[原创]火箭发动机设计---民科版

作者: einyboy or alert

1.原由
在斗音上看到大一新生刘上自制的火箭，虽然火箭设计并不是什么高难度的事情，但要掌握的知识不少，这里也罗例一下: 流体力学、流体动力学、自动控制、数学物理、有线限元、电子设计、机械制图。
所以心里被刺激了一下，实物没时间做，做一下防真还是可以的。

这里直接给出一我做 的动画版的傎结果（这个动画1秒多钟，画了5-6个小时才得到, csdn不知道怎么插B站视频）：

https://www.bilibili.com/video/BV1HD4y1m7GZ/

2.火箭发动机设计目标
火箭发动机设计主要设计的是一种叫拉瓦尔喷管的部件，如下图：

化简的图形如下：

如上图，火箭发动机设计主要是完成以下参数的确定：
Dc: 推力室直径(带c下标的默认指推力室参数)
Lc: 推力室长度，这个长充是给燃烧充分燃烧用的。
Dt: 喉部直径(带t下标的默认指喉部参数)
De: 发动机出口直径(带e下标的默认指喉部参数)
α: 一般取15度。
β：一般取60度。

本文本写的是民科版当然是用现成的东西了，首先是百度了一些“火箭发动机 设计程序”，搜索到了下面这个（很可惜程序有Bug，有不少参数是计算错误的）：


(上面的程序来自科创某作者)

不能用，就自己学，用公式自己算，最后自己做了excel表完成的计算，火箭设计爱好都可以直接填写架输入就可以得到结果(这些公式是通过等熵流动控制方程推导出来的)：

1)首先我们要用什么燃料，我们选择如下图高度处的气氧–汽油并得到参数：

推力室压力Pc(MPa)=2MPa
比冲Isp(s)=260s
氧燃比r=2.5(这个是指助燃剂，产生氧气用的)
推力室温度(K)=3445K
2)发动机出口面积与喉部的面积比，这个由所选择的燃料确定：

因Pc=300PSI(参看燃料特性表)，收缩扩张比(Ae/At)=3.65， Me=2.55(即发动机出口气体能达到2.55倍音速)
3)发箭要送多重的东西上天，这指推力， 这里设计的是100Kg(100公斤）的推力：
推力F(Kg)=100Kg
4)最后得到诸结果

3.火箭发动机仿真验证
使用的是ANSYS中的Fluent工具箱做流体力学仿真，本文本把模型放到优快云下（可以修改模型，不要白嫖）。爱好者下截模型，安装好ANSYS 2019可以直接跑仿真。

模型中我设置的误差为0.001, 在160步解收敛了不用跑500步，得到下面的残差图(误差图)：

4.模型仿真结果

5.扩展资料
如果想深入研究可参考以下资料：

最近没怎么打王者，下班后的时间都花上这些上了。
6.扩展资料
设计工具与模型下载地址：
https://download.youkuaiyun.com/download/huandaohack/12782537