引用第2楼ehco于2011-12-08 14:49发表的 :
顶一个，在能搞到高温结构材料的情况下，还是要加上冷却系统。
下图是耐热合金无冷却液体发动机
![1111.jpg]()
![2222.jpg]()
很清晰的马赫环
第一张图可以看到喷管过度膨胀状态下不对称分离造成的喷流偏斜，此时推力也是偏斜的。
38493
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关于液机热试车过热爆炸危险性的安全预警
安全预警
2011-12-08
无冷却系统的液体火箭发动机进行热试车，燃烧室壁受高温燃气加热不断升温，最终会软化失去强度而爆炸。
在教程《如何设计制作一台氧-汽油液体火箭发动机》里，需要使用经仔细计算的水冷系统，禁止无冷却系统的热试车。
原文链接 XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/t/37433
根据上述资料中的参数计算：（具体计算过程和温度分布曲线晚上提交）
10mm厚的40Cr钢质燃烧室壁，无冷却系统，在工作6秒后内侧温度达到熔点、外侧温度达到红热失去强度，将发生爆炸。
更薄的燃烧室壁，例如使用固体发动机改造的燃烧室，将在更短的时间内过热、软化、爆炸。
故对进行液体火箭发动机进行热试车试验人员提出安全警告：
1，无冷却系统的发动机持续工作时间不能超过理论计算的允许工作时间，阀门需要具备快速开启和切断的能力。
2，试车场地必须有坚固掩体隔离人员和发动机，采取遥控操作、视频观察。
补充：
3，按发动机爆炸碎片击中储箱造成连锁爆炸和火灾的波及范围设计掩体，有条件应准备灭火器。
4，注意爆炸时碎片飞出试车场地和火灾蔓延的危险，禁止在居民区、校园、街道等公共场合试车。
5，液体燃料和氧化剂应分别储存、保持安全距离，有条件应准备灭火器。浓缩过氧化氢应现制现用。
原有的液体火箭发动机，如未经详细热工计算或没有完善防护措施，应暂停试验。
特此通告，请务必重视。
2011-12-08
无冷却系统的液体火箭发动机进行热试车，燃烧室壁受高温燃气加热不断升温，最终会软化失去强度而爆炸。
在教程《如何设计制作一台氧-汽油液体火箭发动机》里，需要使用经仔细计算的水冷系统，禁止无冷却系统的热试车。
原文链接 XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/t/37433
根据上述资料中的参数计算：（具体计算过程和温度分布曲线晚上提交）
10mm厚的40Cr钢质燃烧室壁，无冷却系统，在工作6秒后内侧温度达到熔点、外侧温度达到红热失去强度，将发生爆炸。
更薄的燃烧室壁，例如使用固体发动机改造的燃烧室，将在更短的时间内过热、软化、爆炸。
故对进行液体火箭发动机进行热试车试验人员提出安全警告：
1，无冷却系统的发动机持续工作时间不能超过理论计算的允许工作时间，阀门需要具备快速开启和切断的能力。
2，试车场地必须有坚固掩体隔离人员和发动机，采取遥控操作、视频观察。
补充：
3，按发动机爆炸碎片击中储箱造成连锁爆炸和火灾的波及范围设计掩体，有条件应准备灭火器。
4，注意爆炸时碎片飞出试车场地和火灾蔓延的危险，禁止在居民区、校园、街道等公共场合试车。
5，液体燃料和氧化剂应分别储存、保持安全距离，有条件应准备灭火器。浓缩过氧化氢应现制现用。
原有的液体火箭发动机，如未经详细热工计算或没有完善防护措施，应暂停试验。
特此通告，请务必重视。
很清晰的马赫环
第一张图可以看到喷管过度膨胀状态下不对称分离造成的喷流偏斜，此时推力也是偏斜的。
引用
公式推导过程与Mathematica计算结果
按《“气态氧-汽油”火箭发动机设计与制作》
“以往的小型水冷式火箭发动机设计经验已经表明，我们可以预计铜燃烧室和喷嘴平均传热率Q约为3 Btu/(in2*sec)。”
1 btu = 1 055.05585 joules
1 in2 = 6.4516 cm2
Q=490.6J/(cm2*sec)=490.6W/cm2=4.906*10^6W/m2=4.906MW/m2
燃烧室壁厚1cm，材料：40Cr
用偏微分方程计算：热传导方程
x处微元(x-0.5dx,x+dx)温度为T(x)
流入x处厚度为dx的微元的热流率=(dT/dx(x-0.5dx)-dT/dx(x+0.5dx))*导热系数=d2T/dx2*dx/导热系数
温升dT/dt=流入微元x的热量/单位长度比热/dx=(d2T/dx2*dx*导热系数)/单位长度比热/dx
dT/dt=(d2T/dx2)*(导热系数/单位长度比热)=(d2T/dx2)*(导热系数/比热/密度)
40Cr导热系数约为30W/m*k、比热为450J/kg*k、密度为7800kg/m^3
导热系数/比热/密度=8.547*10^-6(W/m/k/J*kg*k/kg*m^3)=8.547*10^-6(m^2/s)
微分方程：dT/dt=(d2T/dx2)*8.547*10^-6(m^2/s)
边界条件：给定温度梯度dT/dx=热流率/导热系数
内壁面x=0，dT/dx=-(4.906*10^6W/m2)/(30W/(m*k))=-1.633*10^5(k/m)，外壁面x=0.01m，dT/dx=0
初始条件：室温25度
Mathematica计算：
为了保证边界条件与初始条件连续，内壁面dT/dx数值乘上(1 - Exp[-1000 t])作起点平滑过渡。
结果：
燃烧6秒后内壁温度达到钢材熔点1400度；外壁温度达到600度红热，40Cr或不锈钢接近失去强度。
参考资料：
《“气态氧-汽油”火箭发动机设计与制作》XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/t/37433
钢的比热为450J/(kg*k)：XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/view/XXXXXXXXXml
