在火箭圈玩了这么多年,让我感到疑惑的是,为什么常用的发动机使用铝合金,而不使用强度更高的钛合金?
常见的发动机外壳选择为6061t5型铝合金。
而生活中常见的铝合金有6063、6061t5型、7075t5型、7075t6型
常见的钛合金有ta 2 、tc 4 、Gr 1
查询资料得到上述种类合金的强度
7075t6
7075t5
6061t5
Ta2
Tc4
Gr1
6063
密度总结
铝合金
6063 |
| 2.7克每立方厘米 |
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6061t5 |
| 2.7克每立方厘米 |
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7075t5 |
| 2.81克每立方厘米 |
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7075t6 |
| 2.83克每立方厘米 |
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钛合金 成本 密度
TA2 |
| 80元每千克 |
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| 4.54克每立方厘米 |
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Tc4 |
| 100元每千克 |
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| 4.43克每立方厘米 |
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Gr1 |
| 103元每千克 |
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| 4.51克每立方厘米 |
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发动机的用途1:燃料稳定性测试
2:搭载火箭升空
根据用途可以得知,发动机的要求是在保证强度的同时,又需要保证轻,而且如果搭载在探空火箭内,又需考虑到热导率,如果热导率过高,可能会导致损伤一些3d打印零件和电子元件。
合金 | 型号 | 热导率 |
钛合金 | Ta2 | 6.86瓦每米每开 |
钛合金 | Tc4 | 7.955瓦每米每开 |
钛合金 | Gr1 | 15.24瓦每米每开 |
铝合金 | 6063 | 166瓦每米每开 |
铝合金 | 6061t5 | 155瓦每米每开 |
铝合金 | 7075t5 | 173瓦每米每开 |
铝合金 | 7075t6 | 204瓦每米每开 |
数据可能会有波动
由数据可得知,在抗拉强度中。
钛合金中tc 4的强度最高900Mpa
铝合金中7075t5型铝合金强度最高524Mpa
价格举例:
长15厘米外径30内径26管材
Tc4:50Rmb/根 7075t5:10Rmb/根
价格相差十倍,可是以7075t五型铝合金的抗拉强度,面对大部分燃料早已经是绰绰余
所以,为测试燃料稳定性,廉价的材料选择为7075t五型铝合金
根据密度数据可得知
钛合金中Tc4最轻4.43克每立方厘米
铝合金中6061t5和6063最轻都为2.7克每立方厘米
考虑到抗拉强度,所以铝合金中强度与轻度最优的选择6061t5
价格对比举例:
长15厘米内径26外径30管材
Tc 4:50Rmb/根
6061t5:6Rmb/根
价格上Tc4比6061t5贵了10倍有余
密度上tc 4比6061t5重了约两倍
虽说抗拉强度6061t5不及tc 4可面对常规燃料已足够
面对当下的120米限高,在探空火箭上很少会采用a p(获取困难)基等高能燃料,通常以knsb为主要燃料
所以得出结论
1:在航天模型爱好者中,以6061t五型铝合金制成发动机外壁是最为廉价的,安全性能也是可靠的
2:在测试及验证燃料稳定性时可以选用7075t5型铝合金制成发动机,这样可以在廉价的同时即保证安全性。
3:钛合金发动机不流行的原因成本高,加工困难(部分业余爱好者选择铝型材的原因是使用电钻可以自己加工从而节省成本而钛合金的加工设备比铝合金高的多),重(同规格的发动机钛合金比铝合金重了约两倍)
4:所以说钛合金强度等多方面优于铝合金,可在成本及加工难度上还是铝合金最好并且在同等价位下的发动机铝合金的抗造程度更强
虽说发动机材质抗压程度高,但不代表发动机安全性能高,要从气密性及固定方式等多方面考虑并且也劝诫大家不要为了廉价选择劣质材质当发动机如中二水管机,虽说是用钢制成,可是并未考虑到火箭爱好者的使用场景。
另外,奉劝大家发动机性能再好也不要错误使用:
1:使用粉压燃料和被禁止燃料(燃料机械强度过低容易碎裂)
2:胡乱配置燃料并使用打火机引燃(可能发生意外撤退距离不够)
3:隔热层使用不当
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