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钛金属端燃发动机最终版
2025/05/12
IP:北京
摘要:按照之前的长工作时间发动机设计以及简化燃料工艺,制作了一个端燃的金属发动机,壳体为耐高温钛合金TC11管,使用250ml塑料注射器抽真空排气,制作87%固含量AP-HTPB燃料,药柱直径34mm,长度74mm。石墨喷嘴,喷喉直径2.2mm,喷燃比238。发动机试车,平均推力接近5kg,实测比冲达238.8s,工作时间6.7s,发动机可重复使用。

1,AP-HTPB燃料

按照之前所述简化工艺,尝试了更高的固含量和单次更大的剂量。球AP+粉AP的固含量提高到了87%,注意加药顺序,按照之前推荐的配方混合好HTPB后,先混合打粉的AP,搅拌均匀后再加人球AP。没有球AP的话,就用普通AP,打粉机打成细粉使用,粉AP燃料实测固含量可以做到85%。加完药再搅拌的时候就基本没有流动性了,需要像揉面团一样,反复压揉8-10分混合均匀。然后将药团转入一个250ml塑料注射器,推注射器挤压药团,然后堵住注射器出口抽真空排气(注射器出口要截短减少空气段),最多可以一次制作140g燃料。抽注射器2/3长度左右,形成真空后,里面的药团还是没有流动性,卡住注射器活塞杆保持真空的情况下,上下晃及横向拍打注射器,让药团在里面反复摔拍聚团,然后拔掉注射器出口推注射器挤压药团排气。经过4-5次这样抽真空排气,就能获得无泡的药团。排气后的药团也是基本没有流动性,像面团,可分4-5段装入内径34mm环氧隔热管,每段用圆棒压实,环氧管底端粘了一个1.5mm厚的聚碳酸酯圆片。

IMG_20250512_075120.jpg

2,发动机制作

设计方面主要是确定喷喉直径,在之前帖子中有说明,可以参考。根据简单的理论计算及实测结果,85%固含量AP-HTPB燃料,喷在燃比360左右时,燃烧室压强为8-10MPa。这次提高了固含量到87%,同时为了提高安全系数,略微调低了喷燃比为238,就是喷喉直径2.2mm。扩张比9左右,就是喷口出口6.6mm左右。

壳体使用TC11钛合金,能耐500℃高温,这对于长工作时间发动机是必要的,试车中发现最后钛管末端都红了。壳体壁厚0.7mm,安全系数足够工作在10MPa。

喷嘴使用石墨,前面一个帖子使用耐高温310s不锈钢喷嘴加石墨衬喉的设计,发现只能坚持4s左右,就会被烧穿。

petal_20250512_192913.mp4 点击下载

现在改成全石墨喷嘴,石墨喷嘴强度不够,设计了一个310s的不锈钢碗套在石墨喷嘴外面。钛管内径38mm,但是末端最后有2mm长一小段内径只有36mm,不锈钢碗就卡在这个36mm内径台阶孔面上。

mmexport1747048680978.jpg

堵头端使用38x2卡簧,卡住一个带O型密封圈的TC4钛圆片。为了方便取出,钛圆片中心有个M6盲孔,拆装时可以拧上一个颗M6螺钉。

3,试车

使用自制的小型化试车台测推力,自制的直径2mm小点火头电点火,躲在视线外点火。

IMG_20250710_200020_edit_89339074443138.jpg

点火有一点延迟,然后迅速建压。实测发动机工作时间6.7s,推力在5kg左右,比冲达到238.8s。发动机工作后喷嘴不锈钢碗已经红热,温度还是比较高的,估计再加长药柱,工作时间更长温度就会更高。目前这个设计工作时间限于7-8秒的话,温度基本在允许范围内,发动机还可以重复使用。IMG_20250512_191031.jpg

petal_20250512_191340.mp4 点击下载

IMG_20250512_184338.jpg

Screenshot_20250512_203853_com.huawei.himovie.local.jpgScreenshot_20250512_203744_com.huawei.himovie.local.jpg



[ 修改于1年3个月前 - 2025/07/10 20:16:02 ]
1年5个月前IP:山西
944013
1楼

问一下LZ,喷嘴是用不锈钢包住了石墨喷嘴,那是否可以全喷嘴使用金属材质,是费用方面吗?还是材料?

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评论(1)
Tangshm作者
1年5个月前IP:北京
944015
2楼

长工作时间的全金属恐怕不行的,除非用钨,310s不锈钢4秒就被烧穿了。

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评论(6)
Tangshm作者
1年5个月前IP:北京
944016
3楼

拍视频的时候天色有点暗,曝光过度了看不清马赫环,调整了对比度才看得清楚,费点劲能数出9个环

Screenshot_20250513_121513.jpg

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评论(1)
1年5个月前IP:江苏
944023
4楼

第一个视频的火焰颜色好奇怪呀!像是p上去的,作者是不是调了对比度1f642

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评论(1)
Tangshm作者
1年5个月前IP:北京
944025
5楼

阳光底下拍的就是这个效果,没有调对比度。而第二个视频光线又偏暗,导致拍出来尾焰曝光过度。最佳效果得是阴天,或者有经验调好手机亮度再开始拍,像这个效果最好看了

Screenshot_20250312_210319_com.huawei.himovie.local.jpg

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1年5个月前IP:湖北
944031
6楼

楼主,全石墨导热太快,最好做石墨衬喉的电木喷管,另外问一下这台发动机是纯端燃的End Burner吗?

