40mmknsb可复用金属发动机“beetle”试车成功

先给数据:

燃料265g,总质量1365g,药柱直径36mm,药柱中心开口10mm,内径40mm,外径(两侧紧固件较厚,壁厚其实是2mm)50mm,发动机壁和堵头材料304不锈钢,喷口材料酚醛树脂,使用304衬喉,扩张比4,药柱末尾使用502和纸巾封顶。连接方式是前后紧固件螺纹连接,通过一个垫环压住喷口。理论室压2.37mpa(金属机的设计室压这么低的原因在后面),初始点火压强1.8mpa。理论总冲274Ns,实际总冲246Ns。理论比冲103.3s,实际比冲94.7s。最大推力24N。

接着上图和试车视频

微信图片_20230503183751.jpg

上图还没有装橡胶密封圈

微信图片_20230503182703.jpg


WeChat_20230503183843.mp4 点击下载


WeChat_20230503183857.mp4 点击下载

以上分别是插土里试车和使用试车台试车,两次试车仅间隔约20min

没有设置固定机位,所以很糊,不过没关系,重点是试车台收集到的数据

这里我必须提一嘴,试车前确定了地形发生爆炸也不会波及,所以距离并不远,回想起来确实是有安全隐患的行为,为了拍摄,身体的部分还是露出来了,以后试车肯定会设置固定机位,远距离拍摄,加强安全保障,请勿模仿。

收集到的数据使用我之前的程序处理了以下,过程中还发生了一些小插曲,后面会说。

F - t 图.png

联想截图_20230503184701.png

可见和理论吻合度还是较高的,毕竟只是定性分析下,就不揪出数据算r了

二者之间的差别在后面会讨论。

好了,主要的都写完了,现在来回顾以下这台发动机的设计到试车发生的一些事情,虽然是个萌新,但起码把踩过的坑告诉大家,让比我更萌新的萌新别踩这些坑。

首先,这台发动机除了喷口外都是标准件。这个大家应该都从上面的图中看出来了,之所以会这么做有两个原因,一个是没钱(想起来我初中数学老师的名言,钱不是问题,问题是没钱 sticker ),我想降低成本,不过最终降低得不是很显著,总共不到300,其中210都是定制喷口的钱,不过以后换尼龙喷口可能可以便宜许多,一个可能可以降到二十多吧,毕竟这台厚重的金属机复用寿命起码有20次,不过这都是后话了。这也是为何我把设计室压压倒2mpa多这个对金属机来说很低的值。当然安全系数在设计时是飙到7的,不过现在看来没有太大必要,但钱花都花了,表现得也很接近理论预期,没有必要放弃了,总结好经验下次设计时做好就行了。第二个原因是这台金属机我看重的是安全性和复用性能,其他较差没有太大关系,因为这台机是为开发航电准备的。我计划使用它去研究航电和空气舵。

其次,关于一些零碎的事情,有这些。1.喷口怼进去的时候要涂凡士林,我也是朋友告诉我的,实测好用。2.502和纸巾就是个废物,很容易烧穿,不能当作堵头用,我用他们封药柱,给堵头隔热,但质量参差不齐,不过幸亏堵头是304的,还有用502最好有点丙酮在身边,因为502很粘手!3.环氧树脂性能很好,但是固化的时候要小心漏,别问我怎么知道的,我脑抽只垫了层纸就让它在药柱上固化,因此损失了2枚药柱啊啊啊。4.衬喉如果只是锤进去然后用胶粘没用,至少我的都这样处理,都被喷出去了。5.  kn:mg:al=65:15:20的点火药真的好用,点火延迟几乎肉眼不可见,但是要注意包了点火药的点火头大小,我的临时发现塞不进去还捅破了,最后干脆直接打开然后倒点火药进去,附上点火药点燃开放燃烧knsb的视频。


WeChat_20230503232258.mp4 点击下载



再次,关于我之前那个处理推力的程序,又改了下,因为上次改了一个bug,然后又蹦出一个bug,我收集到的数据,有几个是负值,比如-0.4牛这样,我之前为了兼容多推力峰的试车从两边开始删接近0的数据,但这样就忽略了中间快结束的时候可能产生的有误数据了,这就导致我它导不进open rocket,不过现在改好了,把负值全部改成0了,

.py、.exe程序附在下方,要者自取。有python的建议用.py文件,毕竟要打包,肯定大很多。

attachment icon 解算2.0.py 2.41KB PY 9次下载

attachment icon 解算2.0.zip 33.58MB ZIP 10次下载

然后,分析下Ft图,理论和实际较符合,但相对于理论预计,前期较平缓,这个大概就是我前面说的,把点火要直接倒进去导致的,导致点火压强不够,然后一些燃料在较低压强下燃烧,这部分燃料产生的气体速度较低,这才导致了总冲和比冲较低的情况,这些也能从第二个视频那里刚刚点火到产生能肉眼看到的火焰和较大声音之间有一段可以肉眼分辨的时间间隔看出。同时我认为燃料虽然保存较久,但受潮程度很低,从推力曲线和理论预计的如此相同也可以看出来。

最后,我想问个很幼稚的问题,那种热电偶上的测温线应该不含石棉吧,就像这种,我用来测试车后发动机外壁温度,但是好几次感觉用完后手都会有时突然有刺痛感,这样会持续几个小时然后就好了,我也不知道石棉会不会导致这种情况。就像这样的。

微信图片_20230503230814.jpg

当然我的控温电炉的热电偶也是这样的线,但之前没有感觉。还是说有别的致敏物质?或者单纯心理作用?

