固体发动机主要由燃烧室、药柱、点火器、喷口、挡药板组成。由于大家条件有限,我只能介绍一种最简单的火箭。
壳体要求轻、薄、耐一定压力和高温,可以用粗的玻钢钓鱼杆做,用牛皮纸卷也可以。具体工艺请自己解决。注意抗内压和端部密封性,内部最好涂防火涂层。
药柱配方我推荐一种原料最好找的:30%的柏油,70%的过氯酸钾(过氯酸氨、钠也可)。热塑成型。燃烧温度1800-2100度,平均分子量30,比热比1。25,比冲180-195,特征速度1100-1300米/秒。燃速32-42毫米/秒(70公斤/厘米2,20摄氏度)。压力指数0。7-0。8。比重1。75。下限燃烧压力〈35公斤/厘米2。上限〉700公斤。允许使用温度负6-50度。贮存安定性好。烟多。物理性能随温度改变。
有本事且不怕死的朋友可以试试第二种配方:60%的硝化纤维,40%的硝化甘油。压伸成型。燃温2100-2900度,平均分子量22-28。比热比1。21-1。25。比冲205-230。特征速度1400-1500米。燃速15-25毫米/秒(压力、温度条件同上)。压力指数0。1-0。8。比重1。6。上(下)限燃烧压力700(35)公斤/厘米2。允许使用温度负20-60度。贮存安定性一般。烟少。物理性能硬脆。如能加入少量铍粉就更霸道了(但烟有毒)。
药柱成型的难点在密度均匀,无气泡和缺陷。药柱体积越大越不好控制。不过大伙恐怕没必要制造直径1米以上的药柱。推荐做4厘米左右的。至于装药形状,学问很深,大家用扁内孔或星形内孔比较好,如图。燃烧室压力不能小于装药燃烧压力下限,也不能大于上限。计算公式为:燃烧室压力=装药的压力指数*燃烧面积/喷管喉部断面积。注意燃烧面积是变化的,大家只需求最大最小值。但做实验往往比计算管用。
喷管有很多种,你们不必做矢量控制的,用一般固定锥形喷管就好。见图。喷管喉部截面积要求计算,再做实验验证。由于喷管工作条件恶劣,用什么材料自己考虑。土法是50%的石棉粉、35%的粘土、15%的水玻璃加短纤维混合压制,直接用陶土也可以。
如果药柱不是固结在燃烧室内壁,而是活动可抽出的,要用挡药板固定。就象燃气灶的铁圈,能放锅能透火。各位是聪明人,该怎么做不用我多说。
点火器是关键。一般装在药柱内孔顶部。大家可以用手电灯泡改装。通电,钨丝点燃火药,火药气体顺内孔冲出喷口,顺路点燃药柱。如果达不到需要的压力和温度,就点不燃主装药。
战斗部。我不好多说什么,你该不会做个热核弹头装上吧。有效荷载自己计算,如果想回收火箭可以装降落伞,还可以吊个廉价相机或老鼠。劝你别装杀伤性物质,出了人命后悔莫及。
制导控制系统。想必你们大多数人做不出来,所以只好无制导啦。不过只要装几片尾翼,使气动中心位于重心后,就没问题。如果你想检验TMD的效能,就做个带角反射器的对着台湾放;如果你想检验NMD的效能,请做个直径2米的向美国放。咱们来个全民发射,看老美的早期预警卫星不累死(这招真TMD毒啊)。
发射架。由于无制导,发射时要控制一下射向,做个滑轨式的,就象V-1的一样。
固体火箭发动机的设计,一般都是先给定总冲、外径和燃烧时间。首先要选定推进剂和燃烧室压力,有时还要选定喷管出口压力。咱们土法上马,做个外径50毫米,长600毫米,陶土喷管,牛皮纸外壳(5毫米厚)的一次性火箭,装药约400立方厘米,可把500克有效荷载送到3000米高度,爽吧?