混合式火箭引擎：計畫暫停

這不是阿姆斯特朗旋風噴射阿姆斯特朗砲嗎？XD
這個計畫並沒有成功, 正確說是實驗無法做完, 所以中途釋放文件
這需要進行規格變更, 短時間無法完成, 加上最近有些重要的事情要先優先處理
所以計畫暫停, 沒有重啟時程, 也可能永遠中止, 釋放文件紀錄已知現象
期望有熱血玩家接著完成



混合式火箭在國內外都有許多實作, 可參考前文 火箭資料蒐集 中蒐集的資料
一開始先做簡單的, 先檢測一下燃料特性

這是學國外玩家的玩法, 不過由於這沒有噴嘴設計, 所以充其量就只是會燃燒而已, 不會有推力


一開始用白臘, 做蠟燭的原料, 中間插玻璃棒留下燃燒空間, 然後把裡面裝滿白臘


一開始的實驗裝備, 氣瓶裝氧氣, 用虎鉗夾住燃燒室, 右邊是滅火器
外出玩火實驗務必隨身攜帶滅火器, 不要燒到別人財產會賠到脫褲
滅火器我選用的是 5P 容量 (3 公斤) 的環保海龍滅火器
永久免換藥, 不須一次噴完, 可分段使用
乾粉滅火器最便宜, 但是要定期換藥, CO2 有要換藥和免換藥版, 但它的鋼瓶非常重不利攜帶
放車上的大多選這種免換藥又重量輕的環保海龍滅火器
它唯一的缺點就是......比較貴XD

第一次實驗使用白蠟

可以注意到火焰下方有許多噴出的臘
臘遇熱很快就變成液態, 而且就像水一樣很容易流動, 不會黏稠
氧氣一灌進去, 會燃燒， 但很快就噴出來, 幾乎沒有氣體產生, 感覺就像在燃燒室外燒的一樣
因此才會有前篇資料蒐集中的 HTPB 方案, 把它固定住, 不要隨便液化噴出

但是 HTPB 是高價品, 所以改尋柏油來測, 如果拿柏油或瀝青去拍賣上找
大多會找到這種東西

沒錯, 它也叫屋頂柏油, 和國外用的名稱一樣, 但是內容天差地遠
左邊的是薄塗層在用的, 經過有機溶劑稀釋, 裡面的瀝青成份非常非常少
而且是液態的具有揮發性, 這不會是我們要的
右邊的則是房屋頂防漏用的, 它混和了石綿和瀝青, 石綿粉塵具有非常可怕的危險性
而且它是耐火材料, 我們是要拿來燒掉的, 你給我耐火我要怎麼燒？XD
國內拿來大面積鋪屋頂的用的是 PU 或橡化瀝青, 那應該不是瀝青了, 只是顏色像而已XD
這裡有政府資料可以參考：認識瀝青材料

我使用的是政府資料中的吹製瀝青, 主要用於橋樑伸縮縫, 賣家從高雄市出貨
印象中是在大業北路上, 這種東西非常少人賣 (誰沒事買這個啊！XD)
2014 年時露天搜尋只找到一家, 現在好像又消失了, 要實驗的用戶請各憑本事去找XD
當時購買價 25 公斤 1200 的樣子, 每公斤約 50 元


這東西用鋸子鋸會黏在鋸片上, 所以改用螺絲起子刺, 非常費勁, 刺成小塊後扔到小鍋子加熱


加熱時需不斷攪動, 它的導熱性似乎非常差, 如果不攪拌
可能鍋底都已經沸騰了但鍋子上層還會有完整一塊的

接著試著燃燒
它噴出了非常大量的氣體, 看起來有在內部燃燒
還是有一些顆粒噴出來, 但是和白臘比是少了非常多, 我想這是我要的材料了

接著開始做大隻的, 先做出噴嘴, 細節在前篇：

自製笑氣噴嘴

自製石墨噴嘴

接著開始組裝, 發現鋼管買太長了



把鋼管切一節下來, 這節我切了兩小時半, 有夠硬！
不過實驗後發現其實這樣還是太長...

接著製作引擎框架

切八條木條, 兩兩黏合



用直流減速馬達控制氣閥, 製作細節可參考前篇：用減速馬達自製電動氣閥

組裝燃燒室時要做氣密, 這樣做：

在上面塗一圈耐熱矽膠, 這是汽車引擎密封在用的
做法是這樣：

剪一塊水彩紙, 紅色箭頭處抵住頂端, 然後在凹槽中擠入矽膠, 接著用藍色箭頭指處去刮矽膠
就會留下想要的形狀, 刮成三角形比較容易塞進去鋼管內, 塞入前抹上機車的機油潤滑
這種工法主要是因為 O 型環規格不易尋, 我不確定它能撐多久, 但燒個兩三秒是沒看到問題


這樣就裝進去了

接著灌注燃料, 用前篇做的：自製石膏管

把燃料放進石膏管是為了方便灌注柏油, 我的鋼管前後都有留空間要放噴嘴
直接注入要是滴到旁邊會很難處理, 石膏可以耐熱 1000 度以上, 不過據說高溫時結構強度會下降
我不確定這麼做好不好, 只能供參考

底下：

底下做了個斜面, 這個國外玩家也有類似的設計, 不過他們是改成疊一圈 PE 塑膠
這樣做的用意是提供燒空間, 可參考前面白臘實驗, 如果都沒有留下空間
靠近噴嘴的燃料一定會在燃燒初期就被噴出去, 與其浪費掉不如就不要填那麼滿

接著依序裝進鋼管

石膏燃料管先進去, 然後是噴嘴, 最後是鐵環


這鐵環用來阻擋噴嘴, 同時分散壓力, 以免噴嘴被往外推時只有四個點承載壓力容易損壞噴嘴
這鐵環是在五金行買的, 我不知道店家賣這個原本是幹麻用的...

