鲁达 前言
不知不觉中，玩模型火箭已经快一年了。我相信，像我这样的很多人在这个过程中经历了各种失败，不断改进技术，最终会体验到自己火箭冲天的乐趣。(大卫亚设)。
真的，我们有这个爱好是很难得的，能够克服困难并坚持下去是更难得的，有很多初学者刚开始没有经验，经历很多失败后便没了热情失去了这个爱好。所以本帖的意义也就在于让初学者少走弯路，让初学者保留住这个爱好，也为初学者提供一个合理的模型固体火箭发动机制作思路。本帖主要是参考科创论坛《ABC微型火箭技术》而编写，在文章中也会引用其它帖子的知识。文章将分为五个章节，根据笔我的制作经验，讲述了该如何制作模型固体火箭发动机。希望本帖对模型火箭初学者起到一定的帮助。由于笔者并不是学理科的，理化学科只有初中水平，很多专业知识都不到位，很多都是自学，所以肯定会出现一些错误，多请大家指出并改正。
第一章 认识模型固体火箭发动机
说到模型固体火箭发动机，我们首先要简单的了解一下真正的固体火箭发动机。固体火箭发动机属于化学火箭发动机，用固态物质（能源和工质）作为推进剂。固体推进剂点燃后在燃烧室中燃烧，产生高温高压的燃气，即把化学能转化为热能；燃气经喷管膨胀加速，热能转化为动能，以极高的速度从喷管排出从而产生推力推动导弹向前飞行。
固体火箭发动机主要由壳体、固体推进剂、喷管组件、点火装置等四部分组成，其中固体推进剂配方及成型工艺、喷管设计及采用材料与制造工艺、壳体材料及制造工艺是最为关键的环节，直接影响固体发动机的性能。固体推进剂配方各种组分的混合物可以用压伸成型工艺预制成药柱再装填到壳体内，也可以直接在壳体内进行贴壁浇铸。壳体直接用作燃烧室。喷管用于超音速排出燃气，产生推力；喷管组件还要有推力矢量控制（TVC）系统来控制导弹的飞行姿势。点火装置在点火指令控制下解除安全保险并点燃发火药产生高温高压火焰用于点燃壳体内的推进剂。
当然了，我们所做的模型发动机很难做到和真正的发动机一样，我们所做的只是一个简化版，但工作原理都是相同的。我们所需要做的部分有推进剂药柱、喷管、壳体以及燃气通道。在文章中我会介绍易做的两种推进剂----黑火药（下文中简称BP）和硝糖，介绍两种喷管及一些我自己摸索出来的制作工艺。
下面就是我所设计的简易模型固体火箭发动机，尺寸以及材质已在图纸中表明。在这里，我的设计并不追求发动机的性能有多么的好，我只是为新手提供一个范本和制作思路。(实物制作时与图纸设计略有不同)
第二章 喷管的制造及其运用
喷管是模型火箭发动机上很重要的一个组成部分。在很大程度上喷管决定了发动机的性能。笔者尝试过很多种材料来制作喷管，比如金属，陶瓷，陶，石墨，水泥，黏土，塑料等材料，不同的材料做的喷管各有好处，也各有自己的适用范围。为了方便初学者制作，在文章中还是介绍制作ABC前辈所发明的陶瓷喉衬纸制喷管。
第一节 喷管的制作
这种喷管的材料很容易得到，有纸条和陶瓷管，陶瓷管在网上有卖的，几块钱可以买到很多。但是这种陶瓷管次品率很高，有很多外形不规则的，在使用时一定要挑选外形好的陶瓷管才行。在这里我使用的是3mm内径的普通白色陶瓷管。
使用固体胶将纸条的一端粘在陶瓷管上，然后慢慢卷大。在卷的时候力度一定要大，要卷紧不要有缝隙。
卷好的喷管的外径要大于发动机内径1mm。以便后面可以很牢固的挤进喷管，同时也保证了发动机良好的气密性。
接下来用502胶水渗透到纸里去，注意一定要先从陶瓷管旁边一圈从内到外渗透胶水。喷管两面都要渗透胶水。不要节约胶水，要充分渗透。
这种喷管优点很明显，就是便于制作，材料易得，适用于这种微型发动机，缺点也比较明显，发动机工作时的喷出的高温气体会使陶瓷管升温，使陶瓷管旁边的纸碳化，从而失去对陶瓷管的束缚力，陶瓷管就会被喷出去。所以为了避免出现这种问题，发动机装药不要太多，10-15g以内是可以的。
第二节 喷管的装机以及固定
