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系統識別號	U0002-2908202312544800
DOI	10.6846/tku202300614
論文名稱(中文)	RNX固體火箭發動機研發
論文名稱(英文)	The development of RNX solid rocket motor
第三語言論文名稱
校院名稱	淡江大學
系所名稱(中文)	航空太空工程學系碩士班
系所名稱(英文)	Department of Aerospace Engineering
外國學位學校名稱
外國學位學院名稱
外國學位研究所名稱
學年度	111
學期	2
出版年	112
研究生(中文)	鮑光晟
研究生(英文)	Guang-Cheng Bao
學號	609430243
學位類別	碩士
語言別	繁體中文
第二語言別
口試日期	2023-07-01
論文頁數	127頁
口試委員	指導教授 - 王怡仁(090730@mail.tku.edu.tw) 口試委員 - 蕭富元口試委員 - 張浩基
關鍵字(中)	RNX 推進劑固體火箭發動機淡江一型
關鍵字(英)	RNX propellant solid rocket motor Tamkang-1 rocket
第三語言關鍵字
學科別分類
中文摘要	RNX推進劑是加拿大業餘火箭愛好者Richard Nakka發明，於2001年開始研發，2002年10月6日首次發射成功。成分為硝酸鉀、環氧樹脂、三氧化二鐵。Richard Nakka研發的兩種配方RNX-57、RNX-71V，其具有製作過程不需加熱、成品不易受潮、機械強度高等優點。本論文將以Richard Nakka先前的研發成果為基礎，設計並地面測試理論總衝量15000 N·s及26000 N·s的兩款型號RNX固體火箭發動機（119mm RNX-71V、140mm RNX-71V），並實際進行射高5 km之火箭發射驗證。「淡江一型」火箭發射（使用119mm RNX-71V固體火箭發動機）結果可知，發動機運作穩定，無發生燃燒不穩定、中途熄火、發動機爆炸等故障。119mm RNX-71V固體火箭發動機順利圓滿達成任務，量測射高4582 m與理論預估約4600 m之誤差僅1％。
英文摘要	The RNX propellant was invented by Richard Nakka, a Canadian amateur rocket enthusiast. It began to be developed in 2001, and it was successfully launched on October 6, 2002 for the first time. The ingredients are potassium nitrate, epoxy resin, ferric oxide, two formulas RNX-57 and RNX-71V developed by Richard Nakka, which have the advantages of no heating in the production process, less moisture in the finished product, and high mechanical strength. This thesis will be based on Richard Nakka's previous research and development results, design and ground test two models of RNX solid rocket motors (119mm RNX-71V and 140mm RNX-71V) with a theoretical total impulse of 15000 N·s and 26000 N·s, and actually carry out the rocket launch verification at a height of 5 km. The results of the "Tamkang-1 (TK-1)" rocket launch (using a 119mm RNX-71V solid rocket motor) show that the engine operates stably, and there are no failures such as unstable combustion, flameout, and engine explosion. When the "TK-1" rocket was launched, the 119mm RNX-71V solid rocket motor also successfully completed the mission. The error between the measured launch height of 4582 m and the theoretical estimate of about 4600 m was only 1%.
