发动机的制作

发动机制作的第一步是制备火箭燃料。
我用的推进剂是通过熔铸法制作的KNSB。具体制作工艺没有必要做展开,kechuang上面有大量的制作教学。
不同的地方是,我倾向于预先制备一定量的KNSB冷却保存起来,日后需要灌装发动机的时候重新加热到软化,搓成小块压入发动机壳体,我把这种方式称为“再融”工艺。
制作发动机的第一步是根据手中壳体材料的尺寸以及所需的推力等性能要求,来预先设计发动机的各个关键尺寸参数。这里讨论的都是圆内孔燃烧。
根据帖子 https://kechuang.org/t/14760 给出的思路,制作业余火箭发动机,首先从手里拥有的壳体得到发动机内径,也就是药柱直径,然后根据所需的推力和预设的工作压强,得出喷燃比(同时得出喷管直径)和药柱长度
发动机壳体我使用的是外径20mm,壁厚2.8mm的PPR热水管,标称耐压2.0MPa,我这里使用较为保守的1.25MPa工作压力,保留足够的安全系数。为了方便制作喷管,我专门制作了模具,M4螺丝的尺寸等于是是侧面给定了喷管的直径。
根据前面的帖子,我制作了一个药柱计算工具:
蓝色区域:输入参数
橙色区域:默认参数
绿色区域:输出参数
在本例中,管材内径为14mm,药柱中空直径为3.5mm,工作压力1.25Mpa。我的做法是使用不同的推力带入计算,发现在给定推力20N时,喷管直径恰好是4mm。这样,我们的第一款发动机的规格就成型了:
药柱直径14mm,药柱长度43.9mm,喷管直径4mm,总装药11.4g。
我再使用另一个网友制作的计算工具,带入参数做一个简单的反向验证,结果上大体一致。
该计算器得出了总冲数据为10.58N*s,可以作为一个参考。
该发动机的图纸如下:
首先,截取75mm长度的管材一截,套入喷管模具后,填入搅拌好的堵漏王水泥。填装的时候注意排出其中的空气,水泥没过喷管模具内柱后,用工具刮掉多余的水泥,把表面整平。两分钟后,水泥初步固化,慢慢退出模具。约48小时后,水泥基本凝固。由于水泥和PPR水管之间可以说没有太大的粘性,用手指都可以推出,更不能承受发动机的工作压力,因此必须加固喷管,我是用的是农机胶对喷管进行强化。
第二步是填装燃料。先把喷管堵住,把预制的KNSB燃料加热,软化后捏出小球状的一块块放入发动机,用工具压实;同时用电子秤监控装药量。
第三步是给药柱打孔。我制作了一个简易的打孔工具来保证内孔的同心度。先做一个小的贯穿孔,然后用钻头或别的工具扩孔到指定的宽度。
最后一步是制作堵头。在这里我使用的是热熔胶堵头,好处是制作周期短,容易制作。首先用锡纸盖住药柱,然后填入一些沙土,再滴入502胶水,形成一个基本的隔热层。然后,我使用高温热熔胶填入堵头,直到溢出为止。经过测试,热熔胶堵头完全可以经受该型发动机的工作压力。要保证堵头可靠,首先要留有足够的长度用来灌胶,如果胶和内壁的接触面不够大,就没有足够的粘性来抵抗工作压力;其次就是堵头部分的内壁要清理干净,还可以刻槽打毛增加摩擦力,如果仍旧担心强度不够,可以在顶端贯穿一根钉子来避免堵头喷出。
发动机的地面推力测试结果如下:
测得总冲为10.15,达到上面计算值的96%,说明性能基本及格。