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第一章:用两分钟制作一枚喷管的技术-----卷芯喷管

( 自适应烧蚀环氧树脂喷管技术已经成功应用,请看这里:http://bbs.kechuang.org/read.php?tid=8778&page=ea)

当然,在两分钟内做出一只喷管可能不行,但却可以用二十分钟做出十个喷管。

概念:即用卷纸将喷口芯管与发动机外壳进行适配的喷管制作方法,我将这种方法做出来的喷管命名为“卷芯喷管”.

设计思路: 纸张无疑是最易得到最便宜的材料之一,如果能用纸制作喷管将是十分方便的,我曾经尝试过完全用纸卷制的喷管,但就算涂了防火材料,效果都不理想.纸制喷管无法抵受燃气的衣帽间冲刷,被严重扩孔.



粘土制作的喷管很不错,坚实而耐火,没任何变形.但制作不易.在城市,找到合适的粘土并不容易.这种喷管对很多初学者来说是不实际的.



来到这步,思路就清晰了.喷管最易被烧蚀的是喷口,纸制喷管除喷口其外围是完好的,那用耐火材料做喷口芯管,纸做外围,那就可以完美解决问题------卷芯喷管的概念就这样诞生了.

<一>材料选择:

喷口芯管材料: 最好用绝缘陶管,这种陶管在电热材料店有售,有各种直径各种长度可以选择.我买了两种,一种8MM*4MM*13MM (外径*内径*长度).另一7MM*3MM*10MM. 一包估计有2000多粒,但店主就是不肯散卖,我唯有买了两大包, 一辈子都用不完了. 价格为15元每包,平均每个的价格很便宜.





这种陶管也可以在其它地方找到,我曾经有支电铬铁里面的绝缘管就是这种陶管,但现在不多见了. 每个人都能找到的就是这个了:三角垫, 那三支陶管内径通常是2.5MM-3MM,这个尺寸可以使用.



卷纸材料: 最好用牛皮纸,其次是美术用的厚卡纸

胶粘剂: 最适合为农机胶,环氧树脂,502

<二>制作

首先剪裁纸条,宽度为为发动机壳体内径的1倍--1.2倍.陶管的长度与纸条齐宽





如果使用的是成品陶管长度小于内径尺寸,则芯管应与喷管内头(燃气入口)齐平



混合农机胶或环氧,涂在栽好的纸条上,包着芯管的头段要涂多些,使芯管与纸层结合牢固.



将纸条紧密整齐地卷成喷管,注意尽量避免纸层间的间隙



喷管直径卷到发动机外壳内径的95%



喷管与外壳的配合不能太紧,否则502无法渗进内部.



到此,一个喷管就制作完成了

技术延伸

可能部分人还是无法找到陶管喷芯.不怕,动脑就有办法.这个东西每个人都可以找到了:螺母

一个螺母无法安装,但将多个串起来就可以了.

一般需要6个3-4MM螺母,用长螺丝串起来.农机胶要涂多些,这样才能充满螺母与纸管的间隙



卷好喷管后,将螺丝拧出



完成的螺母喷管



办法还有,比如电池里面的石墨条,可以钻孔后尝试制作芯管.其它一切合适的材料,只要发挥你的创意的思考.

<三>特性分析

卷芯喷管制作简易,但由于是通过胶粘剂结合纸层的,那性能很大程度就决定性于胶粘剂的纸层的卷制质量.发动机点火后,燃气流很快加热芯管,然后芯管与纸层间的胶粘剂开始分解,分解一定时间后就会失去结合力,芯管被喷出.所以芯管的胶粘剂最好是热固性的能耐一定温高,易得的基本就是环氧树脂的农机胶,其中农机胶便宜(0.5元)使用方便是不错的选择.

