新手制作BP固体火箭发动机试车
有一个WC 2019-7-17原创 喷气推进火箭燃料
中文摘要
BP固体火箭发动机试车
关键词
固体火箭发动机BP燃料发动机试车

记得最早是15年初三的时候,第一次从一本《五年中考三年模拟》上知道了一个美国少年用硝糖做炸弹的故事,自己很感兴趣,于是上网搜索 

但也许是命运吧,哈哈,网上搜出来了knsu火箭燃料,至此我便开始自制knsu火箭了

knsu是重结晶法制作的,不过因为对固体火箭发动机缺少概念,现在看起来这第一波火箭制作的水准实在是有些low了,用纸做燃烧管,连喷口都没有,近乎于开放式燃烧

几个月之后偶然看到了被盗到其他网站的ABC前辈的硝糖制作教程,进而找到了科创论坛,看到了ABC前辈的帖子,学习了很多

不过后来由于中考的原因,停了下来,中考之后有一些别的事,也没有再进行制做实验了



高一暑假时,又开始了第二波制作,这次有了很大进步,25mm外径的PVC管,堵漏王水泥喷口,燃料方面选择用预制knsu药柱的办法

前前后后加起来估计熬制了好几斤knsu,但做出来的燃烧效果时好时坏,甚至吸潮性也时好时坏得很极端

后来高二开学,再加上在自己做的过程中感觉这硝糖实在是难以捉摸,挫败感有些强,就又停下了


今年年初的时候偶然想起BP燃料似乎可以避免从前制作knsu时的那么多不确定性,会轻松许多,再加上自己时间比较充裕

于是乎在”至少做出稳定且能飞的火箭“的执念下,开始了第三波制作:


BP的配料比是KN 75%、S10%、C 15%,

由于在学校里,手头没以前的材料,全得从新买,再加上现在管制愈发严格,导致材料获得起来有些困难

最后kn从tb的一家化肥店购入,S从jd买了药用升华S,C是直接买到了木炭粉


发动机:外壳为PVC水管,内径21mm,壁厚2mm

喷口用一种碗形陶瓷珠和堵漏王水泥制作

将两个陶瓷珠倒扣在一起,可以形成类似于拉式喷口的形状,剩余部分用水泥填充

最终喷喉直径4mm,4mm的部分长度约为6mm,

如图:

-20ca4dbb4e272daa.jpg

-6f215955e0b256e3.jpg

在制作过程中我使用了一些辅助工具,能确保陶瓷珠的位置在中心处,同时能使制出的发动机都较为规整



燃料:三种成分都用家用打粉机分别粉碎,由于没有球磨机,于是在低转速下把打粉机当成搅拌机来混合

成品是灰黑色粉末,感觉气味比较大,这种气味在我使用的木炭粉里也有

图:

_-371479699_IMG_20190717_133850_1563341930000_wif.jpg

放了几袋干燥机进去


每克燃料加入一滴花生油混合后装机,每装3、4克就捶若干次把药柱捶紧,统计后大概1g燃料对应2mm药柱长度

堵头是多层卫生纸加502胶水,最后用3mm钻头的打孔,一直打到堵头处

我发现虽然之前有猛捶了,但打起孔来还是一下子就能进去,完全不用劲,所以钻孔不会对堵头有任何损坏,但也反映出药柱强度堪忧


点火:自制了一个zvs,用电弧来点火,就免得去焊电热丝了

zvs的开关用了一个单片机来控制,可以遥控点火,保证安全


第一次试车的时候装药24g,两个发动机都是在燃烧了差不多两秒后突然剧烈爆炸,发动机直接插在泥地上,爆炸后地下形成了一个空腔

当时的分析是装药太多,于是第二天又根据ABC前辈的装药情况粗略算出我自己这个发动机要达到他发动机的最终燃烧面积所需要的装药量,约12g

于是我设置了一个12g,两个15g和一个18g装药量的试车对照试验,通过观察是否爆炸,以及工作时的声响等因素来粗略判断之前的分析是否正确


第二次试车,现场肉眼直接观察到的是,四枚发动机都没有爆炸,也没有类似于点不燃的那种燃烧缓慢的情况

四枚发动机都是先中等强度喷射,然后强度上升,最后在短的时间内剧烈喷射之后,燃料燃烧殆尽

这两次试车都有录像,事后在电脑上可以逐帧观察喷流的状况

我先逐帧看了第二次试车的录像,拍摄规格为4K,60fps,看得比较清楚

这是18g装药发动机画面,以每秒30帧计:


通电点火后再过7帧时间之后

WIFI0s0-1258706545SAVE_20190716_213109.jpg


又过了7帧,从没有喷流到第一次出现这样的喷流,(因为整个过程变化极快,通常一帧的间隔喷流就能发生较大变化,所以我用了”第一次出现这样的喷流“这个表述)

为了方便讨论,将这个时间点的记为”喷出“

WIFI0s01016978614SAVE_20190716_213202.jpg


喷出后经过2秒12帧,在1到2帧的时间之内喷流就进入了另一种状态,记为”爆发“,气流把点火线吹飞了一圈,隐约可以看到马赫环

这一过程在持续了17帧后迅速减弱

WIFI0s0-1211236035SAVE_20190716_213250.jpg


18g发动机视频:

QQ视频_dd3d5b543c14ecea5bb767fa37376f0f1563349692.mp4 12.01MB

以同样的标准尽可能准确地观察其他三枚发动机的工作状态,用”第几秒,第几帧“的方式来标注时间点

在观察标记完剩下三枚发动机后,把时间作差,有了一些发现:

以下顺序都按12g、15g、15g、18g为顺序

从”喷出“到”爆发“:3s21f、3s8f、3s5f、2s12f

从开始”爆发“到开始减弱:16f、16f、16f、17f

从开始减弱到喷口火焰消失:18f、1s15f、2s19f、1s20f


其他三次试车视频:

12g发动机

QQ视频_dd98c7d98b0cbce599e651c83005a3961563350020.mp4 11.00MB



第一个15g发动机

QQ视频_e291ddc683aa05d7c2dfb277667bc4ea1563350026.mp4 8.81MB


第二个15g发动机

第二个.mp4 10.04MB


对比后可以发现:

这四枚发动机的工作历程都很接近

从”喷出“到”爆发“,装药量越多来得越快,但是”爆发“的总时长却都惊人得接近

爆发减弱后燃烧的应该是剩余燃料,从四枚发动机最后的软化程度就可以得到印证

因为样本太少,所以这个结果严谨性不佳,但是能提供一些思考的方向


在有了这些发现后,我又赶紧去观察了第一次试车时两次爆炸的视频

从”喷出“到”爆发“是2s11f和2s5f,从爆发到爆炸都是1帧半的样子


稳定燃烧时

1563348844527.jpg


爆炸前最后一帧

1563348203384.jpg


爆炸

1563348139850.jpg


再后一帧,不知道是不是冲击波让手机动了导致这一帧花了

1563348243139.jpg


残留BP燃烧?

1563348347945.jpg


这样看来,前后两次试车的六枚发动机,其实工作过程都几乎一样,都是先稳定燃烧2到3秒,然后在极短的时间内爆发,如果燃料多了就爆会炸,少了那就出环

个人感觉这样的工作状态并不正常,甚至是危险的,一个比较理想的过程应该是逐渐加强,而不是同视频里一样,突然”打鸡血“似的开始发力,而前期就稳定在一个不高不低的状态(然而这个不高不低的状态的推力到底如何,目前还没有测量,因为现在暂时还在探究制作工艺,让每一枚发动机的表现都比较享受且稳定的阶段,还有较大的爆炸的危险,所以还不敢上测力台)我猜测”爆发“产生的原因可能是,某一个部位的燃料”脱落“了,变回粉末状,发生爆燃,但感觉这个猜想不是很靠谱。视频中在爆发完后,剩余燃料燃烧时喷出的火焰的亮度也比稳定燃烧时的高,个人猜测是爆发后温度升高的原因,这一高温就来自于”爆发“。


这次试车中出现的一些令人困惑的问题,个人经验能力不足,还请论坛各位大佬给予指点

[修改于 2 年前 - 2019-07-17 16:52:24]

+25  科创币    虎哥   2019-07-18   虽然起点较低,但详细报导了探索过程,采用了客观测量手段,进行了一定程度的定量分析,提出了合理假设,具备科学性,予以加精。
来自:火箭技术 / 喷气推进火箭技术 / 火箭燃料
 
2
有一个WC 作者
1年9个月前
2楼
引用ERIC20041219发表于1楼的内容
建议测一下推力😀我似乎看到了2个马赫环

现在手上只有HX711,这个模块最快就100ms左右测一个值(不知道是不是代码的问题),感觉跟不上发动机两三秒的工作时间啊😂

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有一个WC作者
1年9个月前
9楼
引用ERIC20041219发表于3楼的内容
发动机放称上就l行了吧。默默问一句LZ是哪里人😀

四川😀,上学在外地

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有一个WC作者
1年9个月前
10楼
引用UIC发表于7楼的内容
最近论坛上做BP的好多啊。与其停留在这种比冲较低且相对不稳定不安全、技术和工艺较为成熟的燃料上,还不...

好的,非常感谢你的建议!

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