最最后,这次发动机的研制肯定有许多不足之处,请各位不要念及我的面子一一指出,但我这个发动机是不会放弃使用的,大改也应该不会了,除非危及安全,但目前表现来看,它十分安全。而且和理论的出色吻合度就让我决定以后两次测试航电的发射用它。但各位大佬高见我肯定会在下次发动机的研制中采纳,万分感谢。

(啊啊啊我写到这里想截屏一个搭载该发动机的火箭的设计上来,结果open rocket哪里忘记保存了啊啊啊,弄了一个小时啊啊啊,*********(粗口))

最最最后,感谢 @辰星梦人 的建模帮助!

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
某倒吊的亚雷斯塔 作者
10个月20天前 IP:广东
920128

稍微改正一下最大推力是224牛而不是24牛,打错了

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某倒吊的亚雷斯塔作者
10个月20天前 IP:广东
920129

最后补一个,之所以这台发动机的名字是“beetle”,是因为试车两天前,在同学的书包里发现了一只活的甲虫……然后看它名挺硬的,就叫甲虫了,但openrocket好像不能用汉字名称,用英文beetle又比拼音jiachong短,所以就用了

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宇智波丷派大星
10个月20天前 IP:甘肃
920134

我找人加工两个石墨的才100

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宇智波丷派大星
10个月20天前 IP:甘肃
920135
引用宇智波丷派大星发表于3楼的内容
我找人加工两个石墨的才100

mmexport1683111203317.jpg 30mm

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某倒吊的亚雷斯塔作者
10个月20天前 IP:广东
920140
引用宇智波丷派大星发表于3楼的内容
我找人加工两个石墨的才100

哦,我定制了五个酚醛树脂喷口,40mm,价格其实差不多,甚至更便宜些

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宇智波丷派大星
10个月20天前 IP:中国
920144
引用某倒吊的亚雷斯塔发表于5楼的内容
哦,我定制了五个酚醛树脂喷口,40mm,价格其实差不多,甚至更便宜些

石墨抗造电木一两次就用不了了加个衬喉还行

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某倒吊的亚雷斯塔作者
10个月19天前 IP:广东
920148
引用宇智波丷派大星发表于6楼的内容
石墨抗造电木一两次就用不了了加个衬喉还行

啊,是吗,石墨喷口可以复用吗?另外其实酚醛喷口加衬喉也不能复用

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Trinitrotoluene
10个月19天前 IP:河北
920155
引用某倒吊的亚雷斯塔发表于7楼的内容
啊,是吗,石墨喷口可以复用吗?另外其实酚醛喷口加衬喉也不能复用

全石墨喷口可以多次使用,甚至试车4次8%铝以上apcp燃料后见不到任何侵蚀现象,但是不推荐全石墨设计,原因是石墨的导热性能过于强大,而喷口和壳体间通常无法设计良好的隔热,所以为了防止壳体高温失强,选择酚醛+石墨喉衬最优解

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某倒吊的亚雷斯塔作者
10个月18天前 IP:广东
920206
引用Trinitrotoluene发表于8楼的内容
全石墨喷口可以多次使用,甚至试车4次8%铝以上apcp燃料后见不到任何侵蚀现象,但是不推荐全石墨设计...

非常感谢,但是不知道是什么原因,我感觉我的酚醛喷口侵蚀较大,所以已经变成一次性的了,我甚至想用一次性的尼龙喷口代替,请问正常情况酚醛是可以复用的吗?衬喉和喷口的连接方式又是?我用酚醛树脂粘接,被喷出去了


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某倒吊的亚雷斯塔作者
10个月17天前 IP:广东
920256

我现在才发现我横纵坐标标反了……

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Antonio
10个月17天前 IP:上海
920257
引用Trinitrotoluene发表于8楼的内容
全石墨喷口可以多次使用,甚至试车4次8%铝以上apcp燃料后见不到任何侵蚀现象,但是不推荐全石墨设计...

7075在高温下性能确实不好,100度出头就不行了。但小发动机工作时间撑死两秒,这点时间还是没问题的,况且直接接触壳体的是氟胶圈。做成衬吼结构质量没有减少,还增加了加工难度。



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Trinitrotoluene
10个月17天前 IP:河北
920258
引用Antonio发表于11楼的内容
7075在高温下性能确实不好,100度出头就不行了。但小发动机工作时间撑死两秒,这点时间还是没问题的...

靠壳体和喷口间薄薄的密封圈隔热不现实,而且石墨酚醛的加工费用应该会低一些,因为石墨渣子伤车床,很多车工都给石墨件报高价的

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Trinitrotoluene
10个月17天前 IP:河北
920259
引用某倒吊的亚雷斯塔发表于9楼的内容
非常感谢,但是不知道是什么原因,我感觉我的酚醛喷口侵蚀较大,所以已经变成一次性的了,我甚至想用一次性...

整体酚醛喷口没用过,但是拍脑袋猜一下侵蚀应该不会是轻微的😅

石墨喉衬设计可以参考这个

-18357fd0c77af9ec.jpg

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