凌霄2号固体火箭发动机研发项目

（一种低成本可重复使用固体火箭发动机的研发思路）

部分一：火箭发动机

曙光1号。但发射目标高度为0公里到5公里之间。硝糖系列的发动机燃料难以保存，而是apcp制取较为困难，成本很高。rnx燃烧平缓，成本较低,作为低发射高度的探空火箭。rnx是一个很好的选择，并且可以大量储存。如图所示

制作好的RNX(密度1.78)

而对于发动机的喷管，外壳还有堵头三个部件材料也进行了讨论。外壳使用601铝合金，密度小强度高。对于喷管有多种选择，目前常见的有陶瓷，不锈钢，铝合金，酚醛。不锈钢密度太大，铝合金导热性很好，在达到一定高温后，硬度会明显减小。而酚醛，不仅价格成本很低，而且耐高温也能经过2~3次的反复冲刷。因此我们决定最后火箭发动机喷管为酚醛塑料。

        发动机的堵头，需要确保。良好的密封性和耐高温。因此我们也使用酚醛料，密封圈选用敷胶胶圈。

其中，酚醛喷管用嘉立创CNC制作，预计价格189元。酚醛堵头嘉立创CNC制作，预计价格150元。

铝合金壳体6061由团队成员车，之后整体上级的固定选螺丝，

整个发动机有16颗m8的螺丝进行固定。火箭发动机数据如下图：

初代发动机由于没有考虑到石墨喷管导热性很好，导致第一次凌霄一号固体火箭发动机试车后，石墨喷管扩张增大，不能再次使用。因此凌霄二号固体火箭发动机的喷管使用了酚醛喷管。

凌霄2号固体火箭发动机作为高精度、高性能的航天动力装置，其密封性能的优劣直接关系到整个发射任务的成功与否。由于笔者发现有好多喷气推进的同志的火箭发动机再试车或是发射中发动机的故障在于漏气。在众多密封材料中，选择氟胶圈作为密封元件，展现出了诸多显著优势，以下是对此的详细论述：

1. 卓越的耐高温性能

氟胶，特别是杜邦公司开发的氟橡胶（如FPM），以其优异的耐高温性能著称。在凌霄2号固体火箭发动机这样极端的工作环境下，氟胶圈能够长期在高达250℃甚至更高温度下保持稳定的密封效果，这对于防止高温引起的密封失效至关重要。氟橡胶中的C-F键键能高，且氟原子半径大，在主链两侧紧密排列，有效屏蔽了C-C主链，从而赋予其出色的耐高温特性。

2. 优异的耐化学腐蚀性

氟橡胶具有极强的化学稳定性，能够抵抗多种强酸、强碱、有机溶剂及氧化剂的侵蚀。在固体火箭发动机中，燃料和氧化剂往往具有强腐蚀性，氟胶圈作为密封元件，能够有效隔绝这些腐蚀性介质，保护发动机内部结构和元件不受损害，确保发动机长期稳定运行。

3. 良好的耐候性和耐臭氧老化性能

氟橡胶对日光、臭氧和天候的抵抗能力极强，即使在恶劣的自然环境下长期暴露，也能保持较好的物理机械性能。这对于固体火箭发动机的贮存和运输尤为重要，能够减少因环境因素导致的密封性能下降，延长发动机的使用寿命。

4. 阻燃性和自熄性

氟橡胶的阻燃性优于其他多数橡胶材料，属于离火自熄型橡胶。在火箭发动机意外发生火情时，氟胶圈能够迅速自熄，防止火势蔓延，提高整体系统的安全性。

5. 密封性能可靠

氟橡胶具有良好的弹性和回弹性，能够在高温、高压等极端条件下保持稳定的密封效果。这对于固体火箭发动机来说至关重要，因为任何微小的泄漏都可能导致发动机性能下降甚至失效。

综上所述，凌霄2号固体火箭发动机选择氟胶圈作为密封元件，是基于其卓越的耐高温性能、耐化学腐蚀性、耐候性和耐臭氧老化性能、阻燃性以及可靠的密封性能等多方面优势的综合考虑。这些优势不仅确保了发动机在极端工作环境下的稳定运行，还提高了整个发射任务的安全性和可靠性。