优点:取材容易,成本低廉

不需要模具辅助

制作简单,周期短

可能实现批量制作

缺点:强度有限,承受压力较低

有效工作时间短,通常在2-3S

质量受手工技巧影响大,性能波动大

好,我们需要记住卷芯喷管的这些特性,这样就可以知道这种喷管可以在哪些场合使用了.     [ 此贴被ABC在2008-10-25 15:47重新编辑 ]

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第二章:无加热冷混合推进剂技术

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第二章:无加热冷混合推进剂工艺 --粉压推进剂

<一>设计思路:

尽管论坛有不少人尝试不同的推进剂,但我从来都是支持先专一发展KNDX,因为这种推进剂综合性能实在太优秀了,对于业余条件来说,KNDX优点很多:

*有合适的比冲

*材料便宜易得

*制作和使用都较安全

*可浇注,工艺性好

*燃速适当而且可以通过催化剂调节

*性能稳定,可重现性好

*燃气温度较低,且火焰很小

KNDX的最高比冲为137S,精心制作的发动机,可以发挥出其90%-95%的比冲,即达到125S左右.但KNDX的制作毕竟需要加热,这对初学者来说,特别是一些基础知识不好的人就可能出事故,而且制作需要的器具较多时间较长,而且不适合制作小型发动机.我留意到有些人不敢在家里弄KNDX.

所以对于初学者,最好有一种不需要加热的,制作简易的推进剂工艺

浇注并不是适合所有场合的,小型发动机就不适合,制作小型发动机,压制才是正道.但双基推进剂是不可能的了,我的目标是寻找成本最低材料最易得的推进剂,我们还有另一个选择,通过粘结剂将粉状药料压制成药柱,这种方法数百年前就用于制造黑药火箭,现在我们就将该方法在小型火箭制作上发扬光大.

<二>配方

为方便称呼,我将通过粘结剂将粉状药料压制成药柱的推进剂称为"粉压推进剂"

理论上,将固体氧化剂粉末与可燃物粉末混合,就能产生能量.但实现可用的配方是有限的.

我测试了两类配方,KNDX和黑火药.为得到最佳的燃料配方,我设计了各种混合比例,并尝试加入不同成分不同比例的添加剂,前后制作了四十多枚发动机点火测试.最终选出了其中最适合的配方,作为标准配方推荐给初学者.

一型BP推进剂配方: 硝酸钾:80%  碳粉:20%  花生油:8滴 /10克

性能数据:

工作燃速:约6-7MM ,在喷燃比达到60-70时产生有效推力 .使用10克推进剂时适宜用直径3MM-4MM喷口.

二型BP推进剂配方: 硝酸钾:75%  碳粉:20%  硫磺:5%  花生油:8滴/ 10克

性能数据:

工作燃速:约7-9MM ,在喷燃比达到50左右时产生有效推力. 使用10克推进剂时适宜用直径3.5-4.5MM喷口.

关于KNDX,粉状的KNDX较熔注或重结晶的KNDX,吸湿性很小.但粉压KNDX太难点燃,我测试了包括60:40标准比例和其它各种比例,并加入其它易燃物,点火性能均没有明显改善,如果放置一段时间后更难着火.而且工作不稳定,很容易喘燃.我最终放弃了该燃料的测试.

关于BP.这种古老的推进剂表现不俗,与很多粘合剂相容,容易压制,材料易得.而且安全性高,添加粘结剂后对冲击不敏感.至于配方中硫的比例比标准的BP配方低的原因,就要回顾卷芯喷管的特性了,硫能提高燃速并使燃料容易点燃,但加入比例过大会使燃速过高,压力超出卷芯喷管的承受能力,容易出现喷管射出问题.测试表明,一型配方和二型配方综合性能最佳.

至于用花生油作粘结剂,本人都觉得有趣.可选择的粘结剂很多,基中环氧树脂就是非常优良的一种,用环氧树脂粘结可以做成燃速和强度都很合适的预制药柱,可以完全代替KNDX药柱使用在我的金属发动机中,我还测试了其它一些粘结剂,以后有时间可以向大家介绍. 但以上这些粘结剂都有各种各样的缺点,比如环氧树脂很贵,其它的有毒或制作麻烦. 由于小型火箭药柱对强度要求不高,我决定尝试使用柴油,发现效果很不错,而比柴油更易得到的,自然是花生油了,通过测试,最终确实每10克加入8滴(用尖嘴滴管)花生油效果比较好.

花生油粘结剂的作用:由于固体颗粒间没有粘结力,单纯粉末很难压制成柱.而且火焰容易从颗粒间隙传播,形成爆燃造成发动机爆炸.加入花生油就使颗粒间有了粘结力,能够压制成柱,而液态的油另一个作用就是填充了颗粒的间隙,使燃料柱层状均匀燃烧.能够层状燃料是推进剂的最重要条件之一.

