【简介：】一、设计要求
1、拟设计一台总冲(It)在600N-S左右的固体火箭发动机
2、发动机既定采用KNDX为燃料
3、发动机的设计推力曲线应尽量平缓，推力均匀
4、发动机的设计应考虑将来发
一、设计要求
1、拟设计一台总冲(It)在600N-S左右的固体火箭发动机
2、发动机既定采用KNDX为燃料
3、发动机的设计推力曲线应尽量平缓，推力均匀
4、发动机的设计应考虑将来发动机用于可导火箭的兼容性
5、发动机要考虑与开伞设备的兼容性
二、基本参数估算
1、推进剂用量估算
KNDX实际密度取1.8 g/ 比冲(Isp)试取120S
则所需推进剂质量为
M= = 600/9.8*120=0.5102kg=510.2g
推进剂体积：
V=510.2/1.8=283.4
2、发动机几何尺寸估算
初步假设发动机长径比为5：1
燃料内孔15mm
则发动机尺寸应满足
V=1/4∏（ - ）H （1）
H/Di=5 （2）
其中V ——燃料体积
Di——发动机内径
d ——燃料内孔直径
H ——发动机长度
将数据代入式（1）（2）计算得(求解一个一元三次方程)
发动机内径 Di=43.45mm
发动机长度 H=217.25mm
三、参数计算
上面的计算结果，仅仅是为了明确发动机规格的大方向，还不能满足火箭设计的需要，因此，在下面的设计过程中，主要是围绕上面得出的结果，以SRM计算软件为平台，确定发动机、药柱的具体尺寸。
1、发动机、药柱基本尺寸的确定
将上述计算结果进行圆整代入SRM，同时细微调整药柱尺寸、数量，使压力曲线平缓，在本方案中，确定药柱方案如下：
药柱外径：42mm
药柱内径：15mm
单段药柱长度：70mm
药柱数量：3
喷燃比变化如右图1：
图1
发动机内径：45mm（计算时应使用42mm，留有3mm做隔热层）
喉口直径初步选择:10 mm 初始喷然比218
压力曲线如右图2：
最大压力：4.6MPa
燃烧时间：1.352S
最大推力：498N
平均推力：424N
总冲:618 NS
图2
下面是SRM计算的截图：
2、发动机结构设
（1）发动机壁厚计算
由上面的计算结果知：
发动机最大工作压力 Pmax=4.6Mpa
壁厚由以下公式进行计算:
δ= ( - 1) （3）
其中： 为材料在相应温度下的许用应力，单位MPa。
对于铝合金 = 0.2/k，K为安全系数取1.1~1.25。
Di为发动机内径，单位mm。
δ为发动机理论壁厚，单位mm。
= Pmax×Kp×Kt （4）
Kp——由于零件装配误差产生的压力跳动系数
Kt——环境温度分别为50℃和20℃时燃气最大压力的比值。
Kp取值为1.1~1.2，Kt的数值一般由实验得出，在此本人根据相关资料保守取值1.5。
本设计中，采用LY12(现在叫2A12，相当于2024)铝合金作为发动机壳体材料，虽然LY12并不是最好的发动机铝合金材料，但是LY12管材市场上较容易买到，相关数据也较为充足，所以在此予以采用。
LY12铝合金管材在300摄氏度时的 0.2资料并不确切（机械设计手册上棒材相应数据为115Mpa），在此亦根据本人经验，短期强度姑且定为110Mpa。
将各数据代入公式计算：
= Pmax×Kp×Kt = 4.6×1.1×1.5 = 7.59Mpa
= 0.2/k=110/1.2=91.6 Mpa
δ= ( - 1)= ( - 1)=1.684mm
则发动机外径Do=1.684*2+45=48.368mm
此外，由于壳体螺纹加工余量、加工精度、标准铝管系列等问题，发动机外径定为52mm。
（2）连接结构设计。
首先，在进行连接结构设计的同时，进行发动机草图的绘制。
本设计中喷管及堵头采用螺纹连接的方式与发动机壳体固定，所需螺纹长度计算如下：
在发动机的工作过程中，连接螺纹同时受到弯矩、剪切应力、及挤压应力的共同作用,其中，弯矩是限制螺纹长度的主要因素，所以在此以弯矩校核螺纹长度。
A、 弯矩校核
nб=0.721 (4)
nб——保证抗弯强度需要的螺纹圈数
d2 ——螺纹中径
t ——螺距
——抗弯许用应力
关于铝合金的抗弯许用应力，个人查阅了许多资料也未获得，仅有下面的只言片语“铝合金抗弯强度级低，为10~35Mpa”因此这里的螺纹长度只能估算，然后试验验证了。
本发动机采用普通细牙螺纹，螺距1.5mm 、螺纹大径47mm、中径46.026mm
nб=0.721 = 0.721 = 6.8
同样，由于加工公差，螺纹工艺，高温影响等因素，真正的螺纹圈数应比计算值取得较大，由下式计算。
N= 1.5nб+ 4 =1.5*6.8+4=14.2圈
螺纹长度L=Nt=14.2*1.5=21.3mm 取20mm
（3）堵头厚度计算
堵头厚度按平板封头进行计算
δ=D (5)
δ——平板封头厚度(mm)
D——计算直径(mm)
K——封头系数 (在此可取0.3)
——封头材料许用应力(Mpa)
代入数值计算：
δ=45 = 8.11mm
δ=45 = 7.09mm
上式中的计算值，对于喷管，按45#钢（或304）不锈钢在高温下取70Mpa进行计算的。喷管本身为椎体结构，受力较平板要好，且喷管处的压力较燃烧室内小很多，因此个人认为，喷管喉口以前部分，厚度在5mm左右即可。
对于上堵头，为平板结构，为降低发动机重量，采用铝合金，需要有良好的隔热措施，计算厚度不小于7.1mm。
至此，发动机整体设计完毕，发动机的细节在此就不做更多的说明，结构请参见附件图纸。
