手把手教你设计金属可复用固体火箭发动机
手把手教你设计金属可复用固体火箭发动机
本文将详细介绍如何设计一款金属可复用固体火箭发动机，包括KN基和AP基两种燃料发动机的设计过程。文章将从理论计算、材料选择、加工步骤等方面进行详细讲解，并配有详细的图片和计算表格，具有很强的实用性和参考价值。
准备工作
在开始设计之前，你需要准备以下物品：
- 一台能正常运行的计算机
- 加工需要的钱（个人经验需要150元以上）
- 一个灵活的脑袋
- 一些计算工具（文章末尾提供）
发动机结构
一个可复用的发动机通常由以下部分组成：
- 喷口
- 堵头
- 壳体
- 密封圈
- 螺丝/卡簧
- 隔热层
- 燃料
KN基发动机设计
材料选择
KN基燃料的燃烧温度相对较低，但产生的残渣较多。因此，建议使用304、45钢等金属材料，无需加喉衬。
理论计算
使用SRM软件进行计算。在计算时，可以参考下表：
打开SRM软件，输入发动机的尺寸和参数，点击求解，可以得到喷燃比、室压等参数。在计算时，如果遇到需要宏的提示，可以忽略这个提示，结果仍然可以正常输出。
壳体设计
根据仿真结果，可以计算出燃烧室的最大压强。然后，使用专门的壳体设计计算器计算壳体壁厚。材料的许用强度可以通过材料强度除以安全系数得到。安全系数一般取2-5，不宜超过10。
喷管设计
提供两种设计方法：
- 使用KC的喷管计算工具：通过不断调整收敛段和扩张段的长度，直到喷管效率不低于90%，出口压强在100-120Kpa之间。
- 使用LSEQY编写的计算器：通过调整收敛角度和扩张角度，同样可以得到合适的喷管参数。
画图与加工
在设计密封圈槽时，如果使用1.9mm厚度的密封圈，可以将槽深度设计为1.89mm，使密封圈略微凸出。堵头设计时，上方要预留等于或大于壳体直径的部分，以便于取下。
燃料制作与隔热层
燃料制作部分可以参考KC上的教程。隔热层可以使用环氧树脂管、PPR水管或纸管。如果出现密封效果不佳的情况，可以使用生料带缠绕密封圈。
AP基发动机设计
理论计算
由于粉AP的a、n值不确定，因此内弹道计算可能不够准确。但可以根据经验估算室压在4Mpa左右，然后进行壁厚计算。
喷管设计
同样提供两种设计方法：
- 使用KC的喷管计算工具：填入发动机参数后，关注喷管效率和出口压强，调整喷喉直径和出口直径等参数，直到数值在合理范围内。
- 使用LSEQY编写的计算器：通过调整收敛角度和扩张角度，同样可以得到合适的喷管参数。
材料选择
由于AP基燃料的燃温较高，建议使用45钢。如果要上箭，可以使用电木或石墨。使用喉衬也是一种选择。
实验与改进
在试车过程中，可能会遇到漏气等问题。可以通过在燃料柱和端面堵头之间加密封圈来解决。如果出现过膨胀现象，需要考虑减少两相流损失、散热损失和气流扩散损失等因素，改进装药设计，控制燃烧速率和压力分布。
注意事项
- 安全系数的选择：2-5较为合适，不宜超过10。
- 密封圈的设计：需要考虑压缩比，不能简单地将密封圈厚度减小0.1mm。
- 材料选择：需要综合考虑燃温、隔热等因素。
- 专业名词解释：对于入门者，需要解释喉部、燃喷比等专业术语。
结语
本文提供了一个基本的设计框架，但实际操作中还需要根据具体情况进行调整。希望这篇文章能够帮助爱好者们设计出符合自己需求的发动机。同时，也欢迎专业人士对文章中的错误和不准确之处进行指正。