由于在寒假里的一些小状况,我之前制造的Nova-1 KNSB发动机没能得到上箭测试的机会。。。由于我在外地上学,发射一枚火箭的窗口期也就在长假期里,于是乎,我就有了利用这个学期再制作一个推力更大、更能利用好那枚火箭空余空间的发动机的想法。
同时,我关注到了nakka的新燃料——KNPSB,这是由KN、KP、山梨糖醇组成的一种燃料,比例为35:30:35 。这种燃料是一种性能较好的且较为安全的燃料,它利用好了KP的强氧化性的同时也改性使KP燃料那危险的压强指数不再那么高,是一种非常好的过渡燃料(从新手的kn低能燃料到更高能量级的燃料),尤其是在如今AP十分难以搞到的情况下。。。过多介绍我也就不说了,各位可以自己去nakka的网站上看。网址:XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXt/XXXXXXXXml
因此,我选择了KNPSB作为我新发动机的燃料。
设计部分
设计的目的有了,那就开始设计吧~
不得不说的是,nakka的网站真的十分好的一个地方,他甚至十分贴心地把所有关于knpsb的燃料数据都给出了,让我们可以直接填到SRM1.2里面去进行发动机的设计~
首先是确定发动机的大小。我的小火箭的内径是46mm,发动机座大约长度有近24cm。为了方便购置铝管,选择发动机外径45内径39mm,长度220mm。
接下来直接上SRM的数据图吧~懒得码了…
喷管扩张比为7,使用304不锈钢作为喷口
壳体为3mm厚6061t6铝合金(希望商家没骗人),总长220mm,两端距离螺孔各有15mm
使用M5螺丝,六个孔
使用2mm厚度的纸筒进行隔热
还有什么不清楚的数据可以问我。。。方便对这次失败找出原因
随后我对喷口进行了设计,图纸如下
不清晰的话可以问我
接下来放两张SRM的仿真图
再来张喷管的计算图
燃料制作
随后我就在学校里完成了对于knpsb药柱的制作
其实药柱制作步骤和knsb大体上区别不大,唯一的区别就在于需要提前把kn与kp均匀混合并进行干燥
随后的步骤就和做热熔knsb一致了
值得一提的是,nakka在他的文章中说到,knpsb这种燃料在制作过程中对于过热有着较好的抗性,也就是说,在铸造温度略高时,通常很难会使燃料爆燃。当然这也不能成为我们对于安全意识防范松懈的理由,最多只能说是一个制作较为安全的燃料。
同时,在我自己的制作过程中,我发现knpsb药浆的流动性较knsb更好,但是却更易粘在其他物件上,本身具有很大的粘性(容易拉丝),这有可能会导致燃料中的一些气泡。
我使用了10mm直径四氟乙烯棒作为模具,在浇筑完后基本没怎么动,除了第一次做的时候孔歪了微调了一下(另外,knpsb燃料的可操控时间很长,不像knsb那样很快就变硬些了)。在燃料浇筑完之后2个半小时左右,我使用钳子可以很轻松把四氟棒扭出来,脱模十分轻松。
制作好的药柱(第一枚制作时因为全粘在勺子和棒子上有点慌乱,所以端面不平整)
发动机试车
先放一张遗照......
然后就去找了个没人的建筑工地进行了试车(说是建筑工地,其实都是土地,根本没开工)
使用了0.4gkn-al-mg点火药,深内孔点火,点火时本人及与我一同的朋友在试车台后面的一个大土堆背面,试车时仅听到巨大的boooooooommmmmmmm一声以及与附近无人楼房碰撞后的“刷——”的回声......人员无伤亡,就是精神上被吓到了......
后来战战兢兢的跑去检查‘尸体’,发现试车台已被炸的不成样子,测力计部分不知道被炸到哪去了,铝型材制作的架子也松散了许多,架着发动机堵头那一头的不锈钢片(3mm厚)也被炸弯了。。。当时吓死了,慌忙捡了东西就跑了,于是没留下现场照片
罢了,先放视频吧
IMG_2562.mp4 点击下载
初步分析视频后,发现发动机前期工作良好,但是到后期喷燃比大了之后就出现了欠膨胀的现象,不久发动机堵头出产生爆炸。
图三可以看到由于严重欠膨胀导致的超大马赫环。。。十分奇怪的是,图三中的喷口貌似不见了(?)不知道什么原因,兴许与欠膨胀有关系?毕竟前期工作的还十分不错。。。我寻思着喷燃比上去了也不至于这样吧。。。
原因分析
初步判定是由于堵头处密封圈漏气,导致烧熔螺丝孔处铝管,致使堵头爆炸喷出
由于现场经验不足,爆炸后手忙脚乱,并没有收集太多的有用物件便“逃离了”现场。。。
所以证据并不充分,无法完全判断此猜测的真假。
看过nakka之前所说的knsb压力峰问题之后,我认为部分类似的knpsb可能也有这样的问题,兴许可以通过涂燃烧底漆进行解决(?)
同时,我认为那奇怪的超级欠膨胀以及喷口的离奇失踪也有一部分的原因所在,但我对于这样的现象一点头绪都没有...还望各位提出点意见
(捡到的唯一发动机残骸......)
(没想到测力卡居然还捡回条命。。。这是其中的数据,可以看到在爆炸之前最大推力有400N左右)
总结与计划
这次的试车爆炸属实让我受了点惊吓,但是通过前期的工作状况大家也大概能看出此燃料的可圈可点之处。个人认为是在材料上吃了亏,让6061铝合金去承担这样的压力还是有点为难它了,下一次可能会使用更优秀的材料,不知大家可否推荐几种。
但是,毕竟那爆炸的声音还是非常有穿透力的。。。仔细听视频里爆炸后的回声就可以听出来了。所以我还有点害怕会不会被请。。。如果真被请的话,估计未来一个学期内不会有什么动作了。。。
这毕竟是国内第一次(大概吧...?)对于这种燃料的金属发动机尝试,肯定有很多不足之处,还望各位多多讨论,帮忙找一下失败的原因所在,争取在它的下一次试车中取得圆满成功!
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