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罗恩格林 发布于2017-04-29 14:49
10/3990

高能燃料APCP的配方计算

楼层直达
HTPB是目前高能火箭中最常用的粘合剂,AP-HTPB燃料的比冲大约是RNX的两倍,但价格较贵,根据品质和不同约180元/kg - 300元/kg。
之前有传闻HTPB有所谓的脱密以及配方不对,无法固化什么的,这实际上是谣言,HTPB的固化是十分基本的化学操作,而真正的难点在于改性,诸如老化,提高与材料的粘合度(比如与金属的),提高力学性能,降低感度(请不要忘记AP也是含能材料)。另外还需要注意一点,HTPB别说牌号,就算是同一个牌号也有各种差异,所以在业余火箭的环境中,讨论极为精准的配方意义不大,我认为我们更需要关注实验和测试,我想这也是火箭发动机研制的重点部分。
其实HTPB的计算和配比并不复杂,你只需要看懂本文,并合理使用本文所附带的工具,便可以自行设计、推算配方。 HTPB固化剂的作用是使橡胶的OH(羟基)和固化剂的NCO(异氰酸酯)黏在一起。 HTPB和异氰酸酯反应固化,可以用各种带这个官能团的有机物,最常用的便是TDI(甲苯二异氰酸酯)、MDI(二苯基甲烷二异氰酸酯)和IPDI(异佛尔酮二异氰酸酯)等。TDI对雄性具有一定的生殖毒性,表现为对各级生精细胞均有一定的毒性作用,且价格贵于MDI,所以我这里着重介绍MDI。MDI是一种非常常见的工业中间品,价格约15000/吨。

注意:当添加进其他各种物质(含有0H的)时必须计算它对固化剂的量的影响
计算的单位是按照分子当量,就是mol…按照g/eq来计算(国内多用MMOL/G,转换一下即可)
例:这个是某个公司的HTPB R45M

图片:A6.png


他的MEQ/G是 0.72 转换成1380来算 ( 1/0.00072=1380)

图片:A5.png




这份HTPB,就按照1333来算,固化剂的方法也一样。我这边固化用的是拜耳的MDI,拜耳的是44V20,网上找个数据:


图片:A1.png




另一家阿里巴巴出售试用装MDI的商家数据:

图片:QQ截图20170429025616.png




 固化剂建议用拜耳的44V20,可以找个商家让他卖你一小瓶。当然最好用粘度小一点的聚MDI,比如PAPI等等,计算方法一样。
44V20的 NCO是30.5-32.5,我就按照31.5来算.
N(44V20)=4200/31.5=133.3
然后还有水要算上
n=9
所以我们得到
M=固化剂的量
R=混合物中NCO的量比上OH的量,理想情况当然是1:1,两个刚好黏在一起,实际情况有点复杂,不多赘述,建议加多一点点好固化
n(固)固化剂的分子当量
H=HTPB等需要固化物质的质量
X=HTPB等需要固化物质的分子当量
M=R*n*(H/X)

例:我需要固化100g 上面描述的HTPB:H=100
X=1333
        用拜耳的MDI 44V20
n=133.3
所以
固化剂的质量=1*133.3*(100/1333)=10g
就是说100G的HTPB用10G MDI就能固化了(这是R=1的理想情况!!!)
现在来考虑有杂质或者其他添加物的情况
假设其中有1g的水的杂质,99g HTPB
M=1*133.3*(99/1333+1/9)=24.7G
可见 1%的水都会导致固化剂量的剧增
所以请不要使用垃圾HTPB!!!!!!!!!!!!!
现在来计算简单的实际情况:
某种 HTPB
当量:1333.3
水份PPM=382
过氧化物=377
固化剂,举例1瓶劣质的MDI 数值如下
Nco%:29.0-32.0(范围略大…) 分子当量就按照144.8,固化剂部分建议使用MDI和TDI混着用或者IPDI,这样可以大大减少在固化剂其中的添加量。TDI的添加量可以很少,但可能造成固化实验严重延长。
我用DOA来增塑(DOS会便宜点,用DOA主要是因为它稀一点)
DOA 水分% 0.030...(以上数据都是按照质量)


另外我们编写了APCP固化计算器,可自由下载:
ASR燃料配比计算.xls



图片:QQ截图20170429010728.png





在完成了APCP固化剂配比后,可以进一步进行金属燃烧剂、氧化剂的配比计算模拟,热力学模拟软件GUIPEP或功能更为强大,带内弹道计算的PROPEP是很好的选择,这是官网:
http://www.lekstutis.com/Artie/PEP/#GPINTRO

