
2008-11-11 12:36:39
34楼
火焰有Shock diamond (超音速喷流中的激波串) 效果
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2008-12-04 19:17:20
2008-12-4 19:17:20
35楼
回 楼主(ABC) 的帖子
[s:255]
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2008-12-08 23:27:15
2008-12-8 23:27:15
36楼
我正在按楼主的方法制作。但买环氧树脂时遇到问题,请问楼主,是买单纯的“环氧树脂”,还是买“环氧树脂胶”???希望发个照片,详细说明一下。谢谢
另外,压制喷口的模具可否发个照片。谢谢
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2008-12-10 10:34:16
2008-12-10 10:34:16
37楼
卖电热元件的地方有一种陶瓷管是抛物状的(和拉瓦喷口一样)各种大小都有.
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38楼
引用第37楼ksj800110于2008-12-10 10:34发表的  :
卖电热元件的地方有一种陶瓷管是抛物状的(和拉瓦喷口一样)各种大小都有.

上图看看
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2009-01-31 21:59:34
2009-1-31 21:59:34
39楼
强大  很好很强大
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2009-02-05 21:55:36
2009-2-5 21:55:36
40楼
老大就是不一般,一直想找一种粘结剂做喷管,哈哈哈,被您解决了,太感谢啦,一定试试。
哦对了,那个拉式喷管怎么做出来的,具体点~谢谢
[s:249][s:92][s:251][s:251][s:251]
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41楼
才发现LZ和我用的是一样的勺子 [s:92]  [s:92]
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2009-04-13 15:35:09
2009-4-13 15:35:09
42楼
其实,纸质喷管加上农机胶还可以凑合着用
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43楼
环氧的性能是很BT的,真火箭都大量使用它
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2009-12-03 19:10:39
2009-12-3 19:10:39
44楼
突然发现神帖,狂顶……

不知道成本怎么样?
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2009-12-05 12:26:16
2009-12-5 12:26:16
45楼
PVC的那个缩口怎么弄啊?
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2011-01-09 15:23:10
2011-1-9 15:23:10
46楼
呼呼,强大,我只在带加力的涡喷上设计了用弹簧鳞骨板做的自动适应喷口。
·······但是火箭是一次性的······我还不想做这样的设计。。。
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47楼
我想只要燃气通道不烧掉,用纸或木头做嵌入型的堵头也是可以的。。。。。。[s:243]
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48楼
还有聚氯乙烯的阻燃特性比环氧还高,就是硬度低点。熔点低点。不知可行性。。
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2011-01-12 13:00:32
2011-1-12 13:00:32
49楼
带加力的涡喷?
引用第46楼箭zy-h2于2011-01-09 15:23发表的  :
呼呼,强大,我只在带加力的涡喷上设计了用弹簧鳞骨板做的自动适应喷口。
·······但是火箭是一次性的······我还不想做这样的设计。。。
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