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低成本金属火箭发动机方案

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#楼主# 2016-11-8

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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。
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知之者 发表于 2019-1-15 08:05:49
[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] 4
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猎鹰 发表于 2017-4-16 04:47:59
[quote=最后之作,5290]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[/quote] 我是用了玻璃纤维加固,整个隔热层是一个整体,所以根本没有出现分离的现象~关于药柱碎裂我还没有出现过,毕竟我没有尝试使用过易碎药柱。
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最后之作 发表于 2017-4-14 12:23:36
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
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谁叫小明 发表于 2017-4-3 12:52:14
那个满载工作的时候很浪费...估计效率很低
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法式油炸 发表于 2016-11-13 20:01:28
exciting
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3.1 发表于 2016-11-11 22:24:50
干干,正好用于我的3号计划测试
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猎鹰 发表于 2016-11-10 22:04:54
[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。
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xian333c 发表于 2016-11-10 21:08:21
[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
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猎鹰 发表于 2016-11-10 21:04:19
[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。
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