Bench Rocketry - 本徹火箭工程部 資料整理……part3

　　鋼機的話比較好找到的材料有304不鏽鋼和45鋼，42Cr相比45鋼來說更好只是當初做發動機的時候剛好找不到。 　　304不鏽鋼的材料強度比45鋼低一點，但在殼體厚度達到一定標準下影響不大。鋼因為材料強度比較高的緣故在相同耐壓下管壁不需要太厚，但太薄的管壁可能導致殼體一碰就壞。舉個例子，假設今天的目標工作壓力是2 MPa，壁厚45鋼可能只需要1.3 mm，304不鏽鋼1.7 mm，但都太薄了可能用手一壓管子就廢了，那統一抓到2mm壁厚的情況下用兩種材質就都沒有問題。

　　為了保養方便 (45鋼會生鏽)承壓殼體採用了304不鏽鋼管。 　　但在這裡會遇到一個問題，304不鏽鋼的導熱性遠低於45鋼，在噴嘴這種高溫燃氣通過的地方若與鋼製殼體直接接觸，會造成熱聚集在一個地方無法散出，形成熱點，降低結構強度並造成危險，因此在堵頭與噴嘴擴張段仍採用了45鋼材質。 　　而在發動機工作時工作環境最嚴苛的噴嘴處，特別是拉瓦爾噴嘴的收斂段與噴喉(擴張段相對還好)，材料因為燃氣沖刷會受到相當大的應力，形成燒蝕，因此有必要獨立出來設計。(特別是微型火箭發動機還沒辦法用上真正的大型發動機五花八門的冷卻方式) 　　常見的材料有鋼、水泥、環氧樹脂、酚醛樹脂 (電木)、石墨、陶瓷等，也可以組合在一起使用。其中水泥與環氧樹脂是鑄模成形，鋼、酚醛樹脂、石墨等是車削成形，在對噴嘴精度有要求的前提下盡量選擇精度較高成本較低的方案。 　　石墨是非常適合製作耐燒蝕噴管的材料，耐高溫 (熔點高達3800度，硝糖等然氣溫度比較低的燃料幾乎無法造成燒蝕)，而且強度隨溫度升高而上升 (和金屬相反，高溫下石墨強度遠強於鋼)，密度低 (有助於降低重量)，導熱性高，膨脹係數低，總之一堆優點。但石墨雖然強度高，硬度卻很低 (耐操，但容易在拆拆裝裝的時候弄壞。我們之前做了一個，燒了一次完好無損，但是從發動機上拆下來的時候弄裂了……)，這限制了石墨更廣泛的使用。 　　酚醛樹脂這類的熱固性塑膠雖然不耐高溫，但導熱係數低，熱量不易傳出，同時高溫下會發生分解反應吸熱並剝落 (燒蝕冷卻)，價格便宜 (不管是原料價還是加工費用)。 　　最後在方便性與成本的考量下我們採用請加工廠製作大量酚醛樹脂噴嘴的方式，一次性使用，燒過一次就扔掉換新的，降低了準備發動機的工作量。成本的話，一枚噴嘴的加工費大約是300台幣，如果是在世界工廠做的話成本可以壓得更低 (但還要算上運費……)。

原文轉貼自: Bench Rocketry - 本徹火箭工程部