其次花生油可以长期保存不挥发,这样就不会因存放时间较长而使推进剂失去结合力.

各成分间的关系

增加硫的含量会增加燃料的燃速,同时燃料更易点火,对冲击和摩擦更加敏感,危险性增加.所以我只推荐5%的硫含量

减少花生油含量会使燃料稍增加,但燃烧更不稳定,成型性变差.增加花生油会降低燃速,成型工艺性好,加入量过多同样会造成燃烧不稳定.可用的加入量为:每10克燃料---5滴--15滴.推荐加入8滴.

<三>粉压燃料制作

我使用的是这种带孔的六角形烧烤碳,如果你能找到柳木碳或杉木碳更好.



我用中药粉碎机很方便,手工研磨的话一定要仔细研细,颗粒过粗会造成燃烧不稳定无法形成推力



各种成分研磨好后,准确称量



硫和碳最好一起研磨.但千万别把硝酸钾和碳或硫混合研磨.



在非金属器皿里将混合物搅拌混合充分.提醒:千万不要拌几下变黑了就觉得搅均了,严格来说需要搅拌数个小时才充分均匀,所以至少要搅拌十分钟燃料才合格 .然后滴入花生油



加入花生油后同样需要充分搅拌,数分钟后粉状药料会变成匀质团状 ,花生油就成为了推进剂的永久成份了.



合格的推进剂可以弄成一块不散开



不需要任何干燥过程或加热过程,到这里推进剂就制作完成了.配制好的这些药料可以马上装填发动机,或者装瓶密封保存,需要时再取出使用.

<四>特性分析

总结如下:

优点:

*成本低,材料简单

*冷混合,无需加热

*需要的辅助用具少,加工周期短

*不吸湿,可以长时间保存

*可以批量制作,保存好随时使用

*较KNDX容易点火

*燃速适当,推力较大

缺点:

*结合强度低,只适宜用于小直径发动机(不大于25MM)

*受研磨和混合技巧影响,性能波动较大

注意:这燃料的性能将与你的研磨和搅拌耐心的技巧成正比

[ 此贴被ABC在2008-09-03 12:47重新编辑 ]

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第三章:喷管装配,燃料的压制和堵头制作

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<一>:喷管装配

喷管与发动机外壳的结合强度将决定发动机的工作压力,所以这个很重要.

根据卷芯喷管的特性,选用502作为胶接剂是很适合的.

首先将喷管两端涂502,让胶水渗入农机胶不到位的纸层



将喷管插入发动机外壳,用502渗透接合缝





里面亦需要滴胶





如果实际使用中发现喷管仍会射出,则可以在喷管与外壳结合段,钉4-6个小孔穿透外壳,再滴入502让其渗入内部,接合力会增加.由于拍摄好的图片弄丢了,就不做图片说明了.

制作好的成品





注意市面上很多502胶水都是冒牌的劣质产品. 我常用的是同声的502和北京的502.请看准正版再购买.

<二>燃料的压制

我们希望药柱的密谋越大越好,所以需要尽量将药料压实.

首先,用一段比喷口稍小长度差不多的木棒插入喷口,防止药料进入喷口



将药料每次四分一量到三分一量加入发动机内,压制的工具是一个比发动机内径稍小的木棒



先用小力压沉药料,然后用铁锤搞打压实,宜用中等力度多次锤打,全部药料分三到四次压制入发动机内. 如果有人担心会把药料压爆,我只能说,这个可能性也实在太小了.



压好药料后,需要余出内径1-2倍的长度给堵头



注意事项:压制药柱不要用力过猛,轻敲多锤(每压一层锤十几下)才能使药柱实心密实而较匀质

<三>简易而有新意的堵头

其实小发动机我一直都用纸制作堵头,不但方便而且从未发生过任何问题,十分牢固.但我们要考虑到不同场合的不同要求,在粉压推进剂里,直接用纸堵头却是不合适的.

如图所示,直接结合容易产生间隙,我用粘土粉(可以是双飞粉等甚至地上的尘灰)顺利解决了这个问题.



在压制好药料后,加入适量粘土粉



同样方法将粘土粉压实,这样粘土与药柱紧密结合了



滴入502胶,量要多些



然后将一节纸巾捏团放入



同样用那要木棒将纸敲实,并滴入502固化,这样药柱-粘土-纸就通过502而成一体了.



