為什麼固體發動機火藥要由人工雕刻?
為啥邀我,這麼冷門的問題,都沒幾個回答,我不是製藥專業的,不過可以湊合答一個。
我說不要把固體發動機跟普通發動機同一而論,固體發動機就是炸藥在罐子里一直炸啊炸,然後往外噴啊
固體發動機沒有油門這種概念,只能用不同的炸藥的排布方式對應不同的火箭燃燒特性
所以你看,這是個細活,得有豐富的經驗根據需求把葯加工成不同的形狀,理論上當然是可以模擬的,但是鑒於化學專業的尿性這玩意模擬根本就不靠譜,所以現在業內主要是靠藥學專家(雕刻工人)把整塊葯加工出來,點火試試,再改改,再點火烤,大體就是這個流程吧
然後給大家看看這個
不要以為有航天標誌就是正規軍,五棵松某部門好好的打飛機多好非要搞這麼個集裝箱,作啥啊,固體發動機有錢途嗎
最後加一個吧,很多行業以前都是手藝活,比如這個
不過好在麥克斯韋拯救了世界,計算科學發達以後,天線設計變成了這個風格,你甚至不需要背過那四個公式。
從此大神兩銼刀拯救一顆衛星的故事成為了傳說
本答案涉及知識均來源於公開資料,大部分可參考《固體推進劑技術及納米材料的應用》(李鳳生 等 著)、《低特徵信號固體推進劑技術》 (李上文,趙鳳起,徐雨著)
「固體發動機火藥的人工雕刻」,其實就是發動機固體燃料的微整形,簡稱整形。
這個過程的本質是:固體推進劑通常採用澆注固化成型,固化完成後要切去多餘部位,消除毛刺,使之達到設計的尺寸要求。所謂的人工雕刻只是一種藝術性的說法。
下面具體說說固體推進劑及其澆築成型過程。
大部分固體火箭發動機可以簡單看作:一個圓柱殼子,裡邊填滿推進劑,一端封閉、一端安裝噴嘴(噴管)。點火後,固體推進劑就在殼子里劇烈燃燒、蔓延,同時反衝推進,一旦燒完就工作結束了。
固體推進劑在發動機裡邊為葯柱狀(機械性能類似軟輪胎),一般不是實心的,會有中心孔道(如下圖所示)。中心孔不同,其燃燒行為不一樣,設計時根據具體需要選擇。這裡需要強調的是,中心孔不是整形(所謂的人工雕刻)加工出來的,而是在澆築過程中模具插芯,固化後抽芯得到。
(@李白,圖片雷同,百度搜得,若有冒犯還請見諒)
固體推進劑固化前,為漿狀物料,由80%以上的固體組分(可簡單認為是粉末狀的炸藥)加上液態的黏合劑、增塑劑等均勻混合而成。
成型過程,就是在筒狀的發動機殼子兩端裝上簡單的模具,插入芯棒,然後把漿狀物料澆注到發動機殼子裡邊,最後固化。此過程要保證澆注均勻,沒有氣泡。
類似混凝土澆築,固體推進劑料漿採用重力澆注,依賴自流平性,其最終澆注面無論是形貌還是尺寸都不可能控制的非常精確,遠達不到精確的設計尺寸要求,所以澆注、固化後要修整到設計尺寸。
同時,固體推進劑有自己的特殊性,其為熱固性材料,倘若固化後發現推進劑量過少或尺寸不足,不可以添加料漿再次固化。因為推進劑有力學性能、燃燒性等方面的苛刻要求,此外為保證可靠性也不允許這樣做。實際澆築過程中會過量的澆注,固化後切除多餘部位修整到精確尺寸。要是澆築固化後發現量不足,沒有補救措施,只能報廢。所以,每一發固體火箭發動機的成型,都有切除多餘部位的整形過程。
最後說說整形的過程:
國內外基本都離不開手工。
對於大型固體發動機,當推進劑敏感性較低時,可以用數控機床緩慢切去大部分多餘部位。但是!,貼近金屬殼體的部位,必須採用人工小心切除,通常採用非金屬手工刀。因為床刀碰到金屬殼體摩擦生熱會點燃推進劑。
此外對於一些毛刺、及特殊部位的修理,也無法做到機械化。
總之,機械化最大的問題還是固體推進劑太敏感,太危險。
固體推進劑點燃後沒有任何方法可以滅火,溫度極高,產生的氣體通常也是有一定毒性和腐蝕性。
——————————————2017年7月5日更新————————
補充一個小觀點:看到不少人說用手工不用機械化,是因為數量少,這一點我很不贊同。
首先,有些戰術型號批量是很大的,但還是避免不了手工。
其次,整形非常危險,一般出事就是人命關天的大事。要是可以機械化,不管數量多低和成本多高,都是非常有吸引力的,畢竟有人命的考量。
我認為主要難題還是在機械化實現太困難。
人工雕刻產生的熱量小,不會引起燃燒。機械加工或者3d列印之類的要麼產生高熱,要麼靠高熱,容易引起固體燃料燃燒,危險性太大
一張A4紙,如果你從最下端同時點燃,火焰燃燒是沿著直線燃燒嗎?
A4紙外端燃燒速度明顯比中間部位燃燒速度快很多,固體火箭同理,不同的燃燒速度導致固體火箭同一截面不能同時燃燒,進而影響穩定性與推力,所以,為了使固體火箭同一截面可以同時燃燒,固體火箭中的固體燃料並不是大家想像中的圓柱形狀,至於是什麼形狀,這就是一篇篇博士論文了,同樣,為了精確的加工出這些形狀,也需要加工人員不停的手動修剪。哈哈哈,這是不是需要手動加工的原因其實我也不清楚,錯了別打臉~~逃~
當年專業課,有講過。應該是彈箭製造工藝學吧。名字忘了,發射葯這玩意,最後都需要人工修飾。是為了合格。我也沒辦法講的太細了。忘光了。
題主應該是問《大國工匠》里「雕刻火藥」的徐立平師傅的事情。
那一集我也看了一點,也是不太明白。
其實這個是可以用3D列印的方式來製造發射葯柱的
3D列印可以做到非常精確
無需再人工修整。
甚至可以通過對3D列印的噴劑成分調整來對發射葯柱的燃燒性能進行調整,
當然,這需要很多實驗。
估計也能弄出來不少的博士論文。看煙花廠做那種一塊錢六個的小火箭什麼的
就是一個歐巴桑用小勺什麼的倒進去的
固體發動機估計跟那個差不多上網不涉密。。。
美國火箭燃料葯柱3D列印技術獲得專利,降低火藥「整形師」危險
用機器太貴,就這麼簡單。
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