一、项目背景

液体火箭发动机（LRE，下文简称液机）是一种利用液体化学物质所储存的化学能产生推力，从而推动飞行器飞行的装置。液机由于工作时间长，燃气温度高，且燃气接触壁面使得其冷却就变得十分重要。

现在液机主流的冷却方式有再生冷却，烧蚀冷却，容热冷却，液膜冷却，辐射冷却等。再生冷却一般用于大推力发动机，其优势在于冷却效果好，材料成本低廉，但是加工略繁琐，且对于液氧-长链烷烃组合而言，若使用液氧冷却，需要冷却夹套使用抗氧化材料，若使用燃料冷却，则有燃料结焦堵塞管路的可能性。烧蚀冷却的优势在于结构简单轻便，但是不利于长时间工作。容热冷却的结构特别简单轻便，但工作时间只能在几秒左右。液膜冷却可以长时间工作，但是需要精密加工且壁面温度较高（？）。辐射冷却适合小推力发动机/喷管扩张段，结构简单粗暴，但是需要热强材料。

所以对于高空工作的小推力发动机或者小火箭的起飞级发动机，使用辐射冷却是可行的。但是辐射冷却需要的热强材料（如铌合金，铼，钨钼，镍基合金等）成本极高（堪比黄金）且难以加工。而石墨和耐火水泥作为相对廉价且易于加工的热强材料，或许可以用于小推力液体火箭发动机的辐射冷却外壳。

二、研究目标

研究石墨和几种水泥用于辐射冷却的可行性：测量这几种材料在高温下的热导率和比热容，测试其耐高温能力（如会不会出现裂纹或者分解）。测试几种耐高温黑色涂料的发射率和抗氧化性能。

三、前期积累

在开始此项目前我已经完成的部分：

简单机械加工技术；火箭原理；推进剂热力学计算；喷管设计与优化；推力测试；热辐射估测温度；简单控制电路设计制造。

为了此项目我已经完成的部分：

简单机械设计；各类材料常识；流体力学常识；基础传热学；一维CFD仿真，一维传热仿真。

还需要学习研究的部分：

简单的机械加工；电炉子的设计与制造；耐高温涂料常识。

四、理论与研究方案

4-1 理论知识 

对于大平板传热有：E/t=λA（θ2-θ1）/ι

式中E是在时间t内所传递的能量，A为截面积，ι为长度，θ2和θ1分别为两个截面的温度。

而利用红外测温仪又可以测出其辐射散热功率，从而可以求解出其热导率。

将待测物体放入电炉中，根据电炉升温曲线与未放入物体时的不同即可推出其比热容。

4-2 研究方案

1 设计制造一台可以工作到1273K以上的电炉，炉膛内装热电偶。

2 热导率测试：将石墨，硫铝酸盐水泥体系，铝酸钙水泥体系，铁铝酸盐水泥体系，氧化铝陶瓷等几种待测材料制成边长10cm，厚度较小的板材，两面涂敷黑色涂料，一面安装上热电偶，然后固定在炉子上，有热电偶一面正对空气，无热电偶一面朝向炉膛内部。炉子通电，在不同温度下采集两热电偶数据，用红外测温仪测量其外表面温度（预先设置黑度系数为1），然后把这三项数据代入相关方程里，解出热导率-温度曲线。

3 比热容测试：将一定质量的试样放入炉膛中，盖上盖子，恒定功率加热至800摄氏度以上测量炉膛温度变化，对比与空炉时的加热的温度曲线，解出比热容。

4 成果展现：发表论文，可能会参加有关竞赛，在论坛发表总结性帖子与经验介绍，把在此过程中研制的一些网友比较需要的器材做成套件或成品出售。