[ASR] SRM-81-APCP 详细性能数据和试车视频
bh,王者归来2013/08/31喷气推进 IP:江苏
为了大家的共同进步,我在这里公布除了具体设计图纸以外的一切数据

全长:813mm
有效燃烧室长度:690mm
最大宽度:103.6mm
燃烧室直径:76mm
燃烧室外径:81mm
喷喉直径:24.7mm
扩张比:5.7
理论喷燃比范围:220-313
扩张角:30度
收敛段为R弧,以减小流动阻力
壁厚:2.5mm
药柱质量:3.7kg
发动机全重:10.1kg
理论耐压:(以最薄弱点计算)32.7MPa
安全系数:5.0
壳体材料:热处理40Cr
堵头材料:45#钢
喷口材料:30CrMnSiNi2A高强度合金钢
壳体隔热材料:内层PVC管,外层环氧树脂+高温铁氟龙
喷口堵头隔热材料:内层XZ-T001耐高温涂料,外层高温防护漆
喷口堵头与壳体连接方式:螺纹
壳体密封:不完全密封
与箭体连接方式:螺钉(堵头12颗M6,喷口8颗M6)
点火方式:外部点火
点火药:低燃速黑火药
最大推力:1556N
推力持续时间:约5.8s
发动机工作噪音:距喷口10米处最高声强等级130.7分贝
总冲:7687.8NS
比冲:212s
燃料类型:含铝高氯酸铵-端羟基聚丁二烯复合推进剂
燃料加工流程:称量配料
                        真空混合搅拌
                        真空振荡浇筑
                        常温固化
                        锯床锯成3段
                        车床车出接插结构,打中心孔
                        铣床铣出6个小孔
                        对接燃料,用环氧树脂粘接并密封端面
                        使用耐高温铁氟龙胶带缠裹
                
燃烧方式:全内表面扩张式
燃料密度:1.65-1.67
燃料配比:  AP        70%  (由3种粒度配成)
                   DOA     6%
                   Al         7.8%
                   MDI      2.5%
                   HTPB    12%
                   氧化铜催化剂   1%
                   其它添加剂    0.7% (CA,HX878,蓖麻油等)
                    
燃烧室温度:2600摄氏度
壳体工作结束温度:小于90摄氏度

发动机实物图(工作后)
QQ截图20130831201650.jpg

燃料端面图
QQ截图20130831201709.jpg

工作图
QQ截图20130831202111.jpg   

发动机F-T图
QQ截图20130831201300.jpg

噪音图
QQ截图20130831205609.jpg

噪声是使用专业噪声测量仪连接电脑实时记录的,右边的粗麻绳是用来搬运试车架的
QQ截图20130831211330.jpg

燃速较高的点火药难以点燃此燃料,这是前几次失败的点火瞬间的视频截图:
QQ截图20130831210356.jpg
QQ截图20130831211718.jpg

工作视频:(原视频是60fps的,上传后视频掉帧严重)
点击此处查看视频

对于APCP发动机的改进意见和发展建议
想必大家也能看到,APCP发动机确实能量较大,比冲也首次超过了210(略高于Qu8k所使用的燃料),虽然在诸多APCP中这种燃料比冲算是垫底,但也算是一个阶段性的成果吧。有人跟我说要再大量添加金属粉或者能才来增加比冲,我觉得完全可以作为研究项目,但实际来说可能需要其它保障,如热防护,防爆等,成本或加工难度也有可能增加,总之对于整体设计而言,找到一个平衡点是非常重要的(PS:强烈赞一下叉的航电设计的整体意识)。下面的改进我觉得到不一定是死抠比冲,可以进一步降低成本,提升安全度以及减轻结构质量,这样可能对于广大高级爱好者来说更有实际意义。

这次试车以及相关一系列实验其中一个最重要的目的就是为了验证发动机的热防护性能,因为APCP的燃烧温度是出了名的高。实验中,在经过超过5s的高温火焰冲刷后,喷口甚至几乎没有出现红热,2层防护材料很好地起到了隔热作用,这样的设计完全可以取代石墨喷喉,简单,廉价而且避免了过于复杂的结构。在燃烧室内部,PVC+特氟龙的组合也成功地进行了隔热,再加上燃料的这种燃烧方式使燃料本身变成了隔热层,综合防护性能非常好。这样一来便有以下的改进意见:首先,铝粉的含量可以继续增加,因为铝粉的量对比冲影响非常大且铝粉比HTPB要便宜的多,目前根据燃料的粘稠度来看,应该可以加到15%或更高,由此带来的高燃温问题发动机应该完全能扛得住。其次,发动机的诸多部位材料厚度可以削减,减重至少25%以上,以提高推重比。这样一来可以在几乎不影响可靠性的基础上使发动机效率大幅提高,成本略为降低。

此外,APCP燃料本身是一种极为优秀的燃料,它在兼顾高能的同时比很多低端燃料都要安全。最重要的原因是它有着极为优秀的力学性质,它很难在外力的作用下发生碎裂,取而代之的则是形变,而且本身极难被起爆(含有能才的除外)。但之所以在业余火箭圈子里很不普及是因为其高昂的价格,很难搞的原料,已经看似复杂的制作过程。这些是我们要尽力去克服的。对于燃料的后期处理,我们也采用了和以前广局一样的方法,用车+铣的方式分段组装,费时费力还浪费燃料,下一步是尝试使用模具,一次浇筑成型,这样来减少工作量,提高效率。

