最近时间比较闲,所以着手设计了一台小型轻量化金属固体火箭发动机，主要是对3D金属打印制作发动机的尝试

先摆一下发动机数据：

材料：

          喷口：316金属打印

          堵头：316金属打印

          燃烧室：7075铝管

          隔热层：环氧树脂管

          密封圈：氟胶圈

          卡簧：外径34.4mm，厚度1.3mm

主要参数：

         外径(mm) 36.5

         壳体长(mm)190

         燃料柱最大长度(mm) 160

         燃料柱最大直径(mm) 28

         燃料柱中空直径(mm) 7

         喷管收敛段长度(mm) 8.05

         喷管入口直径(mm) 30

        喷喉长度(mm) 3

        喷喉直径(mm) 7

        喷管扩张段长度(mm) 19.5

        喷管出口直径(mm) 17

        喷管扩张段形状 圆锥形

        最小喷燃比 91

        最大喷燃比365

        工作压强 4.5mpa

结构设计

为了使发动机更轻，几乎把所有能减的重量都减了

喷管壁厚两毫米,单密封圈槽结构，加了肋条辅助散热和加强结构

堵头也采用下凹减轻重量，单密封圈槽结构

整体装配图

燃烧室采用7075铝合金管加工，厚度2mm。安全系数给到了12

加工方面

3D打印由嘉立创代工，材质为316，堵头和喷管总重仅60余克

发动机固定方面采用卡簧固定，每边一个卡簧，对卡簧槽进行静应力分析

经分析认定符合应用标准

总装效果图

燃料制作

1.称量好相应的硝酸钾和山梨醇质量，本次使用的配比为kn65%，sb 35%

2.将硝酸钾研磨成粉末。装进容器内准备干燥

3.找一个盘子，将硝酸钾平铺在容器内，这样能提高干燥效率

4.放入干燥箱或微波炉中，设定温度125度，干燥20分钟

5.在这期间，将称量好的山梨醇倒入锅内进行融化，将温度调到200~250度左右，充分去除山梨醇中的结晶水，直到山梨醇成透明无色

6.将干燥好的硝酸钾分批与山梨醇混合，注意温度的调节，应控制在150~180度左右，有条件的最好用恒温加热台。

7.混合时一定要边搅拌边混合，使燃料受热均匀。

药柱方面我采用了环氧树脂管做隔热层，3D打印了模具进行四氟棒的固定，燃料直径较小，不方便浇筑，所以打印了一个漏斗型的装置

浇筑完后，将药柱放在密闭容器内干燥存放

试车准备阶段

检查成型后的药柱是否有气泡，断裂或其他情况。

发动机采用黑火药进行点火，称量0.8g黑火药作为点火药

制作好的点火头

将点火头塞入药柱深孔内并固定，即可开始试验环节

到达试车场地，固定试车台，接入点火系统

试车环节

本台发动机前后共测试了两次，第一次因某种原因采用了前端点火（不规范）

试车视频如下，摄像机不太好，只有24帧将就着看一下吧。

第一次点火测试

bf38ae69d4f0e3e03e7e51d37fed8580_raw.mp4 点击下载

第二次点火测试

2c48473531b74cf0e5e148a91322a3a5_raw.mp4 点击下载

试车后分析

发动机拆机

喷管处积碳状况

复用两次后未见明显烧灼，喉口有轻微烧蚀

发动机工作状况分析 （下面这个标题忽略，忘记把型号改过来了）

两次试验中未发现有明显的欠膨胀，工作状态良好，未发现漏气现象

第一次电源问题传感器未工作，所以只有第二次采样结果

可以看到。实际推力与理论计算值相符

总结

本台发动机有着质量小，安全可靠的优势，但不可避免的3D金属打印不管是强度还是密度都比机加工要差，是否可以多次复用仍需要大量实验。本台发动机达到两百牛级标准，寒假时或将考虑上箭