2022最后的咆哮——32mm金属发动机二号机试车
free7312023/01/07原创 喷气推进 IP:江西
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继一号机后的改良版
关键词
knsb固体发动机试车台

        咳咳,试车图镇帖:

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       因为疫情原因,学校突然放假,时间突然变得充裕起来。有了时间,自然是要搞事情的。于是乎,我的二号机登场了。

       这次二号机主要是弥补一号机存在的一些问题:室压、总冲、喷燃比太小,喷口没进行打磨,隔热层太薄不够用。还有关键的一点:采集推力。

1.试车台的制作

       上个帖子中有指出:一号机没有进行推力数据采集。没有推力数据,就不知道发动机是否能正常工作,以及发动机的实际总冲、比冲等至关重要的信息。因此,我在网上购买了角铁,着手制作试车台。

       由于本人实在太懒,没有记录更多信息,这里只发制作出来的成品图

-5a345916f64862fa.jpg

       角铁是自行切割拼接的,也没有什么出色的设计。而且实测角铁确实容易变形,还是推荐大家使用铝型材。压力传感器处结构也不稳定,容易形变影响精度。下方的两根金属杆不光滑,摩擦力也会对推力采集产生影响。

       但毕竟之花40r,能达到基本的效果已经不错了~~~

       hx711采用的是红色的改进板,实测采样频率81Hz

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       上次数据跳动无法使用的原因找到了,是hx711的问题。可能焊接时不小心将模块损坏,引起板块断路。换成新板块后,装置运行恢复正常。不过由于线路接触问题,还是有小规模的数据跳动,对采样结果影响不大。

       这里使用的是ardiuno开发板以及配套的推力采集上位软件。说实话没什么技术含量,纯粹ctrl+c。由于是借鉴了 LShang001 的帖子,具体方法就参考原帖,文号t67413

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可以看出,连接的还是很粗糙

QQ视频_2df2db9ccea3cca95c9f5561de0d14c41672154435.mp4 点击下载

装置运行正常

       压力传感器用的是40kg级,应付我这个发动机还是够用的。

2.发动机的改进

       在上个帖子中有网友提到可以适当增大喷燃比,提高发动机工作压力。于是我用计算软件进行计算,增大了药柱长度,并且计算了壳体的耐压。改进后的发动机数据:壳体内径32外径36.4,长300mm;药柱长5*50mm,药柱直径30mm,中空直径8mm,喷喉8mm

abc.png

最大喷燃比339,平均喷燃比324

abc.png

可以看到,2.2mm的壁厚完全能够抗住

        这里我拿的是药柱直径31mm进行计算的,但药柱制作出来才发现药柱直径只有30mm。这里再发一下后期重新计算出来的数据。

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       虽然说压力还是不算太大,但主要是做出来的发动机长径比太吓人,没有继续上调。(原计划使用6截50mm的药柱)喷口堵头的固定各用6个5mm螺丝。喷口部分保留一小段38mm的发动机外径。

-5526792786e559bc.jpg

成品图(长径比依然吓人)

        喷口和堵尾仍然采用一号机的。本来打算用酚醛重新制作一个堵头,但找遍整个县城都没有找到有酚醛材料的加工车间,五金店自然也没有卖。这里用的是上个帖子的图片:

1669963799807.png

        重新计算了一下喷口,发现压力改变后喷口出现了过膨胀。

abc.png

出口压强多了35kp,但喷管效率依旧不错。

        制作出来后的发动机空重407g左右(没有整体精确称量,但数据相加误差不会超过5g),加上燃料质量后是702g左右。

3.燃料制作

        燃料依旧采用圆孔,每节长50mm直径30mm,通过多段短药柱的端面燃烧增大初始喷燃比。并且在燃料截面涂抹少量火药保证端面完全燃烧(否则可能会炸)。隔热层用纸卷+缠绕电工纸胶的方法制作。

        由于一开始我打算一次性做两根燃料,用小刀将燃料切开。再加上模具没有使用脱模剂,只是临时涂抹了食用油。结果导致脱模困难,脱模后两块燃料上都形成了一条裂缝。

4e8a17389fccf93.jpg

询问群友后得知燃料出现裂缝后非常容易导致炸机,十分危险,所以忍痛两块燃料进行开放燃烧,顺便检测隔热层的抗热能力。

QQ视频_c8ecfb9e700d6922427e97de49524ed61672314987.mp4 点击下载

QQ空间视频_202301051353121672897992435.mp4 点击下载

虽然只是开放燃烧,但火焰还是很好看~~

IMG_20221229_200019.jpg

燃料柱底部

1672898197273.jpeg

燃料柱顶部

        感觉烧蚀并不严重。

         其他制作过程也没什么不同之处,索性就不发了。后面的几根药柱都是用螺丝刀作为模具中间的柱子,脱模也比较顺利。

1672927601848.png

涂抹了火药的药柱

4.试车及数据分析

        试车地点仍然是在之前的未装修店面里,能够充分保证安全。点火器也是沿用之前的自制有线点火器。由于已经在燃料柱端面上涂抹了少量火药,所以这里没有用额外的点火药。

IMG_20221231_222541.jpg

现场的调试

       说实话由于没有加长数据线,电脑得不到很有效的保护。只能合上电脑屏幕,在电脑前垒几块砖作为掩体(同时祈祷上帝)。测量单位的调整我这里是临时称了97g的水,加上压力传感器本身的重量,设置为100g。(很不严谨)

