提问

固体燃料火箭须知

火箭与航天  / 倒序浏览   © 著作权归作者本人所有

#楼主# 2017-1-14

跳转到指定楼层
在进入固体燃料火箭之前,我们应该明白固体燃料火箭并不是像不少人认为的那样十分危险,其实只要设计得当做好每一个环节,固体燃料火箭的事故发生率可以变得相当低,但是如果你不按正确的环节正确的方式来做固体燃料火箭,那么就应该另当别论了,美国人的固体燃料推进器在使用当中只发生过一次事故,所以固体燃料火箭不像我们所想的那样本身不安全,但是有的人就说了固体燃料火箭容易爆炸,在这里我想告诉他这是设计缺陷或工艺不过关所导致的问题。
固体火箭发动机由药柱、燃烧室、喷管组件和点火装置等组成。奌火器,一般安装在前部,在一定电压、电流作用下奌燃火药药柱;火药柱由推进剂浇注成形,与壳体、绝热层组成燃烧室;另一个主要部件是喷管,其作用是使燃烧室的燃气加速,产生推力;喷管除使燃气膨胀加速产生推力外,为了控制推力方向,常与推力向量控制系统组成喷管组件,该系统能改变燃气喷射角度,从而实现推力方向的改变。其他还有密封圈和连接件等。

看到论坛里,目前有很多人
热心
的尝试不同的配方新的设计这固然是
一件
好事,但是大多数人
不知道
理论计算
甚至还有不少
人停留在凭感觉
的阶段,完全
不知道运用
相关理论
进行和设计,导致做出来的固体燃料火箭质量低下。

关于固体推进剂,最重要的一个指标就是比冲。现代双基推进剂比冲可达到
220s
,复合推进剂比冲可达到
260s
而一些含能推进剂可以达到270甚至更高,但是我们不能忽略重要的一点我们业余的不是专业的用不上比冲这么高的推进剂再者高比冲的推进剂不仅工艺要求高而且造价太高我们搞业余的没多少人用得起,比冲就是
比冲是对火箭引擎燃料利用效率的一种描述,火箭发动机单位重量的推进剂产生的冲量就是比冲!其标准国际单位“米/秒”咦,“米/秒”不就是速度单位吗?怎么比冲也是这造型?没错,比冲的单位跟速度的单位是一样一样的,那么,它的本质到底是什么呢?

比冲的本质就是燃料燃烧时的“喷流速度”!所以,很多文章会告诉你,比冲越大,发动机越厉害。这很好理解,无论是火箭发动机,还是飞机上的涡喷发动机,其提供动力的原理就是燃料燃烧并向后喷射,那么,根据动量守恒,喷射物的速度越大,其带给飞行器的反推力就越大。

重量流量”听上去是那么的别扭,它是过去的老单位,在国家标准中,已经没有这个名字。
但是习惯上,说比冲时,还是按照单位重量流量的推进剂产生的推力来计算,结果导出的就是秒的单位,可以理解为,火箭发动机利用一公斤燃料可以持续多少秒一直产生一公斤的推力。
说完了比冲的本质,现在就能消除一些关于比冲的误解了:
例如,比冲跟发动机的推力大小无关,比冲只是描述了发动机的能源利用效率而已。
一些离子推进器,比冲可以达到10000秒,其喷流速度在100000米/秒左右,也就是速度100千米/每秒。虽然离子推进器的比冲很高,但它的推力极小,大概只可以吹动一张纸

              

下面就以rnx的比冲为代表代入公式rnx的比冲为90。如果一枚火箭的重量是2kg,工作3s,其中百分之20是推进剂那么
推力=
0.
4
kg
9
0s
3
s
12
kg
而总重量只有2
kg
,飞离地面是绝对没有问题的我以人格保证,如果无视加速时间的重力和空气阻力的话能飞多快呢?根据公式
2
delta v=比冲*ln2/1.6=200.82
m
s
啊呀这个速度比跑车还快几倍,要是打到车肯定是惨不忍睹



拉瓦尔喷管是推力室的重要组成部分。喷管的前半部是由大变小向中间收缩至一个窄喉。窄喉之后又由小变大向外扩张至箭底。箭体中的气体受高压流入喷嘴的前半部,穿过窄喉后由后半部逸出。这一架构可使气流的速度因喷截面积的变化而变化,使气流从亚音速到音速,直至加速至超音速。所以,人们把这种喇叭形喷管叫跨音速喷管。由于它是瑞典人拉瓦尔发明的,因此也称为"拉瓦尔喷管"。

分析一下拉瓦尔喷管的原理。火箭发动机中的燃气流在燃烧室压力作用下,经过喷管向后运动,进入喷管的A1。在这一阶段,燃气运动遵循"流体在管中运动时,截面小处流速大,截面大处流速小"的原理,因此气流不断加速。当到达窄喉时,流速已经超过了音速。而跨音速的流体在运动时却不再遵循"截面小处流速大,截面大处流速小"的原理,而是恰恰相反,截面越大,流速越快。在A2,燃气流的速度被进一步加速,为2-3公里/秒,相当于音速的7-8倍,这样就产生了巨大的推力。拉瓦尔喷管实际上起到了一个"流速增大器"的作用。其实,不仅仅是火箭发动机,导弹的喷管也是这样的喇叭形状的,所以拉瓦尔喷管在武器上有着非常广泛的应用。

