3、 现阶段可行的发动机工作压力及喷燃比
个人认为,由于在6MPA左右时,KNDX已经达到了较高的比冲,此时提高工作压力对燃料比冲的提高已经没有太大的效果,同时发动机壳体的厚度要大大增加,所以对于大型金属发动机来说,6MPA应当是KNDX比较高效的工作压力,相应的喷燃比在260左右,发动机可以按照10MPA的压力进行设计。
在6MPA左右时,KNDX的”压力——燃速“曲线存在一个拐点,该拐点的存在使得这一压力下的KNDX燃料具有一定的“压力自动稳定性”。即,压力增大时,KNDX燃速减小,反之增大,这样就使其能够在微小的范围内自动调节工作压力。但是这一特性的存在,是否会导致工作在燃料燃烧拐点的发动机产生震颤,个人并没有相关资料可查。还请大家帮助分析。
4、 关于发动机的长径比
个人认为,从理论上来说,长径比大的发动机效率是要高于长径比小的发动机的,也就是说,一定程度上,细长的发动机比短粗的发动机效率更高,理由有以下几点:
1、 发动机的相当部分重量是来源于喷管和堵头,但是无论发动机多长,喷管和堵头都只有1个,所以长度越长的发动机装药越多,单位质量燃料所分担的喷管和堵头的质量就越少,从而提高了发动机“总冲/总质量”的数值,提高了发动机的效率。
2、 在相同的装药量和工作压力下,细长的火箭可以采用更薄的壳体和更轻的喷管、堵头,使得发动机总重得以降低。
3、 细长的发动机有利于火箭质心的前移,减少鼻锥配重量。细长的火箭有利于降低空气阻力。
4、 当然、发动机的长细比不可能无穷尽的增大,由次可能带来发动机内部燃烧稳定性,燃气流动等一系列问题。个人认为对于要求较高的发动机,长细比也应当控制在5以内。
第二部分 发动机材料、结构
1、 发动机壳体材料
在我以往的方案中,结合自己的实际情况,曾考虑了钢和铝合金两种材料作为发动机壳体。这两种材料有其各自的特点。钢最大的优点是在高温下的许用应力是铝合金的数倍,因此钢制发动机的厚度可以做到铝合金发动机的1/2甚至更薄,高强度在一定程度上弥补了钢密度大的缺点,钢材适合在高压力、工作时间长、高能燃料的发动机中使用。特别是当发动机的直径增大到一定程度时,需要相当厚度的铝管才能满足要求,这时钢管的优势才逐渐显现出来。但是鉴于KNDX本身的燃气温度并不算高,发动机工作时间也很短,这种情况下铝合金依然是更优秀的发动机材料,个人推荐使用的是LY2、LD8、ZL105、ZL106等牌号。
2、 喷管与壳体的固定方式
目前,金属发动机的主流固定方式有卡簧和螺纹两种方式。到底哪种方式更好,个人对这个问题也是十分的纠结,所以在此只罗列个人经验,不下结论,留给大家来讨论,希望大家能够给我答案。
1、 我曾做过详细计算,即便采用铝合金壳体,发动机设计压力为10MPA,直径50MM以上,15~20MM长的螺纹完全能够承受作用于喷口上的压力的。
2、 单纯依靠普通螺纹加上一定的密封填料能否达到发动机密封,还不清楚。如果能的话,即可省略用于O形圈密封的附加重量,那么螺纹密封的重量可以大大降低,达到卡簧密封的水平。
3、 对于50MM以上的发动机,卡簧受到极大的剪切应力,卡簧强度的可靠性不确定。
4、 壳体上的卡簧槽常常影响到O型圈的安装,拆卸不方便。