针对凌霄2号固体火箭发动机，选择酚醛喷管相较于沉重的钢制喷管和铝合金喷管，具有一系列显著的优点。以下是对这些优点的详细论述：

1. 重量轻，提高整体性能

酚醛树脂的特性：酚醛树脂作为一种热固性塑料，具有较低的密度，因此酚醛喷管相比钢制或铝合金喷管能够显著减轻重量。在火箭发动机设计中，减轻非燃料部件的重量是至关重要的，因为它能够直接提高火箭的推重比，增加有效载荷，提升飞行性能。

对比钢制和铝合金喷管：钢制喷管虽然强度高，但密度大，对发动机整体重量的贡献较大。铝合金喷管虽然密度较钢制喷管低，但在追求极致轻量化的现代火箭发动机设计中，酚醛喷管提供了更为优越的选择。

2. 优异的耐高温和抗烧蚀性能

酚醛树脂的耐高温性：酚醛树脂在高温下能够保持较好的稳定性和强度，不易熔化或变形。在固体火箭发动机中，喷管需要承受高温高压燃气的冲刷，因此必须具备良好的耐高温和抗烧蚀性能。酚醛喷管正是基于这一特性而被广泛应用于火箭发动机领域。

对比其他材料：钢制喷管虽然耐高温，但重量大；铝合金喷管虽然轻，但在高温下的抗烧蚀性能相对较弱。而酚醛喷管则能够在保证轻量化的同时，提供优异的耐高温和抗烧蚀性能。

3. 加工成本低，制造灵活

酚醛树脂的加工性：酚醛树脂易于加工成型，可以通过注塑、压制等多种工艺制成复杂形状的喷管。这不仅降低了加工成本，还提高了制造效率。

对比其他材料：钢制喷管的加工成本较高，且加工难度较大；铝合金喷管虽然加工性较好，但在追求复杂形状时可能受到一定限制。而酚醛喷管则能够更灵活地满足各种设计需求，降低制造成本。

4. 环保性

酚醛树脂的环保性：酚醛树脂作为一种热固性塑料，在制造和使用过程中对环境的影响相对较小。相比一些可能含有有害物质的金属材料，酚醛喷管在环保性方面具有优势。

综上所述，凌霄2号固体火箭发动机选择酚醛喷管相比沉重的钢制喷管和铝合金喷管具有重量轻、优异的耐高温和抗烧蚀性能、加工成本低以及环保性等多方面的优点。这些优点共同提升了火箭发动机的整体性能和可靠性，为航天任务的成功实施提供了有力保障。

针对凌霄2号固体火箭发动机，使用高强度螺丝固定喷管相比传统的卡簧固定方式，具有多方面的显著优点。以下是对这些优点的详细论述：

1. 更高的结构强度和稳定性

高强度螺丝的特点：高强度螺丝通常采用优质合金材料制成，经过精密加工和热处理，具有极高的抗拉强度和抗剪强度。在火箭发动机这样的高负载、高振动环境下，高强度螺丝能够确保喷管与发动机主体之间的牢固连接，有效抵抗各种外力和振动，保证发动机的稳定运行。

对比卡簧：卡簧虽然也能提供一定的固定作用，但其结构相对简单，承载能力和抗振性能有限。在极端工况下，卡簧可能会出现松动或断裂的风险，从而影响发动机的整体性能和安全性。

2. 更可靠的密封性能

螺丝紧固的密封效果：高强度螺丝在紧固过程中，可以通过预紧力将喷管与发动机主体紧密贴合，形成可靠的密封面。这种密封方式能够有效防止燃料和氧化剂的泄漏，提高发动机的安全性和可靠性。

卡簧的局限性：卡簧的密封效果往往依赖于其材料和结构的设计，但在高压力、高温度的环境下，卡簧的密封性能可能会受到影响，出现泄漏的风险。

3. 更易于维护和更换

螺丝固定的便利性：高强度螺丝的固定方式相对简单直观，便于在发动机维护或升级时进行拆卸和重新安装。此外，螺丝的规格和型号通常标准化，易于采购和更换。

卡簧的维护难度：卡簧的安装和拆卸需要一定的技巧和工具，且在某些情况下可能难以达到理想的紧固效果。这增加了发动机维护的复杂性和难度。

4. 更长的使用寿命

高强度螺丝的耐久性：由于高强度螺丝具有优异的材料性能和加工精度，因此在使用过程中不易出现疲劳、断裂等问题。这有助于延长发动机的使用寿命，并降低因故障导致的维修成本。