所以
如果要达到高速排气的话,必须燃烧室压足够高,然后拉瓦尔喷管才能起到把亚音速流变成超音速流的目的,为什么有很多人做的火箭飞不起来呢,那就是因为燃烧室压太低,以至于燃气速度别说超音速,也许10ms都到不了。也就是说折算下来比冲不到1s,问题出在哪里呢?出在燃烧室压上,燃烧室压不够高,排气速度自然不够快,而等效排气速度,即比冲自然不高。怎样提高燃烧室压呢?更换能量更高的燃料,或者提高单位喷喉面积对应的燃料喷射量。当然,燃烧室压并不能无限的向上提高,燃烧室压越高,壳体就需要越厚重,而比冲的提升是有限的。实际上固体燃料火箭的燃烧室压一般在2-10Mpa的范围内,很少有燃烧室压15Mpa以上的固体燃料火箭,大家在设计时,一般在设计pvc发动机ppr发动机时,燃烧室压一般取0.5-1MPa即可,太高了会炸,太低了比冲会很低。所以我们引出这几个公式。





最后祝所有固体燃料火箭爱好者在这条路上越走越好。[s:161]


屏幕快照 2015-06-25 下午5.43.04.png (18 KB, 下载次数: 86)

屏幕快照 2015-06-25 下午5.43.04.png
分享淘帖
回复

使用道具

3.1

12

主题

200

帖子

943

积分

上士

积分
943
沙发
3.1 发表于 2017-1-14 20:20:39
以后会持续更新,如有错误请各位坛友指出[s:162]
回复

使用道具 举报

0

主题

0

帖子

0

积分

列兵

积分
0
板凳
法式油炸 发表于 2017-1-14 21:37:46
不错,不过推荐为了更方便阅读,一句很长的话中间没有逗号的情况最好避免。
回复

使用道具 举报

10

主题

117

帖子

0

积分

少尉

积分
0
地板
ryq1212 发表于 2017-1-14 23:49:29
总觉得楼主你是在说我呀……不过楼主科普得很好,我感觉受益匪浅。
回复

使用道具 举报

3.1

12

主题

200

帖子

943

积分

上士

积分
943
5#
3.1 发表于 2017-1-14 23:51:12
[quote=ryq1212,3333]总觉得楼主你是在说我呀……不过楼主科普得很好,我感觉受益匪浅。[/quote] 我没有说你,论坛当中有很多爱好者都在热心的尝试不同的配方新的设计。[s:127]
回复

使用道具 举报

10

主题

117

帖子

0

积分

少尉

积分
0
6#
ryq1212 发表于 2017-1-15 00:02:09
[quote=3.1,3334]我没有说你,论坛当中有很多爱好者都在热心的尝试不同的配方新的设计。[/quote] 好吧-_-||看来是我多虑了
回复

使用道具 举报

74

主题

229

帖子

2282

积分

认证自媒体

积分
2282
7#
猎鹰 发表于 2017-1-16 15:54:19

音速的定义为压力波的传递速度,并不是340,这种报道上的偏差你要负责。建议以后称呼为海平面音速或大气音速,免得弄混概念。



在比冲221s时,如果按照340m/s计算,那么已经达到了六倍音速以上。实际上却只有2.382倍。因为出口的气体温度高,当地音速已经达到了880m/s,比海平面的大气音速不知道高到哪里去了。




其实所说的需要高于其实并不高,只需要0.17mpa就够了。按照现在大部分设计的1-2mpa来说完全足够了。如果连0.17mpa都达不到,那么只能说设计这台发动机的人还需要学习一个,熟悉火箭设计的这套理论。
回复

使用道具 举报

0

主题

0

帖子

0

积分

列兵

积分
0
8#
法式油炸 发表于 2017-1-17 20:09:06
[quote=猎鹰,3346]音速的定义为压力波的传递速度,并不是340,这种报道上的偏差你要负责。建议以后称呼为海平面音速或大气音速,免得弄混概念。



在比冲221s时,如果按照340m/s计算,那么已经达到了六倍音速以上。实际上却只有2.382倍。因为出...[/quote] 赞同一个
回复

使用道具 举报

74

主题

229

帖子

2282

积分

认证自媒体

积分
2282
9#
猎鹰 发表于 2017-1-18 03:57:06
[quote=法式油炸薯条,3364]赞同一个[/quote] 那么早就说资瓷会不会让人觉得是内定的。
回复

使用道具 举报

0

主题

3

帖子

22

积分

列兵

积分
22
10#
么么哒 发表于 2017-1-25 14:55:55
看不懂
回复

使用道具 举报

B Color Link Quote Code Smilies

关于作者

3.1

上士

  • 主题

    12

  • 帖子

    203

  • 关注者

    51

Archiver|手机版|小黑屋|MakerTime 创客时代  
Powered by Discuz! X3.3  © 2001-2017 Comsenz Inc.