设计120牛气氧乙醇发动机流程

设计120牛气氧乙醇发动机流程

随着航空航天技术的不断发展，越来越多的业余火箭爱好者开始涉足液体火箭发动机领域。本文以设计一款120牛气氧乙醇发动机为例，详细介绍了设计流程和关键参数的计算方法，旨在为液体火箭发动机的设计提供参考和指导。

1. 基本参数确定

使用燃料为气氧乙醇，其化学反应方程式为：

C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O

通过化学计算可以得到乙醇与氧气的质量比值为2（实际使用时可能会使用含水乙醇溶液，此时需要重新计算）。理论混合比为2，实际取1.6。

设计推力为120N，燃烧室压力为2MPa。

通过Rocket Propulsion Analysis软件进行热力学计算，将上述参数输入软件后得到结果（图1）。

需要注意的是，喷管的收敛角度范围较广，但扩张角度直接影响喷管效率，建议取12到20度。喷管效率可以根据相关图表进行预估估算。

2. 发动机推力室设计

通常液体火箭发动机是以喷注器为设计起点，而不是推力室。关于收缩比等参数的确定方法有很多，本案例中可以根据参数计算截面流量密度。燃烧室效率通常通过实际测试得出，在设计计算时可以预估，然后通过调整流量来达到额定推力。

3. 喷注器设计

采用两股乙醇对撞中心氧气的设计方案，共有一个氧气喷口和两颗乙醇喷嘴。两个乙醇喷嘴形成一定角度互相撞击，设计两个喷嘴直径以保证流量相同，动量相同，合成角度为零。

需要注意喷嘴的流阻系数（流量系数）和压降参数。通常压降取0.2-0.3倍的燃烧室压力。明确以上参数后，可以将数据带入软件计算。

4. 管路系统设计

管路系统设计需要特别注意减压器的流量供应能力，尽量寻找气氧减压器的流量特征。如果商家无法提供，需要提前测试保证流量供应。此外，可以在管路系统中增添涡轮流量传感器以准确测量流量。

总结

本文详细介绍了设计120牛气氧乙醇发动机的流程和关键参数计算方法，包括基本参数确定、发动机推力室设计、喷注器设计以及管路系统设计等环节。需要注意的是，液体火箭发动机设计涉及复杂的工程问题，需要在专业指导下进行，切勿盲目模仿制造。