第三語言摘要
論文目次	目錄摘要 ii Abstract iii 誌謝 iv 目錄 v 圖目錄 viii 第一章、緒論 1 1.1 研究動機 1 第二章、文獻回顧 2 2.1 固體火箭推進劑 2 2.2 RNX推進劑 3 第三章、研究方法 9 3.1 筆者研發經驗 9 3.2 材料規格 17 3.3 設計目標與初步設計 18 3.4 藥柱 18 3.5 發動機殼體 21 3.6 點火器 21 3.7 機械製圖與代工廠商加工 22 3.8 地面測試 23 第四章、 119mm RNX-71V固體火箭發動機設計與製造 31 4.1 設計目標與初步設計 31 4.2 藥柱 36 4.3 發動機殼體 44 4.4 點火器 46 4.5 機械製圖與代工廠商加工 47 4.6 地面測試 47 第五章、 119mm RNX-71V固體火箭發動機地面測試 51 5.1 119mm RNX-71V第一次地面測試 51 5.2 119mm RNX-71V第二次地面測試 56 5.3 119mm RNX-71V第三次地面測試 65 第六章、 140mm RNX-71V固體火箭發動機設計與製造 68 6.1 設計目標與初步設計 68 6.2 藥柱 72 6.3 發動機殼體 79 6.4 點火器 81 6.5 機械製圖與代工廠商加工 81 6.6 地面測試 82 第七章、 140mm RNX-71V固體火箭發動機地面測試 83 7.1 140mm RNX-71V第一次地面測試 83 第八章、「淡江一型」火箭 90 8.1 「淡江一型」火箭設計 90 8.1.1 概述 90 8.1.2 鼻錐 92 8.1.3 航電艙殼體、航電系統 92 8.1.4 發動機 93 8.1.5 尾翼 94 8.1.6 外型、空氣動力設計 95 8.1.7 發射架 96 8.1.8 理論性能 98 8.2 「淡江一型」火箭發射 99 8.3 量測數據分析 103 第九章、結論 107 參考文獻 108 圖目錄圖1、RNX推進劑於2002年10月6日首次發射成功[3] 4 圖2、RNX藥柱實體[4] 4 圖3、Richard Nakka研發的兩種配方RNX-57、RNX-71V[5] 5 圖4、a值（燃燒速率係數）、n值（壓力指數）[6] 5 圖5、壓力—燃速關係[7] 5 圖6、Kn值—壓力關係[8] 6 圖7、燃燒產物[9] 7 圖8、其它數據[12] 8 圖9、J-505發動機理論推力曲線 11 圖10、J-505發動機地面測試 11 圖11、J-505發動機地面測試 12 圖12、J-505發動機第一次地面測試量測推力曲線 12 圖13、J-505發動機第二次地面測試量測推力曲線 13 圖14、Aurora火箭發射 14 圖15、「飆風四型」火箭發射 15 圖16、小型RNX發動機 16 圖17、小型RNX發動機地面測試 17 圖18、不同的藥柱形狀與燃面[30] 19 圖19、不同的藥柱形狀與燃面可產生不同推力曲線[31] 20 圖20、筆者曾使用的藥柱型式（1、2、4項）[32] 20 圖21、筆者曾使用之點火器 22 圖22、指針式自動秤、發動機支架與攝影機作為地面測試設備 25 圖23、錄影記錄指針移動過程 26 圖24、從影片中每張影格與時間間隔得知推力曲線 26 圖25、指針快速振動，造成數據判讀不易 27 圖26、測試臺本體 27 圖27、接線 28 圖28、接線 29 圖29、接線 30 圖30、openMotor_0.4.0操作介面 33 圖31、119mm RNX-71V固體火箭發動機計算結果 33 圖32、119mm RNX-71V固體火箭發動機藥柱截面 34 圖33、119mm RNX-71V固體火箭發動機藥柱燃面變化過程 34 圖34、119mm RNX-71V固體火箭發動機理論Kn值曲線 34 圖35、119mm RNX-71V固體火箭發動機理論艙壓曲線 35 圖36、119mm RNX-71V固體火箭發動機理論推力曲線 35 圖37、硬質PVC藥柱燃面抑制層 38 圖38、粉碎機 39 圖39、2280 g硝酸鉀—三氧化二鐵混合物都粉碎完成 40 圖40、RNX-71V藥漿 41 圖41、RNX-71V藥漿放入硬質PVC藥柱燃面抑制層內並壓實 42 圖42、藥柱成品 43 圖43、藥柱成品 44 圖44、119mm RNX-71V固體火箭發動機之點火器 47 圖45、垂直式測試臺本體 49 圖46、淡江大學蘭陽校區[34] 50 圖47、淡江大學蘭陽校區[35] 50 圖48、119mm RNX-71V第一次地面測試理論Kn值曲線 53 圖49、119mm RNX-71V第一次地面測試理論艙壓曲線 53 圖50、119mm RNX-71V第一次地面測試理論推力曲線 54 圖51、在運動場架設好所有設備 54 圖52、119mm RNX-71V第一次地面測試地面視角 55 圖53、119mm RNX-71V第一次地面測試空拍視角 55 圖54、119mm RNX-71V第一次地面測試 150 m外視角 56 圖55、119mm RNX-71V第一次地面測試量測推力曲線 56 圖56、119mm RNX-71V第二次地面測試理論Kn值曲線 60 圖57、119mm RNX-71V第二次地面測試理論艙壓曲線 60 圖58、119mm RNX-71V第二次地面測試理論推力曲線 61 圖59、在運動場架設好所有設備 