如何判断火箭的好坏？为什么要发展低成本火箭？
       火箭从本质上讲就是一个快递而已，（如果你觉得我的观点错误，那么请找另一个给太空送货的方案。）作为一个用户来说，更关心的不是其技术的先进性，而应该是关注的是可靠性、环保、成本以及运载量等。如果使用了先进的技术但是在这些指标上并没有太大提升也是无意义的。
      打个比方，某家快递公司购入了几辆超跑来负责发快递。但是你的收货时间并没有变短，而丢包率和费用高了几倍，这时候你还会愿意多花几倍的钱去享受超跑吗？
      看了我上面的说法肯定很多人认为我在反对研究先进的火箭技术，毕竟先进的技术必定会带来高成本。其实并不是这样子的，使用更先进的技术不光可以提高可靠性、运载量和环保性，最重要的还是可以带来成本的降低。

       其中质子系列就是使用技术相对落后的偏二甲肼+四氧化二氮方案，因此近地运载的成本不到使用“先进”Delta4-H的一半。
      难道“先进”技术真的就是完全没用吗？
      其实不然，我们现在看看同步转移轨道，Delta4-H的运载能力超过了质子M的两倍，那么在需要运载大重量物体的时候就只能选择Delta4-H了，这就是先进差不多技术带来的优势。
      那么我们再算算单位质量的运输成本，这时候我们发现两个基本上差不多了。
      其中Delta4-H仅仅采用了两级半结构，而质子M却使用了四级，随着级数的增加可靠性也会越来越低（别看质子的成功率似乎高一些，其实是因为Delta4-H的发射次数太少，虽然只失败了一次，但是成功率严重偏低，相比之下只发射了4次的亲兄弟Delta4-5.4成功率高达100%）。在发射一些对成功率要求高的物体（比如星际探测器，发射窗口甚至几百年一次，万一失败根本来不及做第二个。还有一些卫星价格是火箭的几十倍），级数较少的火箭更好。所以这就是先进技术的意义，大大降低了成本和可靠性。

         其实对于液体火箭来说，燃料成本从来都不是问题。真正决定成本的不是火箭的起飞质量而是体积，体积越大的火箭就需要更大的箭体（储罐）。我们可以看看下图就会发现，虽然重量差不多但是Delta4 H体积却差不多是质子M的三倍了。通过以上的比较就会发现，在对dv要求高的时候（比如同步轨道，逃逸地球），先进的火箭在成本，可靠性方面会高很多。

刚刚说完了运载火箭，那么我们来看看探空火箭吼不吼啊？
       很多人认为我是不是会说大力发展硝糖，放弃AP呢？其实并不是这样的。我们看看以下两张图，加入我们需要发射到8km高度，燃料占总重量40%左右。那么使用比冲200s的APCP的火箭单位面积质量是硝糖的四倍（体积，重量差不多是64倍），成本上的区别就算我不说你都会明白的。


那么我们看看使用更高性能的推进剂吼不吼啊？比如含能推进剂。那么我们计算一下比冲大概+20s的实际效果吧~

      通过这张图可以发现，含能材料对比冲只做出了一点微小的贡献，对真正性能提升并不是太大。不过价格嘛，你懂的。
那么含能推进剂是不是没用呢？
      稍有常识的人都会知道，如果真的没用那些工程师会吃饱了没事干去研究这些？
      实际上，这些含能推进剂是用于潜射导弹。因为潜艇内对体积要求很高，越小越好。如果造更大的潜艇会使得成本更高，不适合隐藏。而且导弹作为一个战略威慑（装逼），更先进的推进剂往往具备更强的威慑力（装逼性），综合考虑下来还是使用含能推进剂更好。
      对于我们业余火箭爱好者来说，体积起飞重量这种东西我们完全没必要那么在乎，我们需要的是以现有的技术和经济实力，飞到最高就行了。因此我认为在现阶段，没有必要过于追求单方面的参数，而是应该从整体来考虑。简单地说就是少去研究一些装逼的东西，多研究一些实用的。你可以选择使用价格昂贵、参数更高的发动机。但是如果可以使用相对来说不那么先进的技术用更低的成本完成相同的发射任务。这时候我会毫不犹豫地选择后者。
      这里我先声明一下，我并不是反对研究那些高端技术。毕竟我们只是普通的爱好者，能够满足自己的兴趣才是第一位的，如果研究一些高端的技术能够让你感到Excited，那才是坠吼的。有些看起来短时间没用的“装逼”技术还是可以当做技术储备，当技术发展到那一步之后这些储备的技术肯定会有自己的用武之地。

