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新概念火箭--動態火箭推進器

發布時間:2017-02-18 20:41   瀏覽 5177 次

作者:濃眉大眼

動態火箭推進器的構思于2012年底產生,2013年申請了發明專利,2016年獲得專利授權(專利號:ZL 2013 1 0097993.4)。但是該技術還處于原理階段,相關的實驗研究在我的能力范圍內能做的很少。估計20年內能有實用的火箭出現就不錯了,所以申請專利實在是沒必要,花錢不說還阻礙該技術的發展。所以,我將不再維持該專利,讓它盡快為人們造福吧。下面給大家簡要介紹該技術。

如下圖,火箭外殼由記憶材料制成。記憶材料事先記憶一個較小的口徑,然后再擴大口徑制成殼體。(火箭結構可以有多種變體,這里只以一種舉例)

火箭外殼由記憶材料制成。記憶材料事先記憶一個較小的口徑,然后再擴大口徑制成殼體。

圖:火箭外殼由記憶材料制成。記憶材料事先記憶一個較小的口徑,然后再擴大口徑制成殼體。

工作原理如下:

火箭工作時,距離燃燒面近的外殼材料受熱,但是受熱時間短。此時記憶材料達到變形溫度,快速收縮。距離燃燒面較遠的殼體材料由于受熱時間長,材料已經達到軟化的溫度,并且材料已經有燒蝕消耗,材料在管內氣壓作用下膨脹生成噴管擴張段。距離更遠的殼體材料由于更長時間的燒蝕已經被完全燒蝕掉。

噴管結構是動態生成的。當燃燒面向上推進,新進入燃燒區的殼體材料受熱收縮。距離燃燒面較遠處原先收縮的材料過熱軟化膨脹,更遠處原先膨脹的材料由于受到了更長時間的燒蝕已經燒蝕脫落或蒸發。蒸發物成為推進工質噴出。

優點如下:

1)火箭幾乎不攜帶多余重量。

火箭穩定飛行時其外殼的燒蝕消耗速度等于燃燒面的推進速度,外殼與燃料同步消耗。另外,火箭不是多級的沒有多級發動機的重量。

2)能轉化更多燃氣熱能。

噴口由于受到長時間燒蝕已經軟化(多數金屬材料在接近熔點時均能軟化),軟化的噴口受到內部氣壓和外部氣壓共同作用,開口大小根據外界氣壓自適應,因此能轉化更多熱能。另外,外殼材料吸收尾氣熱量蒸發成為推進工質從噴口噴出。如果外殼本身是燃料,也可提供更多能量。

3)使火箭結構簡單、成本低、安全。

由于動態生成噴管,火箭無需做成多級。火箭結構簡化很多,成本自然降低。越簡單,故障可能性也越小。

4)對外殼的耐熱性要求低。

火箭燃料從端面開始燃燒,沒燃燒到的燃料其外殼基本不受熱。燃燒面快速向上推進,進入燃燒區域的殼體材料只短時間受熱并且只需要保持較短時間的高強度。例如,火箭藥柱長30米,燃燒面到噴管喉部距離0.5米。如果火箭需要工作300秒。那么燃燒面推進速度為0.1米/秒。每秒有0.1米長的新鮮外殼材料成為生成噴管的材料。外殼材料只需要在高溫下維持5秒鐘的高強度(由于要維持喉部尺寸,燃燒面到喉部處的外殼需要有較高強度)。5秒過后材料進入噴管擴張段,材料適當軟化膨脹對生成該段是有利的。

缺點及解決方法如下:

1)重力使柔軟噴管不對稱。

解決方法:讓火箭饒軸自轉。

2)無法使用向量系統控制方向。

解決方法:在火箭前端裝控制姿態及方向的小噴射器或者翼或者陀螺儀。

實驗:

實驗采用塑料熱縮管來制作火箭外殼。將實驗箭體堵死的一端固定在橫梁上,未堵死的一端垂直向下。點火并拍攝視頻。

實驗視頻:實驗采用塑料熱縮管來制作火箭外殼。將實驗箭體堵死的一端固定在橫梁上,未堵死的一端垂直向下

更多想法:

上面介紹的只是一種做法,動態火箭可以有很多種變體。最重要的是一種動態的思想----讓材料具有“智能”,以及充分利用材料的各種性能。例如,將火箭的外殼也看作是燃料、也看作是噴管。或者將火箭燃料也看作是噴管、也看作是外殼。更多動態的思想參見我的專利文檔。下面給大家介紹兩個有意思的變體。

變體1:

火箭內有膨脹材料構成的通道。膨脹材料可以是一種受熱會發泡膨脹的材料或者本身是一種發泡燃料。

圖:火箭內有膨脹材料構成的通道。膨脹材料可以是一種受熱會發泡膨脹的材料或者本身是一種發泡燃料。

如上圖,火箭內有膨脹材料構成的通道。膨脹材料可以是一種受熱會發泡膨脹的材料或者本身是一種發泡燃料。

當燃料燃燒時,距離燃燒面近的膨脹材料膨脹形成噴管收縮段。距離較遠的膨脹材料由于被燒時間長形成噴管擴張段。原理與上面的基本案例相同,這種變體貌似更加容易實用化。

變體2:

(不配圖了,只是一個想法,可能不太靠譜,各位讀者自己想象吧。)

在變體1的基礎上干脆把發泡材料看作是發泡燃料,發泡燃料顆粒摻合在普通燃料內。普通燃料燃燒生成氣體,發泡燃料燃燒首先顆粒迅速膨脹,然后燒成氣體。

燃燒面處兩種燃料同時燃燒。發泡燃料隨同普通燃料生成的氣體向噴口運動,在運動過程中膨脹,由于體積變大,顆粒之間互相的阻礙變大,顆粒速度較氣體慢,顆粒之間通道變窄形成噴管喉部。之后由于發泡燃料變成氣體,噴管擴張段形成。

變體似乎可以無限多,您估計也能想出幾種。希望大家能提出自己的想法,有興趣的人可以自己去做實驗。




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