61 圖60、119mm RNX-71V第二次地面測試地面視角 62 圖61、119mm RNX-71V第二次地面測試 150 m外視角 63 圖62、119mm RNX-71V第二次地面測試量測推力曲線 64 圖63、點火器之線路絕緣外皮破裂，銅線露出 64 圖64、119mm RNX-71V第三次地面測試地面視角 66 圖65、119mm RNX-71V第三次地面測試地面視角 67 圖66、119mm RNX-71V第三次地面測試量測推力曲線 67 圖67、140mm RNX-71V固體火箭發動機計算結果 69 圖68、140mm RNX-71V固體火箭發動機藥柱截面 69 圖69、140mm RNX-71V固體火箭發動機藥柱燃面變化過程 70 圖70、140mm RNX-71V固體火箭發動機理論Kn值曲線 70 圖71、140mm RNX-71V固體火箭發動機理論艙壓曲線 71 圖72、140mm RNX-71V固體火箭發動機理論推力曲線 71 圖73、硬質PVC藥柱燃面抑制層 74 圖74、3116 g硝酸鉀—三氧化二鐵混合物都粉碎完成 75 圖75、RNX-71V藥漿 76 圖76、RNX-71V藥漿真空脫泡 76 圖77、RNX-71V藥漿放入硬質PVC藥柱燃面抑制層內並壓實 77 圖78、藥柱成品 78 圖79、藥柱成品 79 圖80、140mm RNX-71V第一次地面測試理論Kn值曲線 84 圖81、140mm RNX-71V第一次地面測試理論艙壓曲線 85 圖82、140mm RNX-71V第一次地面測試理論推力曲線 85 圖83、在運動場架設好所有設備 86 圖84、140mm RNX-71V第一次地面測試地面視角 86 圖85、140mm RNX-71V第一次地面測試空拍視角 87 圖86、140mm RNX-71V第一次地面測試 150 m外視角 88 圖87、140mm RNX-71V第一次地面測試量測推力曲線 89 圖88、「淡江一型」火箭成品 91 圖89、鼻錐 92 圖90、航電艙殼體 93 圖91、119mm RNX-71V固體火箭發動機 94 圖92、尾翼 95 圖93、質心、壓心位置 95 圖94、發射架 97 圖95、發射架 97 圖96、仰角83度發射之落點分析 98 圖97、理論性能 99 圖98、發射場旁視角 100 圖99、「科研探空火箭發射觀看區」視角[36] 100 圖100、發射場南方300 m沙灘視角 101 圖101、發射場南方300 m沙灘視角 102 圖102、飛行過程之高度與時間關係 103 圖103、航電艙攝影機拍攝影片之截圖 104 圖104、航電艙攝影機拍攝影片之截圖 104 圖105、航電艙攝影機拍攝影片之截圖 104 圖106、航電艙攝影機拍攝影片之截圖 105 圖107、航電艙攝影機拍攝影片之截圖 105 圖108、航電艙攝影機拍攝影片之截圖 105
參考文獻	[1] 周濟平（民85）。火箭推進。 [2] Rocket Propulsion Elements 8th Edition by Oscar Biblarz George P. Sutton [3] Richard Nakka's Experimental Rocketry Web Site http://www.nakka-rocketry.net/rnx_int.html [4] Richard Nakka's Experimental Rocketry Web Site http://www.nakka-rocketry.net/rnx_int.html [5] Richard Nakka's Experimental Rocketry Web Site http://www.nakka-rocketry.net/rnx_for.html [6] Richard Nakka's Experimental Rocketry Web Site http://www.nakka-rocketry.net/rnx_bur.html [7] Richard Nakka's Experimental Rocketry Web Site http://www.nakka-rocketry.net/rnx_bur.html [8] Richard Nakka's Experimental Rocketry Web Site http://www.nakka-rocketry.net/rnx_per.html [9] Richard Nakka's Experimental Rocketry Web Site http://www.nakka-rocketry.net/rnx_che.html [10] Richard Nakka's Experimental Rocketry Web Site http://www.nakka-rocketry.net/rnx_mec.html [11] Richard Nakka's Experimental Rocketry Web Site http://www.nakka-rocketry.net/rnx_mec.html [12] Richard Nakka's Experimental Rocketry Web Site http://www.nakka-rocketry.net/rnx_per.html [13] Richard Nakka's Experimental Rocketry Web Site http://www.nakka-rocketry.net/rnx_pre.html [14] Richard Nakka's Experimental Rocketry Web Site http://www.nakka-rocketry.net/rnx_vac.html [15] Richard Nakka's Experimental Rocketry Web Site http://www.nakka-rocketry.net/rnx_pac.html [16] Richard Nakka's Experimental Rocketry Web Site http://www.nakka-rocketry.net/rnx_fin.html [17] Richard Nakka's Experimental Rocketry Web Site http://www.nakka-rocketry.net/epoch.html [18] Richard Nakka's Experimental Rocketry Web Site http://www.nakka-rocketry.net/paradigm.html [19] Richard Nakka's Experimental Rocketry Web Site http://www.nakka-rocketry.net/liberty.html [20] Richard Nakka's Experimental Rocketry Web Site http://www.nakka-rocketry.net/Frostfire3/rod+tube_sht.gif [21] Richard Nakka's Experimental Rocketry Web Site http://www.nakka-rocketry.net/ff3.html [22] RNX药柱制作教程 https://www.kechuang.org/t/39442 [23]【廣局神作】環氧樹脂系粘合劑的對比研究 https://www.kechuang.org/t/44510 [24]【廣局神作】RNX-HTPB星孔燃料系列 https://www.kechuang.org/t/43369 [25]【廣局神作】RNX-75規格發動機試車 https://www.kechuang.org/t/45850 [26]【廣局神作】RNX噴燃比對比裝機測試 https://www.kechuang.org/t/46237 [27] [ASR]首枚RNX发动机燃料加工与试车纪实 https://www.kechuang.org/t/58557 [28]【廣局神作】RNX-110規格發動機試車 https://www.kechuang.org/t/47708 [29]【廣局神作】KCSA-YT4內蒙古發射活動 https://www.kechuang.org/t/59054 [30] Richard Nakka's Experimental Rocketry Web Site https://www.nakka-rocketry.net/th_pix/grains4.gif [31] Rocket and Space Technology http://www.braeunig.us/space/propuls.htm [32] Richard Nakka's Experimental Rocketry Web Site https://www.nakka-rocketry.net/rnx/rgrains1.gif [33] Qu8k - The Story - Final http://ddeville.com/derek/Qu8k.html http://web.archive.org/web/20210426045452/https://ddeville.com/derek/Qu8k.html [34] Google 地圖 https://www.google.com/maps/@24.8235164,121.7298267,286m/data=!3m1!1e3?entry=ttu [35] Google 地圖 https://www.google.com/maps/@24.821851,121.7290809,3a,43.1y,120.77h,79.75t/data=!3m8!1e1!3m6!1sAF1QipNIC6kKvCO6MzOLu-dHBRnarhxfXEdY9yXB1TyL!2e10!3e11!6shttps:%2F%2Flh5.googleusercontent.com%2Fp%2FAF1QipNIC6kKvCO6MzOLu-dHBRnarhxfXEdY9yXB1TyL%3Dw203-h100-k-no-pi0-ya27.700834-ro0-fo100!7i8192!8i4096?entry=ttu [36] [紀錄]淡江大學第一型火箭發射20230605 https://www.youtube.com/watch?v=MBwKuvj_hGE
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