为何早期的金属火箭发动机成本高？
       对于很多人来说，金属的发动机具备了高性能，不过其价格极高。不过实际上金属材料本身费用非常低，过高的价格实际上是高加工费用造成的。
      此图是我设计的早期固体火箭发动机，设计风格是模仿ehco的，为了适应不同规格，参数有一些变动。

这套发动机如果真的制造出来成本价大约500元左右，极其昂贵。那么我来分析一下昂贵的原因：

1.     需要将很长的一根管子削薄，耗时较大。
2.     由于买来的料子有较大误差，此发动机的装药是在pvc管内浇筑得到的，为了保证PVC管可以放入发动机内。必须对发动机壳体内圆加工。
3．将大块金属料子掏空，而且还得保证pvc管放的进去，精度要求也高。
4.圆弧加工，很多师傅并没有相关的刀具，用手工对技术要求极高（毕竟为了减重使得整个喷管非常薄）
5.其中在喷管外侧加工是整个发动机坠痛苦的。首先对角度有着精确的要求较高，而且整个喷管非常薄，最薄处甚至只有1mm，稍有不慎就会报废。在喷管内有一部分是凹进去的，这部分很小车刀是进不去的，这时候需要单独磨一把小刀，费时费力。
       这种发动机设计上还存在一个巨大的缺陷：空间利用率太低。药柱的直径只有50mm，而整个发动机的直径高达65mm，使得相同的装药下需要更粗的箭体空气阻力巨大。

如何简化一下工艺？
1.壳体材料选择：
     6061-t6铝合金是目前最容易买到的铝合金，具有密度低（这点事坠重要的），强度大等优点。薄壁的铝合金管也比其他薄壁材料容易购买，是一种优良的发动机材料。其低成本，高性能，易购买等优点在美国爱好者中得到了充分应用。
为什么我不推荐钛合金，高强度钢呢？
       因为铝合金低密度，使得壁厚相对来说比较厚。使用钛合金，高强度钢这类的材料会使得壁厚更薄，同时这种薄壁管是无法购买的，只能通过购买更厚的管子加工而成。在实际的加工中管子并不是标准的圆（标准圆为黑色，而实际上管子确实蓝色的形状）。在切削加工前还需要先将管子敲成圆形（一边敲还得用表测试，十分麻烦），而且敲好后的圆也并不会非常标准。如果不是标准的圆形进行加工会使得凸出的部分被削得更薄（强度最差处），凹进去的部分会较厚（更重）。其中最重要的加工的师傅的人工费不低，这样折腾不起。

   市场上铝合金管的规格很多，其中有很多薄壁的型号可以购买，这样免去外圆加工的麻烦。以一个典型的规格为例，外径55mm，内径50mm的铝合金管，耐压可以达到24Mpa，已经远远高于发动机的使用压强了，对于强度来说完全可以放心

隔热层与贴壁浇筑：
       金属在不同温度之下强度也会发生变化，通常温度越高强度会越低。其中铝合金的高温性能非常差，虽说熔点高达600摄氏度以上，但是在温度200摄氏度时，强度已经低得没法看了，所以必须使用隔热层来保证壳体的低温。
      早期的隔热层是PVC管，这不光有隔热作用，还是药柱的模具。不过PVC的隔热效果并不好，而且厚度较大严重影响了装药量。美国的一些爱好者通常使用HTPB倒入发动机壳体内，然后使用车床将其旋转，这样HTPB固化之后就能形成一个套筒隔离药柱与壳体。不过对于中国的爱好者来说，很少有人拥有车床。所以我选择了另一个方案：玻璃纤维+硅橡胶。
制作流程如下：
1.     贴双面胶：将双面胶贴在铝合金管内壁，没必要贴满，只要保证可以粘住玻璃纤维就行。

分享一点必要的人生经验：双面胶按照轴向贴，如果直接按照圆形来贴，在中间的部分会贴不到。
2.贴玻璃纤维：通常贴1-2层就合适。玻璃纤维其实就是为之后涂硅橡胶提供一个结构而已。如果没有这层玻璃纤维，硅橡胶根本没法涂均匀，甚至根本没法涂。
3.涂硅橡胶：将硅橡胶均匀涂在玻璃纤维上，使其完全渗入玻璃纤维内。使用的工具，个人推荐用筷子。涂完了之后，厚度大约在1.5-2mm。
4.贴壁浇筑药柱：这时候一句话不说，这是坠吼的，看图就明白了。