当然,纵使APCP有着诸多优点,新手要想尝试依然非常困难,困扰众人的问题我认为首先是原料的问题,理论上说,未经允许储存、购买AP到达一定量是违法行为,另外HTPB,HX878等高昂的价格也让大家望而却步,这些都是硬杠杠,已我们的力量难以解决,所以说目前客观条件不甚成熟,不适合普及,但强烈建议有条件的个人或集体进行尝试,合理规避法律风险即可。

最后说一下喷燃比和压力指数的问题,喷燃比的话APCP一般在200-360之间,这次我们取得比较保守,后面可以稍微增加一点。压力指数有很多方法测量,发动机装机测量法就是其中的一种,也就是说可以根据发动机试车数据倒推出压力指数,且发动机越大,推测出的越精确,有兴趣的坛友可以试一下。之所以我这样说是因为制作专门的燃速测量仪很费事,而且精度成问题,不如直接用发动机估。


这枚发动机也是今年ASR的绝唱之作,从此打住,不再继续发展了。如果有可能,明年再说,我也要告别KC一段时间。
非常感谢大家在这2年来对我们的支持,我受益匪浅!

[修改于 9年8个月前 - 2015/04/23 20:54:09]

+20  科创币    香皂火箭q    2013/08/31
+50  科创币    10班陈大葱22号    2013/08/31
+50  科创币    badboy-fly    2013/08/31
+500  科创币    game00over    2013/08/31 高质量发帖
+1  科创币    彩虹之巅    2013/08/31 你这是要逆天啊!     喷燃比保持在330~350左右可能效果要更好一些。
+50  科创币    chaozhou    2013/08/31 几乎完美!推力曲线也很平。
+500  科创币    焓熵`    2013/09/01 來晚了,牛逼爆了……但是貌似噴燃比沒有想像中那麼穩定
+1000  科创币    qharryq    2013/09/04 无需多言,膜拜中。
+25  科创币    宅人    2013/09/04 凑个热闹。。。顺便奉虎哥旨意把今天的分加了
+1000  科创币    拔刀斋    2013/09/04 试车圆满成功,数据极具价值
+90  科创币    猎鹰    2013/09/06
+5  科创币    jn久    2013/09/10 高质量发帖
+1  学术分    虎哥    2013/08/31 第一次发布关于APCP的客观燃烧数据。希望有推力曲线与之对照。理论上还是需要测出燃速曲线和压力指数。
来自:航空航天 / 喷气推进
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~~空空如也
bh,王者归来 作者
8年9个月前 IP:美国
812500
引用 KFWJ:
前段被剪掉了,前端有几秒喘的一塌糊涂 。 其实有时候装B很正常,但是这么严谨的事情  至少需要文字表达一下,时至今日 无人问津 。。。。        “曾经的科创航天箭体总设计”.
作为“曾经的科创航天箭体总设计”,B是一定要装的,正所谓君让臣装B,臣非但不能不装B,还要装的漂漂亮亮的。 你肯定看了我发在youtube上的完整版视频,群里我很早就公开说了,并请求大家以后试车注意这个问题。 这就叫装B科研两不误,你啊学着点
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bh,王者归来作者
8年9个月前 IP:美国
812637
引用 KFWJ:
我是当初太喜欢固体发动机了,尤其你这枚80毫米的发动机试车视频 ,曾经在很长一段时间里每天晚上睡觉前都会播放一次你这视频。 直到看到你YouTube里完整版的时候,内心一下子不舒服了……   好比我娶了个漂亮的老婆 等结婚生子后 才发现她原...
我的猜想啊是点火药以及点火药装填的位置不对,一般的SRM点火药包都装在堵头那一侧,而且采用高温点燃,周边药柱引燃后产生的气体和火焰同时膨胀经过整个燃烧面然后从喷口射出去。当时试车的时候因为技术原因把药包放在了尾部,这样点燃的气体就会同时向内和向喷口处膨胀,向内扩散的气体温度压力均不足以点燃药柱,点燃的燃烧面部分来回在发动机里摆动,于是就会发生喘燃,直到发动机全部的燃烧面被点燃,建立正常推力。从未公开的视频中以及推力计的测量结果来看,每一次喘燃造成的波峰数值呈线性增加(第一个描点应该是向上偏移最大的,因为包含了点火药产生的推力), 如果用线性模型简单拟合,y 轴截距应该约等于0, 实际值为33.991,考虑到第一个点的偏高这个数值可以接受。这是支持我猜想的一个论据,另一个论据是视频中可以看到很明显尾部部分药柱点燃的情况。但是SRM燃烧模型极为复杂,在没有精确内弹道数据的情况下无法进行严谨的数值模拟,实际情况要试车才能解决。 装在快被魔改成BOSS的TK-1A上的是这枚发动机的完全相同版,通过那枚发动机的测试可以得出结论。事实上在后来我们在那次被中途取消的发射中是把点火药包安装在头部的,但很遗憾没有进行实测。猴子认为可能还要别的原因导致喘燃,我觉得还是要点火过那枚发动机后在做结论。


此外在当年做这个项目的时候,ASR还发现点火药的燃速对点燃也起到至关重要的作用。在当天的试车中,我们最早使用了极高燃速的黑火药进行点火,结果是无法点燃,必须使用燃速稍微较慢但不至于过慢的黑火药才可以点火。APCP 的点火条件基本上算是现有发动机里最高的,如果有童鞋要继续研究APCP发动机,点火药的开发至关重要,建议有条件多做实验。



原始视频:XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/watch?v=3w942wEHmPQ


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