ProPep 3 :
英文说明书:ProPep 3 Manual.pdf
汉化版下载:ProPep3.rar

这里面有两个经验要点要提一下,首先是AP的占比不能过低,一般不要低于65%,否则会导致严重的燃烧不完全。其次是铝粉等金属添加剂的问题。理论上越多的铝粉,燃烧室温度越高,比冲也越高。这里面有几个制约因素。首先是你发动机喷口的耐热设计,面对动辄2、3千摄氏度的高温高压火焰的冲刷,能否顶过发动机工作时间。其次是铝粉含量过高会导致燃料混料的时候过于黏稠,无法搅拌或者抽真空。经验非常欠缺的爱好者制作APCP,我推荐铝粉含量不要超过4%,中级爱好者可以提高至8%左右。拥有真空捏合搅拌机等高端设备的爱好者可以考虑提升至12-15%。

以下为一些燃料配比的计算结果 (Credit to ASR Group)

图片:QQ截图20170429001201.png





ASR II 型燃料 ,即ASR SRM-81-APCP上使用的燃料理论比冲和喷口扩张比的关系:(可以为发动机设计提供依据)

图片:带入喷管计算的理论海平面比冲vs扩张比.jpg




特别需要感谢广州的张子林,为APCP的固化理论计算和实际制造贡献良多
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最后之作 发布于2017-04-29 15:57
沙发F
HTPB在齐龙化工买应该是只要100块1kg,,,,,
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猎鹰 发布于2017-04-29 22:12
板凳F
       既然说到了APCP,那么作为小白我想问一个问题,求大神别拍我~
       火箭的AP都是球状造粒然后还得多峰配合,而自制或者普通试剂都是针状的,文献显示这两种主要的区别就是球状的密度更高。
       那么在购买不到球状的是否可以使用针状的代替?
       在早期国内的火箭爱好者中很多都是使用自制AP,发动机也可以正常工作。如果仅仅只是密度的一点微小差距,那么在业余爱好者的火箭中对性能的影响是很小的。APCP的敏感度也比较低针状应该也不会出现安全隐患吧?自制是AP能否具备可重复性,使得多次测试结果符合理论值。
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罗恩格林 发布于2017-04-29 22:32
地板F
猎鹰:既然说到了APCP,那么作为小白我想问一个问题,求大神别拍我~
      
       火箭的AP都是球状造粒然后还得多峰配合,而自制或者普通试剂都是针状的,文献显示这两种主要的区别就是球状的密度更高。

       那么在购买不到球状的是否可以使用...
回到原帖


话说爱好者自制的AP结晶一定是针状的嘛?不是学无机的,这个部分不是很懂


我的答案是不知道.... 以目前确切掌握到的信息,球状AP粒度配比对压力指数和燃速指数的影响也仅仅是在文献上得到的,更别提其它形状的晶型了....... 说句实在的,现在的发展还处于瞎试的阶段。必须要进行严谨的压力-燃速测试后才能形成有效的指导实践的理论。可以用燃速仪法,小发动机法等方法。
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xian333c 发布于2017-04-29 22:40
4楼F
罗恩格林:我的答案是不知道.... 以目前确切掌握到的信息,球状AP粒度配比对压力指数和燃速指数的影响也仅仅是在文献上得到的,更别提其它形状的晶型了....... 说句实在的,现在的发展还处于瞎试的阶段。必须要进行严谨的压力-燃速测试后才能形成有效的...回到原帖
这么久以来直观感受就是。瞎搞的太多,做严谨测试的太少……
测试上,用恒面燃烧就能很简单测算了。
我认为我们的测算现在的难点在于侵蚀燃烧的极限速度和侵蚀系数……
噗嗤
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罗恩格林 发布于2017-04-30 22:07
5楼F
最后之作:HTPB在齐龙化工买应该是只要100块1kg,,,,,回到原帖
话说现在国内还能买得到球状造粒的AP嘛?
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最后之作 发布于2017-05-01 13:06
6楼F
罗恩格林:话说爱好者自制的AP结晶一定是针状的嘛?不是学无机的,这个部分不是很懂


我的答案是不知道.... 以目前确切掌握到的信息,球状AP粒度配比对压力指数和燃速指数的影响也仅仅是在文献上得到的,更别提其它形状的晶型了....... 说句...
回到原帖
我现在合成的AP晶体大概长宽比1.2,包覆后用来浇筑燃料效果尚可
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最后之作 发布于2017-05-01 22:29
7楼F
罗恩格林:话说现在国内还能买得到球状造粒的AP嘛?回到原帖
不知,,,即使是能也非常困难且昂贵
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ryq1212 发布于2017-05-06 12:36
8楼F
好东西,码一个
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curwen 发布于2017-12-16 14:01
9楼F
最后之作:HTPB在齐龙化工买应该是只要100块1kg,,,,,回到原帖
进口有便宜的,90rmb/kg吧,量大的应该更加便宜。

图片:HT.jpg

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15356631019 发布于2018-08-22 00:10
10楼F
用聚醚代替端羟基聚丁二烯可以降低成本
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杩斿洖椤堕儴