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Tangshm作者
1年5个月前IP:北京
944034
7楼

是纯端燃,药柱实心的,为了实现小发动机长时间工作,接近7秒的咆哮声确实比普通发动机“噗”的一下刺激啊。电木喷喉想过但没优先试,极高温的石墨可能会把电木碳化,破坏电木与石墨衬喉之间的紧配合,石墨衬喉一旦松动、以及边缘燃气泄露,那就废了。现在整体石墨喷嘴的跟不锈钢之间通过接触导热,可以维持长时间工作。现在接触壁面精车的比较光滑,或许可以做粗糙一点进一步降低热传导。唯一赌的是O型氟胶圈,看来也扛住了!工作后,石墨喷嘴完好,换个O型圈,装上新药柱马上就可以重复使用,这一点也比电木喷嘴强,7秒的高温灼烧估计会烧掉2-3mm。

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1年5个月前IP:安徽
944051
8楼

端燃对喷口烧蚀时间过长,更容易让其损坏吧。其实短工作时间的同样推力的火箭燃料对喷口的烧蚀更小的

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Tangshm作者
1年5个月前IP:北京
944052
9楼

石墨喷嘴,一点烧蚀也没有,取下来清理一下,装个新O型圈就能再用

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1年5个月前IP:青海
944054
10楼
引用Tangshm发表于9楼的内容
石墨喷嘴,一点烧蚀也没有,取下来清理一下,装个新O型圈就能再用

石墨的型号是?


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Tangshm作者
1年5个月前IP:北京
944057
11楼
引用Merlin_1D发表于10楼的内容
石墨的型号是?


用的这家的石墨,密度比其他家的高一点

Screenshot_20250515_090548_com.taobao.taobao.jpg

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Tangshm作者
1年5个月前IP:北京
944059
12楼

协力石墨

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Tangshm作者
1年5个月前IP:北京
944116
13楼

球AP不好弄啊,今天测试了一下全粉AP 85固含量HTPB,混合的时候就像很干的面粉团,完全没有流动性,只能使劲反复揉压。不过,神奇的是,用注射器抽真空、摔拍几次之后,密度完全达标!嗯,所以高固含无流动性的情况下,真空混合时是无法“搅拌”的,摔压应该就行了。有时间再试一下车,预估燃速会高不少,因为颗粒细啊

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评论(2)
1
1年3个月前IP:湖北
945822
14楼
引用HSH发表于1楼的内容
问一下LZ,喷嘴是用不锈钢包住了石墨喷嘴,那是否可以全喷嘴使用金属材质,是费用方面吗?还是材料?

材料方面估计只能用钨了,车削难度大,价格昂贵,不太适合业余,说实话感觉LZ的还是更实用些

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2
1年1个月前IP:青海
946889
15楼

作者有制作嵌不规则/同向金属丝的打算吗,国内外论坛少有研究装机试验。

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Tangshm作者
1年1个月前IP:北京
946890
16楼

不怎么玩了已经。金属丝还是有点麻烦的,增速用卡托辛,亲测好使,看我的电文

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1年0个月前IP:江苏
947285
17楼

金属钛的价格有点贵,可不可以考虑3d打印喷管加水冷

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1年0个月前IP:甘肃
947424
18楼

请问隔热层是什么材料?有编织纹路

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11个月6天前IP:江苏
947887
19楼

看lz机子工作7~8s已经是极限,业余想实践10秒乃至20s的全金属固发感觉有点难,最近在探索电控固推理论,也是端然,但这玩意还必须直接跟壳体接触燃烧

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评论(1)
6个月17天前IP:山东
949667
20楼
引用PlanckAnt发表于19楼的内容
看lz机子工作7~8s已经是极限,业余想实践10秒乃至20s的全金属固发感觉有点难,最近在探索电控固推理论,也是端然,但这玩意还必须直接跟壳体接触燃烧

我并不认同如上说法,去年暑假我做过工作100s的全金属端燃机,药柱直径21mm,长度170mm,后面调工作Pc增r改到12s(单室双推力)

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Tangshm作者
6个月16天前IP:北京
949669
21楼
引用小恒ovo发表于20楼的内容
我并不认同如上说法,去年暑假我做过工作100s的全金属端燃机,药柱直径21mm,长度170mm,后面调工作Pc增r改到12s(单室双推力)

100秒 170mm长?那燃速够慢的啊。隔热怎么弄的?

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