喷管制造：
1.     材料：个人推荐使用热固性塑料，比如酚醛树脂这类。虽说这东西并不耐高温，但是其导热系数低，热量很难传递到外面。同时受热会发生分解反应吸热，甚至出现一层一层掉落带走热量（烧蚀冷却）。之所以选择这种材料，最大的好处是价格比金属便宜很多，自己加工相对来说也要容易一些。密度低，并不会像金属一样担心发动机过重。
这类材料通常有很多种，其中我测试过以下两种（还有一些更贵的，比如绿色的那种我没有测试过）。
使用氧化性氧炔焰进行烧灼测试，从结果来看黄色的高温抗冲刷抗冲刷能力更强，是均匀的一层一层缓慢掉落，而咖啡色的是直接出现了裂痕。

       由于这两种材料价格相差还是有点大的，根据个人经验，燃烧时间较短，压力较低的火箭（发动机直径40mm以下）尽量选择咖啡色的。如果使用高温含铝燃料（APCP），尽量选择黄色的。如果工作时间较长请直接选择石墨喉部。
       发动机图纸：白色部分为硅橡胶隔热层。个人建议在药柱与喷管和堵头出都涂上硅橡胶，这样密封性会更好。
       关于酚醛棒的规格，个人建议购买比管子内径小5mm，这样在加上隔热层后刚好可以塞入，不能密封的部分直接使用硅橡胶解决。

喷管

喷管的加工：
       其实对于很多人来说拉瓦尔喷管是一个难加工的东西，实际上网上就可以买到锥度钻，这样使用电钻就能自己加工。
       用于扩张段（扩张角度是8°，比常用的15°小了一些）

用于收敛段

使用以上方法可以做到不借助机床，纯粹靠手工就可以完成。如果觉得上面的那种设计略重，可以使用以下的方案。
（简单加工的喷管                       石墨喉部喷管                           低重量堵头）

        如果觉得加工上面那种喷管太贵了也没关系。可以加工很多个这样的毛坯，在需要使用时完成喉部，扩张段和收敛段。（个人建议每个毛坯都钻一个细的孔，比如3mm，这样可以保证后期手工加工的同心度）比如一次加工10个以上，单个成本大约在10-15元，不算贵。


喷管与堵头的固定
螺纹：方便快捷，但是在会削薄发动机壳体，造成强度不够。同时需要去外面加工，没法自己完成，所以不推荐。
螺丝固定：使用过程中比较麻烦，但是不会对壳体进行削薄，强度比较大。所以我选择了使用螺丝固定。

       关于螺丝的固定，我分享一点必要的经验：先使用硅橡胶将其完全粘住，之后进行钻孔，然后利用丝锥进行攻丝，最后才拧螺丝（因为丝锥前部有一段没法攻丝，所以有效的螺丝长度可能会不够，不过没关系用力拧一样可以强行拧进去）其中螺丝建议使用12.9级的高强度螺丝和高级螺丝刀，因为在拧螺丝的过程中非常费力，如果强度不够极易滑丝，甚至螺丝断裂。

很多人可能会想如此粗制滥造的发动机真的可以正常工作吗？
      本来我想说一句无可奉告，但是你们不高兴，那怎么办？所以我也只能做一个测试。
发动机为液氧+石蜡固液混合型，内径50mm 6061铝合金管。喷管为黄色热固性塑料，其中冷却方式增加了一个“膜”冷却，当然这个的efficiency还不错，就是比冲少几秒（自己想想这几秒去哪里了 ）。
     因为之前液氧石蜡出现过爆炸，所以为了安全提前使用了6s的预热，也就造成了一定的燃料消耗，最后工作时间只有2s。
预热

满载工作


     令人感到高兴的是，经过了长达6s的预热以及2s的工作后发动机外壳不超过50℃，用手拿着也不感觉烫，只是温热。这也是这次测试最满意的地方。 因此我十分相信硅橡胶的隔热性能。
     拆开喷管看看烧蚀情况，实际上由于硅橡胶粘的实在是太紧了，根本扯不开。后面使用了一定量的硝酸溶解掉部分硅橡胶，还利用了撬棍才打开。（看来想要多次使用基本上不可能了）