40Cr的导热系数约为30W/(m*k)：XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/XXXXXXXXXXXm
高温强度特性：XXXXXXXXXXXXXXXXXXX/yunyun903@126/blog/static/728424062009102714642162/
钢材熔点：XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/view/XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXml
![heat1.png]()
“以往的小型水冷式火箭发动机设计经验已经表明，我们可以预计铜燃烧室和喷嘴平均传热率Q约为3 Btu/(in2*sec)。”
1 btu = 1 055.05585 joules
1 in2 = 6.4516 cm2
Q=490.6J/(cm2*sec)=490.6W/cm2=4.906*10^6W/m2=4.906MW/m2
燃烧室壁厚1cm，材料：40Cr
用偏微分方程计算：热传导方程
x处微元(x-0.5dx,x+dx)温度为T(x)
流入x处厚度为dx的微元的热流率=(dT/dx(x-0.5dx)-dT/dx(x+0.5dx))*导热系数=d2T/dx2*dx/导热系数
温升dT/dt=流入微元x的热量/单位长度比热/dx=(d2T/dx2*dx*导热系数)/单位长度比热/dx
dT/dt=(d2T/dx2)*(导热系数/单位长度比热)=(d2T/dx2)*(导热系数/比热/密度)
40Cr导热系数约为30W/m*k、比热为450J/kg*k、密度为7800kg/m^3
导热系数/比热/密度=8.547*10^-6(W/m/k/J*kg*k/kg*m^3)=8.547*10^-6(m^2/s)
微分方程：dT/dt=(d2T/dx2)*8.547*10^-6(m^2/s)
边界条件：给定温度梯度dT/dx=热流率/导热系数
内壁面x=0，dT/dx=-(4.906*10^6W/m2)/(30W/(m*k))=-1.633*10^5(k/m)，外壁面x=0.01m，dT/dx=0
初始条件：室温25度
Mathematica计算：
为了保证边界条件与初始条件连续，内壁面dT/dx数值乘上(1 - Exp[-1000 t])作起点平滑过渡。
结果：
燃烧6秒后内壁温度达到钢材熔点1400度；外壁温度达到600度红热，40Cr或不锈钢接近失去强度。
参考资料：
《“气态氧-汽油”火箭发动机设计与制作》XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/t/37433
钢的比热为450J/(kg*k)：XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/view/XXXXXXXXXml
40Cr的导热系数约为30W/(m*k)：XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/XXXXXXXXXXXm
高温强度特性：XXXXXXXXXXXXXXXXXXX/yunyun903@126/blog/static/728424062009102714642162/
钢材熔点：XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/view/XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXml
引用
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Re:Re:回 2楼(ehco) 的帖子
引用第10楼ehco于2011-12-08 23:50发表的 Re:回 2楼(ehco) 的帖子 :
不锈钢内部用气相沉积铱锇合金
合金层只能抗氧化。不锈钢受得了这个温度吗？估计要一部分气膜冷却
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回 12楼(ehco) 的帖子
在材料和工艺上费这么多事不如山寨毛子的液膜冷却（气膜冷却）。
同样不用冷却夹套，可以用不锈钢直接搞定，代价是比冲损失百分之几而已。
3D湍流CFD必不可少，不过作为基础能力积累，长远看也值得。
空间小推力发动机推力室喷注器的设计与身部冷却问题
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/view/XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXml
如果可能用50%的双氧水、催化床当冷却夹套，壁面温度还可以更低一些。
同样不用冷却夹套，可以用不锈钢直接搞定，代价是比冲损失百分之几而已。
3D湍流CFD必不可少，不过作为基础能力积累，长远看也值得。
空间小推力发动机推力室喷注器的设计与身部冷却问题
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/view/XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXml
如果可能用50%的双氧水、催化床当冷却夹套，壁面温度还可以更低一些。
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Re:回 12楼(ehco) 的帖子
引用第15楼火星居士于2011-12-09 18:22发表的 回 12楼(ehco) 的帖子 :
实在不行就用碳-碳复合材料或者是玻璃纤维，做一个烧蚀冷却的喷管。
烧蚀冷却的燃烧室衬层+石墨喷管
既然这样不如改固液混合，免得预混爆轰。
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拔刀斋
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