由于喷管的外径是大于水管的内径的，所以要用铁棒先将水管口扩张一些，刚好可以使喷管卡进去一点点。
以下就是做好的喷管
接下来用铁棒和锤子将喷管捶入水管，预留5mm。
第三节 喷管的固定
由于发动机工作时在内部会形成很大的压力，喷管如果不固定好很容易就会飞出去，所以固定喷管是很重要的。固定喷管的方法有很多，比如用胶水粘，用螺钉固定。以下我所介绍的是PPR水管热缩口固定法，此方法的有点就是方便，而且牢固。
我们需要一个锥形的磨具来制作，我所使用的是装羽毛球纸筒上的盖子。用玻璃漏斗或者金属漏斗最好，模具锥形的角度要大一些。不要用不耐热的塑料模具，因为PPR管加热后与这些模具接触，很容易会把两者熔在一起。
将预留出的那一端旋转着用酒精灯加热，PPR管会慢慢的膨胀，软化，加热到开始冒烟就可以了。注意，旋转的速度要快一些，使得管口得到均匀的加热。
趁热把加热的那一端超模具上一压。
然后趁热把这一端往一个平面上一压。这一步很关键，压的力度决定了缩口的大小，如果力量太大，PPR则会将整个喷管都包住。
趁热把多余的塑料用剪刀剪去。
最终的效果图
第三章 BP的制造及其应用
第一节 BP选材和三料配比
BP是很多商业模型固体火箭发动机常用的一种推进剂，BP优点有很多，比如材料易得，相对其他模型固体火箭发动机的推进剂而言要易于制作，对于这种微型发动机来说，装药也是一件容易的事情。
制作BP我们需要三种原材料①硝酸钾②硫磺粉③木炭，关于选材要特别强调一下，①硝酸钾最好用实验用的专业试剂，②硫磺粉不要有肉眼可见杂质、纯度要高，③木炭的选择要求最高，在组成BP的三种成分中，木炭起主要燃烧的作用。改变木炭的含量，性质等就可以改变黑火药的各种性能。在这里我并不做太多关于木炭的分析，要做性能比较好的BP，用麻杆炭，柳木炭，杉木炭比较好，不要用烧烤用的机制木炭或者活性炭。笔者做过很多尝试，最后发现用画画的棉柳炭条做BP效果会很好，虽然价格较高，但是易得，品质稳定，做出的BP性能相当优秀。
下面是制作BP常用的三料标准比例（质量比）：
硝酸钾(KNO3)___75%
硫磺（S）___10.3%
木炭（C6H2O）___14.7%
按照此比例，一公斤BP燃烧后可产生56%的固体产物和44%的气体产物。
由于我们是微量制作,所以三料的比例可以定为:
硝酸钾(KNO3)___75%
硫磺（S）___10%
木炭（C6H2O）___15%
第二节 BP的制造工艺
制造BP通常有干法生产和湿法生产两种。粉状BP大都是用干法进行生产的。本章主要介绍用干法制造BP。配料混合包括两步，第一步是硫磺与木炭两种原料的二料混合，第二部是二料粉和硝酸钾的混合，称为三料混合。
配料混合是在球磨机内进行的。当滚筒转动时，物料借滚筒内所装的球（铜球或木球）与球之间的撞击与物料之间的研磨作用，达到粉碎和混合的目的。下图为我所使用的打粉机和球磨机。（我使用的球磨机是首饰抛光机）
1.粉碎木炭条，粉碎的越细越好，木炭的颗粒大小直接影响BP的燃烧性能。先用打粉机将炭条打成粉末，然后用球磨机进行精磨，制得的木炭非常的细腻。
2.把木炭和硫磺两种原料放入球磨机内进行研磨。
3.把三料放入球磨机内一起研磨，40克BP球磨机研磨时间建议为30分钟。将钢珠和BP分离开得到成品BP。粉状BP的外观为均一的灰黑色或黑色粉末，无光泽，无肉眼可见杂质。
第三节 BP的装填
说到装填BP，我们首先要了解一下BP的燃烧特性。当BP的密度比较小时，燃速较快，同时燃烧无规律性。这是因为密度小时，药粒（或装药）的内部具有较多的空隙，燃烧时火焰容易钻入空隙内燃烧，此时生成的气体不易排出，由于燃烧面积扩大，空隙内压力很快增大，以至药粒活装药破碎，燃烧面积进一步扩大，使燃烧速度加快，同时燃烧的规律性也遭到破坏。粉状BP和散装BP的密度较小，故燃速较快，燃烧可很快完成，形成较大的压力和较强的火焰。
