时隔半年,身处高中的我再次踏上过去失败的旅程,吸取上次的教训,我重新制作了一套火箭发动机,虽不见得处处严谨,但难得的成功也让我切身体会到了向着科学进步带来的快乐,望各位前辈批评指教
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对于上次爆炸的分析,我认为有以下几个原因:
1.采用引线点火导致浅孔燃料被提前点燃,恶化了工作环境和燃烧端面,导致了工作压强远远高于计算压强从而爆炸。
2.对于发动机的安全性审视不足,贸然使用抗压能力过低的发动机外壳。
3.药柱空泡较多,内弹道模拟误差过大。
综合以上几个问题,我对这次发动机的设计做了些许调整,增添了电子远程点火装置,提高了设计时的发动机安全系数,对药柱进行了消泡处理,大致设计如下。
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依旧对手绘图纸情有独钟
(人话就是在学校里画的,拿不到电脑)
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两个计算软件的差距并不算大,大概在算法上有相似之处,我自己也用扩张比公式算了一下。
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另外的仿真就不赘图了,不过保险起见,我将发动机的最大工作压强设计到了模拟压强的接近三倍,达到了20Mpa,打火机一般的安全感
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试车台的设计与制作就不过多赘述了,详细可见上一篇文章,值得一提的是我在电路上的改进,其实一开始我打算用的是5V电源,在倒腾一番后才发现点火头和遥控继电器的额定电压是12V,这也导致我不得不用降压模块将12V稳定到5V,分别为继电器和Arduino.uno开发板供电,体积膨大的跟半块砖似的
制作完成后的样子
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远程点火效果还不错,在60米内都能精确点火,果然保安同款遥控还是太权威了
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至于燃料依旧采用RAP669燃料,高性能低操作,既省时又适合我这样的手残党
,不过基于上次,我选择用注射器将燃料一点一点消泡,最后花了15分钟做出了这个药柱,密度1.72g/cm2,令人舒适的光滑~
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药柱总高达100mm,直径27mm,中空直径6mm,可以说完美符合预期,但考虑到尾端隔热较差,所以我的中孔深度只打入了89.5mm,这样当工作时,固-气相面便会同时达到尾端和侧面,也减短了对尾端的灼烧时间,计算后喷燃比由58.64逐渐升至235,期间只要不出现药柱碎裂的情况,一般而言工作应该是较为稳定的。
话不多说上试车视频。
petal_20260503_184135.mp4 点击下载
点火延迟在0.3秒左右,点火药采用的是黑火药,整个工作过程没有喘燃现象,可以说是较为成功的一次试车,唯独想吐槽的是车床师傅的手艺,真不知道他把我的扩张比车成多少了,出口直径都快赶上了入口直径了
,这是要去外太空飞吗……
燃气和我都要质壁分离了。。。
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尾焰下的沙子全都不见了,留下一道很清晰的痕迹,估计也是这个原因地面没有被灼烧的太过严重,根据SD卡里面记录的数据,我画出了发动机的推力曲线图,单位是0.1N
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推力曲线图还是比较能反映内弹道的情况的,10-26个数据中推力不断上升且成几何倍数,在于我并未完全将药柱打穿,底面和侧面燃面积同时增加;而28-31个数据中推力快速跌落至接近0在于固-气相面同时到达侧面与底面,燃料几乎同时耗尽,固推力快速跌落,这也较为符合内弹道模拟结果。
对于工作时间过长这个问题,我考虑到以下几个原因:
1.虽然保存高氯酸铵的瓶子里放了干燥剂,但不免产生一定量的潮解,称量时氧化剂实际量较低,导致燃料燃烧速率降低。
2.今天天气较为潮湿,一直在下雨,药柱制作过程中可能含有过多水分(AP吸水),点燃时固-气相热传递减慢。
总之这次实验尚且如此,待改进的地方很多,也有很多不严谨之处,恳请各位读者多多指教。不过回想过去一路走来,也学到了很多东西,进步了很多,科学便是无限进步的过程,或许将来,我还会做些什么,谁知道呢。
谢谢阅读!