       把试车台放平,用砖头固定住。在把燃料装入发动机,用扎绳绑在导轨上,就能试车了。

试车视频:

QQ空间视频_202301022234151672670055335.mp4 点击下载

0.5倍速:

QQ空间视频_202301052333461672932826777.mp4 点击下载

视屏截图:

1672674711755.png Screenshot_20230101_010557_com.huawei.himovie_edit_2482549809516.jpg

还是没有环的痕迹………

        试车完毕后第一眼看了一下时间:2022年12月31日23点17分,成功抢在2023年前完成试车。此时外面正零零碎碎响着的烟花轰鸣声,我也是用发动机这独有的振耳咆哮对2022做出最后的道别。

       这里出了点意外:一号摄像头(手机)拍摄的发动机火焰被砖头挡住了一部分,没有被砖头挡住的二号摄像机(还是手机)又被我误关了。没能拍摄到火焰的全形,属实可惜。

试车结束回到家后,我第一时间对采集到的数据进行了整理:处理掉没有意义的数据波动,删除前后的无意义数据,并且进行了整理计算。

attachment icon 数据(1)(1).xlsx 11.65KB XLSX 11次下载

处理后的推力数据

2710853574d5e93e.jpg

推力曲线

计算结果:

发动机摩擦力:约3.5N

计算峰值推力:250N      实际峰值推力:209N

计算总冲:312N*S          实际总冲:295N*S

计算比冲:107s              实际比冲:102s

计算工作时间:1.38s      实际工作时间:1.54s

       推力曲线个人感觉挺平滑的。各方面的数据都和电脑计算的都有所出入,不过也可以接受。(不知道为什么内弹道计算的数据反而更贴近真实数据)毕竟实际情况下变量更多,有所差距也是在所难免。能够弄成这样我已经很满足了。

5.拆机

        发动机工作完后略微有点发烫,但比上次的好太多了。

IMG_20230101_101421.jpg

        喷口被烤蓝,但完全没有被质流侵蚀。扩张段积碳还均匀,就是附着了一些灰白色的不明物质。一开始以为是碳酸钾,但后来发现这玩意………是软的?不知道是什么东西。

IMG_20230101_101413.jpg

收敛段(不知道如何评价)

        堵头和机壳啥事没有,我这里就不拍出来看了

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隔热层伤亡惨烈。下次上机隔热换光固化吧


        发帖到这里就差不多了。总体有沿着时间线的意思来发,可能大家看起帖来有点不顺畅。不过本人也不是发的教学帖,各种细节我也没太注意,大家看了就图一乐吧。总体来说这次试车还是不错的,虽然缺乏专业性,但各方面都还过得去。欢迎大家之处我各方面存在的问题,我也一定虚心受教。

       最后说一点,我也是开始着手准备了制作我的火箭了,预计总重3kg以内,争取在这个暑假制作出来。由于本人不擅长命名什么的,也请大家为我的发动机系列以及未来的火箭系列推荐几个有意思的名字,万分感谢!

(通灵术:召唤虎哥!)(想要科创等级怎么办啊啊啊啊我想申请基金我真的没钱啊啊啊)

来自:航空航天 / 喷气推进动手实践:实验报导
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~~空空如也
银鞍照白马
1年5个月前 IP:湖南
913892

电脑还是好点保护着吧,真炸鸡了电脑打穿得心疼死

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ww
1年5个月前 IP:河南
913893

确实,既然都用arduino了,可以试试加一个SD卡模块,把试车的数据记录到SD卡里,后面再用电脑读出来,这要炸了也不心疼

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ww
1年5个月前 IP:河南
913895

这是我的试车台程序,您可以简单看一下

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free731作者
1年5个月前 IP:江西
913898
引用ww发表于3楼的内容
这是我的试车台程序,您可以简单看一下

非常感谢!不过这次试车之后就要吧工作重心放在火箭制作上面了,以后改进燃料的时候再进行完善吧。

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TonyStark
1年5个月前 IP:江苏
913909

做工很精致!试车台固定略显简陋,建议花点功夫改进改进。好帖赞一个。等级的话需要你有发文精选量和学术分,一两篇精华或加分就上LV3了。可以先申请小额资金做一些部分研究

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Pizek
1年5个月前 IP:江西
914010

赶快去学c++,自己写程序,为之后的发展做点准备


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warmonkey
1年3个月前 IP:广东
917532

楼主的制作能力很不错。从测试数据看,这个发动机的设计制造是相当成功的。

通常来说,小型固体火箭发动机,总冲误差+-5%以内是相当好的质量水平。

推力和燃烧时间随初始温度变化较大,并且模拟软件的数据也不够准确,误差+-20%属于正常情况。

这么长的发动机,隔热层烧糊也属于正常。毕竟pvc稍有受热就会收缩。可以仔细观察铝管判断是否有烧蚀。


可以改进的地方:初始推力还有点偏小,不利于起飞。可以考虑中心开十字孔、米字孔、星孔。

从你的数据看,这次是相当成功了。总结:楼主牛逼


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如雨
1年3个月前 IP:山东
917564
引用warmonkey发表于7楼的内容
楼主的制作能力很不错。从测试数据看,这个发动机的设计制造是相当成功的。通常来说,小型固体火箭发动机,...

knsb星孔那类还是算了吧就那点力学能干啥

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