当BP的密度增大时，燃烧速度明显减慢。当密度达到1.9g/CM^3以上时，BP的燃烧速度几乎保持不变，在一个大气压下大约为7~10mm/S。即使在较大的压力下，也能有规律地逐层燃烧，这是BP的一大特点。其原因是当密度大时，装药内部的空隙很少，火焰不易传入内部，而燃烧面积也得不到扩大，燃烧也只能又表及里的逐层燃烧。
根据上述的BP燃烧特点，我们可以得到装填BP的思路，为了避免BP在发动机内燃速太快导致发动机爆炸，第一，可以用增大装药密度的方法，用液压机来装药，第二，如果没有液压机，可以在BP内添加粘合剂，填充因压药密度不足而导致的空隙。以下介绍的就是上述的第二种方法装填BP。
关于粘合剂，我建议用花生油，玉米油 任意一种。为了使粘合剂与BP充分混合，我建议每一克BP加3~4滴油，然后用研钵手动进行研磨混合，这个过程用力要大，时间要长。（下图我以混油研磨12克BP为例，我所使用的滴管用注射器代替）
与油充分混合后的BP看起来有油腻感
与油充分混合后的BP自然堆积体积会比没有混油的BP体积小四分之一以上。下图是与油混合后的BP，自然堆积体积大约为28cm^3，没有混合之前的体积大约为40cm^3。
最后一步就是装药，用锤子和铁棒将发动机内的BP锤实，压药密度越大越好，如果压药密度小，很容易导致发动机工作时爆炸。
第四节 关于制造BP的问题和注意事项
问题1：在球磨机内用钢珠磨会导致BP燃烧或爆炸吗？
答：我做过大量实验，按照以上我所述的制造方法是不会的。
第一：BP的热感度还是比较低的。研磨时间越长，桶内温度越高，再考虑到散热，即使磨很长时间，BP也不会因为温度太高而自燃。
第二：我们来分析一下BP的静电感度，有实验证明，BP不发火的最高电压为48000伏，电流为70微安，放电时间为2秒，着火能力为6.72焦耳。在BP的制造过程中能够产生静电的工序有很多,特别是三料一起研磨的这道工序，实验证明，三料混合时，桶内所产生静电的大小随混合时间的增长而增大，有实验数据证明，球磨混合4小时，也才只测得滚筒内有2480伏的电压，况且我们只研磨半个小时就够了，光靠这一点静电是不足以使BP燃烧的。
第三：在最为关键的是BP的火焰感度，用我所述的球磨工艺制得的BP火焰感度是很高的。在球磨机工作时，滚筒内会产生大量BP的粉尘，这些粉尘的火焰感度更高。由于钢珠在一定的力量下碰撞会产生火花，所以在球磨BP时最好要用铜珠。虽然理论上是这样，但是我认为，实际上在这种小号球磨机内使用钢珠是可以的，因为钢珠碰撞出火花需要的力量比较大，而这种小球磨机的球磨力度不足以使它们碰撞出火花。我做了很多次BP也没有因为用钢珠而出现事故。当然了，这也不是绝对的，为了安全，我还是会在球磨机工作时罩上一个大铁桶，这样安全得到了一定的保障，而且还降低了球磨机工作时所传出的噪音。
问题2：装药时BP会因捶的力量太大而捶爆吗？
答：我做过几十个这样的发动机也没有捶爆过一个。况且我们做的BP也达不到工业生产出的水平，冲击感度是很低的。
注意事项1：球磨机内最好装两种不同大小的钢珠，我用的是6MM钢柱和2MM钢柱,因为大的钢珠球磨精细程度有限，而小的钢珠球磨力度有限，所以两者混在一起用最好。
注意事项2：球磨机的球磨物料大小和球磨物料颗粒大小是有限的，有地方购买的硝酸钾可能已经吸潮了，粉末状的硝酸钾会结块，这种块状硝酸钾球磨机是无法研磨的，需要先手动研磨。
注意事项3：混油研磨BP时一定要混合充分，混油的BP会粘在研钵内壁上，所以需要用药勺挂下来再研磨。
注意事项4：有很多人看过ABC前辈的教程，ABC前辈在把油与BP混合这道工时只是做了简单的搅拌。ABC前辈用简易方法做的BP和我这样做的BP完全不是一个档次的，球磨工艺生产的BP性能要比ABC前辈的做的要好的多，所以一定要尽心尽力去完成油与BP混合的这道工序。
第四章 KNSU 的制造及其应用