第一次組裝成品：

一開始使用矩陣 LED 顯示, 在室內沒問題
但搬去室外, 陽光強的時候快門速度減小, 它開始會閃爍, 拍不到數字！
(不過後來想想, 怎麼沒想到去調光圈......)
不過線拉這麼長, 這樣也不好, 移到測試場時就斷了一條

上圖下面那是控制器

+ 是開閥一段, - 是關閥一段, X 是馬達停止, 紅色大按鈕是點火


背面就是一堆接線, 轉成網路線來傳輸

點火用電子點火頭

100 條 500 元, 通入 400mA 電流就會點燃, 燃燒形式會隨電壓改變
1V 會緩慢燃燒, 12V 閃一下就沒了, 我通入 5V 大概長這樣：

持續時間大概只有 0.1 秒, 後面有影片示範

由於搬去戶外才發現陽光會影響紅外線感測, 進行第二次修正：


側面

用 18650 電池升壓到 5V 給 MCU 和點火使用, 11.1V 鋰電池給馬達用

控制板：

細節和原始碼放前篇：用減速馬達自製電動氣閥
控制板發出來的訊息發給接收端：

用 SD 卡存下重量數據, 並會紀錄時間日期
背面：

加裝一顆精準 RTC, 以及 UART 轉 RS-232 的板子, 訊號要傳遠距離, 拉大電壓抗雜訊
這張板的軟體原始碼：data-recv.zip
它有 bug......在 i2c 讀取那裡, 第一次開機會跳進 MemManage_Handler
似乎是 i2c 軟體觸發, 目前無解, 改用重開機解決
軟體使用細節可參考前篇：在 STM32F469 上用 FreeType 讀取 TrueType 字型繪製文字
這是以那篇文的原始碼為基礎修改的, 另外, 如果要像上面照片那樣插行動電源開機
stm32f469-discovery 需要拔掉一顆電阻 SB2, 同時將電源的開關強制打開
把 U4 的第 3 和 4 隻腳短路, 挺麻煩的, 目前放出原始碼供參考, 不建議直接採用

引擎背面：


下方墊的是這個：


表面鋁箔, 中間耐火棉, 底下木板, 這樣沒有用XD
可以看影片, 輸出還弱時耐火棉就已經開始被噴開, 輸出一增強, 它就 "升空" 了XD
國外測試燃燒室都是放水平的, 但我因為沒考慮到就做成這樣, 這不是聰明的選擇
但是如果一開始做水平的, 笑氣管就要可彎, 那銅管可沒這麼好彎！ 所以也是有些難為之處
不過現在知道它溫度可能不會太高, 下次應該會改用高壓軟管來做

實驗影片：



實驗時看到上圖箭頭指處在噴, 那個應該是氣瓶剛出來到銅管這段
我看它已經有墊片就沒有上止洩帶, 失算！
氣瓶的出口很小, 但是液態笑氣還是在兩秒內就噴光光, 我才打開開關不到 1/4 圈啊！
氣瓶開關要轉兩圈才會孔全開！我沒料到這瓶容量居然只有這麼一丁點

實驗後：

鋼管上半都還是冰的

回家後看燃料柱底部:

孔有點三角形, 不知道是不是噴嘴產生的


右邊笑氣噴嘴連麥克筆畫的標記都還在, 我猜火根本燒不到這裡


看起來沒什麼損傷, 不過燒的時間太短了沒法判斷是否有問題


噴嘴收回盒中庫存

這個計畫若要繼續, 要麼拿個超大的氣瓶過來, 要麼縮小燃燒室容積
氣瓶加大就危險, 為了減輕重量, 就必須自製笑氣槽, 那是個大工程
若改縮小燃燒室容積, 就要重新製作兩個噴嘴, 那仍然是大工程
雖然這兩件事情可能不會花太多錢, 但絕對會花掉很多很多時間
所以只好中斷計畫, 等到比較有空, 而且想的比較周密的計畫, 再來重開

這項計畫從 2014 年中開始執行, 自製 CNC 雕刻機 為了就是這計畫
對於火箭實驗, 網路上那些有貼製作影片的, 家裡一定都有車床和銑床
它需要許多客製化的零件, 雖然可以委外加工, 但是當拿到報價單時, 你會改變主意的XD
倒不是加工不值得, 而是要知道這製品的定位：它不過就是週末的娛樂！ 用那麼精準幹麻啊！
會動就好不是嗎？ 不要用那麼高級的委外加工！

這計畫讓我從沒有機械概念到有基本常識, 投入了近兩年的時間, 已經有點疲勞了
這都是體力活！ 和我本行的差很多, 或許看到計畫無法繼續也是一種解脫XD
不過這東西是蠻有趣的, 只是真的要有閒, 最近事情比較多, 會比較沒有動力衝計畫
今天貼完, 明天就準備去軍營放空五天！ 快樂的教育召集！XD