喷管几乎看不见烧蚀痕迹。

如果直接使用PVC管不行吗？涂硅橡胶太麻烦了。
实际上这个想法我在就有了，很可惜这种办法是不行的。



屁股后面一股烟。。。。。。堵头密封部分已烧穿。。。。。。。。。

产生这样的结果原因很简单，整个硅橡胶的涂层可以使其很容易连成了一个整体，而PVC管表面过于光滑，硅橡胶很难附着稳固。



既然说了是低成本金属火箭发动机的方案，那么成本怎么样呢？

       首先是壳体，比如我用的外径55mm，内径50mm的铝合金管，长度大概240mm（加上切割损耗大概250mm）。
       壳体的成本大概：14元

     喷管是我自己手工切割和钻孔，所以只计算材料费。消耗材料大概60mm，如果使用咖啡色的需要2元，如果使用黄色的需要8元。
     硅橡胶一包2元，玻璃纤维非常便宜，价格没法算。加上螺丝这些就算3元吧。
     那么成本仅仅只有19/25元，价格非常低廉，甚至比燃料还便宜。当然为了方便也可以请机械加工厂做一下毛坯，这样能节约一些时间，在有一定批量的情况下，价格也并不高。

测试用发动机：
        刚刚讲了发射用的发动机设计，肯定会有人觉得这种发动机每一次的制造周期较长，准备起来及其麻烦，发动机寿命不行，没法多次使用。相比之下多次使用的发动机在长期使用中可能会更便宜。
        实际上一台发动机的使用次数根本不会有那么多次，大部分人都是用了几次之后就收藏了，很难多次使用。毕竟当你已经用这个发动机发射了好几次之后，你肯定会感到无聊了甚至看不上这台发动机，而去选择制造更大的发动机。对于大部分爱好者来说，火箭发动机的使用大部分时间是在地面上而不是天上，那么这时候使用的发动机真的有必要像之前那样追求比冲和重量吗？实际上我感觉这样是没必要的，对于地面测试来说我们可以使用另一种低成本，并且简单粗暴的方案。
     1.材料：304不锈钢，高温性能好（甚至不需要隔热层）。最重要是不会生锈，这个很关键的。
      2.喷管：反正都是用来测试燃料的（其实就是测试稳定性，或者燃速），直喷就行，不需要拉喷，降低成本，在测试期间，可以一次性做好几个不同直径的，方便测试压力指数与系数。
     3.连接方式：螺纹连接，最方便。
     4.壁厚：稍微厚一点，这样热容量更大，在燃烧过程中对壳体加热温度提升更小，保证安全。
参考图，engineering drawing：

此文件提供下载，不过需要根据自己的设计需要修改一些参数。
engineering drawing.rar (30 KB, 下载次数: 4)

1970-1-1 08:00 上传

点击文件名下载附件

        这种发动机的全套成本大概在100-150元（材料费40元左右，为了多次使用材料难免会贵一点）之间。甚至可以使用端面燃烧也不会造成发动机过热（不锈钢的高温性能与大热容量）出现强度不够的情况。

很惭愧，以上就是我的一点微小的工作，谢谢大家~~

考虑了一波，果然用筷子这个efficency还是不够，还是要有模具一样的东西

[quote=xian333c,2943]考虑了一波，果然用筷子这个efficency还是不够，还是要有模具一样的东西[/quote] 其实用筷子还算不错了（反正也只消耗几分钟而已），用模具出来的表面会很光滑，这样容易造成药柱的滑动。

[quote=猎鹰,2945]其实用筷子还算不错了（反正也只消耗几分钟而已），用模具出来的表面会很光滑，这样容易造成药柱的滑动。[/quote] 加入筷子能保证尺寸的话，这个efficency就要高很多了

[quote=xian333c,2946]加入筷子能保证尺寸的话，这个efficency就要高很多了[/quote] 问题是不需要保证尺寸啊，涂上去的厚度实际上都差不了多少。

干干，正好用于我的3号计划测试

exciting

那个满载工作的时候很浪费...估计效率很低

硅胶隔热层是有弹性的，会不会导致药柱被燃烧室的压力压碎？还有就是我用704硅胶涂铝管的时候，能涂匀，但是完全没有粘合力，很容易就分离了，准备试试环氧树脂混氧化铝