这种堵头在我前后制作的数十枚发动机中100%完善表现,从不故障.

注意:粘土粉和纸巾都必须是干的,加入的502宁多勿少 [ 此贴被ABC在2008-09-02 22:01重新编辑 ]

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第四章:各种药柱形状性能分析

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这种结构的发动机我们有三种药柱形状可以选择.分别是:

深内孔药柱

浅内孔药柱

端面燃烧药柱

我测试的数十枚发动机,全部都使用深内孔药柱.原因很简单,其它两种不合适,但我还是在这里分析下这三种药柱的差别,因为这些原理可以用于其它推进剂药柱的分析.

首先看火箭的设计示意图

喷管长度:喷管长度的选择是基于结合强度的考虑,可以用更长的喷管以增加结合力,减小被射出的可能性.但也会增重量的阻力

药柱的长度:太短的药柱意味着相对直径大,但造成燃料面积小但喷管和堵头的面积大,这样推力小的同时喷管却更容易被射出.而如果太长,但压制的均匀度会降低,而且钻内孔时很容易偏心.经分析,药柱长度最宜取1.5-2倍药柱直径.



关于卷芯喷管的特性,还记得吗?其中很重要的一个是,它只能有效工作2-3S,所以我们必须使燃料尽快燃尽,这点只有深内孔药柱可以做到.分析示意图如下:



内孔的制作

先将之前插入的那根小木棒拔出



用一个3MM直径的十字丝批,从喷口处插入,慢慢敲进去形成内孔



丝批插入的深度等于发动机长度减去药柱压制好后余下的长度.即差不多钻到药柱末端



好,一枚微型火箭发动机的制作全部完成了

用电热点火头可以轻松点火



如用火药发火头更不在话下了

  [ 此贴被ABC在2008-09-03 13:13重新编辑 ]

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完整制作过程,视频展示

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前面几章什么都说,可能有点乱.现在就来个完整的制作过程吧.

我的四十多测试发动机外形尺寸都是相同的,即用同一种发动机测试不同的燃料配方.发动机的设计图如下:



为安全起见,建议初学者们直接使用这个图纸.因为手上有现成的,我全部都是用1.6MP的PVC管,没发生过外壳炸裂事故,选用耐压2MP的管强度会更好.而喷口直径我都使用4MM.即8MM*4MM*13MM (外径*内径*长度) 的陶瓷管.

这次一起制作6个发动机,首先切好纸条



在纸条上涂农机胶,开始卷制喷管



慢慢卷紧卷齐,卷到可以轻松放入外壳,而又不至于太松动



喷管做好了



在各个端面涂502胶,增加喷管强度



把喷管放入外壳,滴502渗入接合处



里面也要滴502粘合



为增强结合力,可以在侧面打些孔,再滴502渗入孔内



第一步完成



好,现在去配制推进剂

如果使用3MM直径喷口,建议使用一型推进剂

如果使用4MM喷口,则一型或二型都可以用,二型推进剂推力会大些

下次去M记不要浪费宝物哦,它的可乐纸杯用来混药很不错

这次六个发动机只混了60克药.搅拌多久合适?答案是:到你累为止. 谁都知道搅越长时间越均匀,但人都累了就算了,呵



滴入48滴花生油,然后又是一阵搅拌,又累一次.



要在喷口处放一根木棒,防止药料挤入喷口



每个发动机装药10克,压实



压好药后,倒入粘土(黄泥)粉,



同样需要压实



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然后滴入502,量要多些



放入一节纸巾,压实



滴502固化纸巾



初成品



将刚才插入的木棒拔出



用3MM丝批钻内孔,标记长度使丝批能刚好钻到药柱顶端.



将丝批敲入药柱,到标记点时停止,拔出,内孔成型了



全部工作完成,六个成品发动机.为了测试三种药柱的不同特点,这六个发动机分别一个端面燃烧型,一个浅内孔型,四个深内孔型.



为了测试这六枚发动机,临时做了个上火箭.传真纸筒做箭身,弹性泡沫头锥,桐木尾翼.确保可以一个火箭射完六个发动机.

头部用砂子配重



随便喷点颜色



到发射场



上发射台



点火

起飞

升空

  

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