卡簧的寿命限制：卡簧在长期使用过程中可能会受到磨损、腐蚀等因素的影响，导致性能下降甚至失效。这增加了发动机发生故障的风险，并可能缩短其使用寿命。

综上所述，凌霄2号固体火箭发动机使用高强度螺丝固定喷管相比卡簧具有更高的结构强度和稳定性、更可靠的密封性能、更易于维护和更换以及更长的使用寿命等优点。这些优点共同提升了发动机的整体性能和安全性，为航天任务的成功实施提供了有力保障。

而本项目的核心创新技术在于压敏胶的应用。

对凌霄2号固体火箭发动机使用压敏胶密封技术的优点进行论述如下：

凌霄2号固体火箭发动机采用压敏胶密封技术的优点

1. 高效的密封性能

压敏胶的特性：压敏胶具有卓越的粘附性和密封性，能够迅速且牢固地粘附在接触面上，形成有效的密封层。在凌霄2号固体火箭发动机中，这种特性对于确保燃料舱、燃烧室以及各连接部件的密封至关重要。

优势体现：通过压敏胶密封，可以有效防止燃料泄漏、气体渗透和外界杂质侵入，保障发动机内部环境的纯净和稳定，从而提高发动机的工作效率和可靠性。

2. 便捷的施工工艺

施工简便性：压敏胶的施工过程相对简单，无需复杂的加热、固化等工艺步骤，只需将胶层贴附于待密封部位并施加适当压力即可。这种便捷的施工工艺能够大大缩短发动机的生产周期，降低制造成本。

灵活性：压敏胶可根据需要裁剪成各种形状和尺寸，以适应发动机内部复杂多变的密封需求。这种灵活性使得压敏胶在固体火箭发动机密封领域具有广泛的应用前景。

3. 良好的耐候性和耐久性

耐候性：压敏胶通常具有良好的耐候性，能够抵御极端温度、湿度、压力等环境因素的影响，保持稳定的密封性能。这对于在复杂多变的空间环境中运行的凌霄2号固体火箭发动机来说尤为重要。

耐久性：压敏胶密封层具有较高的耐久性，能够在长期使用过程中保持稳定的粘附力和密封效果，减少因密封失效而导致的发动机故障和安全事故。

4. 环保与安全性

环保性：现代压敏胶多采用环保材料制成，不含或仅含少量有害物质，对环境和人体健康的影响较小。在凌霄2号固体火箭发动机中使用压敏胶密封技术，有助于实现绿色制造和可持续发展。

安全性：压敏胶密封技术能够有效防止燃料泄漏等安全隐患，提高发动机的安全性能。同时，由于施工简便、无需特殊设备，也降低了施工过程中的安全风险。

5. 适应性强

材料兼容性：压敏胶与多种材料具有良好的兼容性，能够粘附在金属、塑料、橡胶等多种材质上，满足凌霄2号固体火箭发动机内部多种部件的密封需求。

动态适应性：在发动机运行过程中，由于振动、温度变化等因素的影响，密封部位可能会产生微小的位移或变形。压敏胶具有一定的弹性和适应性，能够在一定程度上吸收这些变化，保持密封性能的稳定。

综上所述，凌霄2号固体火箭发动机采用压敏胶密封技术具有高效密封、便捷施工、良好耐候性和耐久性、环保安全以及适应性强等优点。这些优点共同提升了发动机的整体性能和可靠性，为航天任务的成功实施提供了有力保障。

部分二：研发目标.

本项目目标是研发一款RNX固体火箭发动机，试验酚醛喷管的重复可行性，以及螺纹和压敏胶连接喷管的可行性，并且采用耐高温氟胶圈增大密封性，通过这些举措让爱好者的火箭发动机降低成本。是一种低成本可重复使用固体火箭发动机的新的研发思路。

部分三：要求的结题成果

试车的图像曲线。

试车图片及视频。

经过两次试车后评估是否可以重复使用。

发动机实物图片。

论文报告及其可靠性的结题评估。