KNSU也称为硝糖是硝酸钾（KNO3）与白砂糖（C12H22O11）的混合物，常被业余界做烟雾弹燃料或做模型火箭燃料。关于KN系列的模型火箭燃料常见的有KNDX（硝酸钾--葡萄糖）、KNSB（硝酸钾--山梨醇），三者的原理都是氧化还原反应。考虑到原料的来源问题，最易得到的就是做KNSU的原料，所以在这里我就只介绍KNSU的制作工艺。
到目前为止，笔者尚且没有发现一本由专业机构编写的关于制作KNSU的文献，也没有一套可以保证让所有人做KNSU都做得好的工艺流程，制得KNSU的好坏，很大程度上是取决于个人的主观判断和制作经验。所以目前KNSU相对于BP而言并不是很适合初学者，但是制作KNSU实在是太基础了，是制作模型火箭发动机必学的一种燃料，所以我还是把制作KNSU编写进这套教程。以下制作工艺完全是笔者在科创论坛上学习总结而得来的，若读者发现有更好的关于制作KNSU的教程，请忽视本章节。
第一节 KNSU的制作工艺
制作火箭燃料都是有一定的危险性的，所以要做好充分的保护措施，制作KNSU时要备一罐灭火器。严禁使用明火加热制作KNSU。新手制作要遵循不超过30g，不要在室内制作的原则。
关于制作KNSU有很多方法，比如粉压法，湿粉压法，热熔法以及重结晶法等，经过大量的实验，得到的实验结果还是用重结晶法制得KNSU性能最好，所以以下笔者就只介绍如何用重结晶法制作KNSU。所谓重结晶法就是将糖和硝酸钾以流体状态充分混合在一起的方法。以下我以制作20gKNSU为例。
以下是我所使用的电热炉，调温很方便。注意：切忌在电热炉工作时直接触碰电热丝或使用导体间接触碰电热丝。
首先要知道KNSU的配方。其实KNSU和BP一样，它们的反应其实是一个很复杂的过程，化学反应方程式很受争议，不同的配方，以及不同的燃烧条件，反应后的产物有所不同。KNUS常见的两种配方有（质量比）：
配方一：硝酸钾：65% 白砂糖：35%
配方二：硝酸钾：60% 白砂糖：40%
笔者做过一些测试，发现两种配方用重结晶法做的KNSU在性能上差异并不明显，为了方便称量我采用第二种配方。
首先将8g白砂糖放入碗中，加入适量的水，刚刚覆盖过糖就可以了。
然后把功率调到最大，在刚有水蒸气开始冒时，一点一点的加入硝酸钾，12g硝酸钾多分几次放，使硝酸钾逐步溶解。
加热一段时间后水会开始冒小的气泡。这个时候要开始不停的快速搅拌。
气泡逐渐变大，不要停止快速搅拌。
这个过程过后，KNSU便会成以下状态，仔细观察还是会冒气泡，不过是很小的气泡了，在这个时候把电热炉功率调到最小或者断开电源，同时搅拌速度也要加快。慢慢的把KNSU里混杂的水慢慢蒸发干。
制作好后的KNSU在热时具有一定的流动性，不过流动性很差，并不适合直接浇筑在小的发动机内，所以我们要用个铁棒将流体状态的KNSU压入发动机内。最后计算装药密度，装药密度在1.9g/cm^3以上便是合格。
总结一下制作要点:
1.制作KNSU时要不断地快速地的搅拌，以防KNSU粘锅引起燃烧。
2.硝酸钾一定要在水开始冒较大气泡前加完，多分几次加。
3.禁止使用明火加热。
4.要做好充分的安全措施。
第五章 发动机的密封以及燃气通道
第一节 发动机的密封
在发动机装好燃料后，需要做堵头。用锤子和铁棒，压上一层约3mm后的铝箔纸，要压实，捶紧了。
然后再压入一层厚厚的餐巾纸，预留出的PPR管要有7mm。
重复第二章的热缩口工艺，在第二章已经说明过了，加热过的一端向平面上压的力度决定了缩口的大小。因为是全热缩口，所以压的力度要大，使受热软化的PPR管充分包住最后的堵头。
第二节 燃气通道
到以上步骤为止，可以说发动机已经基本做好了。为了使发动机工作的推力更大，效率更高，所以要在药柱内部做一个燃气通道，这样做是为了增大药柱的燃烧面积，使燃速更快，在短时间内爆发出的能量更多，所以我只介绍一种燃气通道，如第一章设计图所示。制作方法很简单，将一个合适的螺丝刀插入陶瓷管，然后用锤子锤到底就做好了。
工作过后的发动机