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あの晴れわたる空より高く (教你如何作火箭!!) --共通線--下

月讀 | 2015-03-09 01:14:55 | 巴幣 6 | 人氣 1089


4/24
早上起床後與妹妹聊個天就去上學了,因為昨天實驗成功乙矢心情特好,早上遇到有佐跟其他人打打鬧鬧就一起上學了。放學後有佐開始分配工作,為了趕上5天後的發射實驗,今天依然是製造固體推進劑motor case
 
今天乙矢幫忙固體推進劑的製作,學姊哭著說推進劑有受傷,不過還在容許範圍內。
 
4/27
今天大家也是打鬧著一起上學,因為明天就是發射試驗了,今天一定要把火箭完成。乙矢幫忙鎖噴嘴的螺絲,夏帆說明了說明書上寫的10N¥m等於10KG的力量鎖住,後來乙矢要鎖20個地方因為照順時針鎖,而造成螺絲孔錯位被其他人白眼,後來乙矢才學到要用對角的方式鎖

完成後的火箭經大家商量後命名為白虎初號機,並且一起搬運到大型火箭組裝棟。回程時遇到絆,因為絆想要看火箭發射,但是有佐說明今天沒有火箭發射的預定,而且發射時3km內要淨空,非相關人員也不能參觀。但她提議黃金周5月6號有火箭發射比賽是任何人都可以觀看的,絆因此失望地回去了。
 
4/28
火箭試射日,乙矢興奮的睡不著作了咖哩,早上被妹妹嫌棄,出門時又被妹妹誤會夏帆有佐跟乙矢的修羅場關係。早上開會,有佐說明早上9點在宇宙中心進行第一回GO/NOGO判斷 (發射判斷),GO的話從那時刻開始X-120分(倒數120分)。第一回判斷是天氣狀況,沒有降雨,北北西風,秒速3m。半徑10km內沒有雷雲,氣象狀況all green。於是白虎初號機就由學姊搬運到了第三發射場。
 
裝置火箭完成後,大家回到控制中心由電腦進行操控,因為學姊與焰緊張想要複習一下手冊,所以延遲1小時重新檢查。第二回GO/NOGO判斷也是GO

沒想到火箭發射後立即爆炸,有佐一時受到打擊,但在大家的幫助後又馬上恢復了。
 
眾人開始到發射場回收火箭的零件,但是都沒找到,焰堅持在發射螢幕上有看到一部分的零件發射後隨即分離,最後終於發現卡在樹上的噴嘴

回到部室後有佐開始報告情況,這次到達高度是8.3m。由於噴嘴分離式決定事項,大家開始討論為何噴嘴會分離,但是夏帆堅持機體檢查沒有問題,特別是噴嘴的部分,有佐又跟夏帆堅持不下。
 
由於掉落海裡的火箭要在大會後才會由AXIP統一回收,因此又輪到乙矢這個大海男兒發揮的場合,乙矢表示他最深可以下潛31m,要代為回收火箭。
 
4/30
Telemeter (通知地面火箭飛行狀況以及搭載機器的狀況)知道正確位置的乙矢,用繩索將火箭固定綑綁後,大家一起拉了上來,有佐發現motor case的結合部有一半是損壞狀態,排除了噴嘴出問題的可能性。
 
放學後,大家開始重新討論問題的所在。Motor case嚴重破損,尤其噴嘴結合部位置非常嚴重。於是開始討論Motorcase為何嚴重破損。夏帆的意見是固體推進劑或motor case的缺陷,問題在於固體推進劑,因為motor case檢查沒問題,推進劑發現hair crack,焰則覺得是因為燃燒室溫度比預想高,CFRP耐不了那麼高的溫度。但是夏帆反駁即使燃燒室溫度高,有斷熱材可以進行Ablationcooling (材料表面蒸發,汽化後產生冷卻的效果)

學姊補充斷熱材會隨著燃燒室溫度變高而越來越薄,有佐認為加上發射時的空力加熱才造成motor case斷裂。但是夏帆覺得發射時速度還很低,空力加熱影響很少,而且斷熱材沒那麼快燃燒光。最後討論結果就是同時改善兩邊的狀況,推進劑的hair crack容許範圍變更,機體重新設計使得強度與耐熱性增強。下次發射實驗是5/1號。
 
結果機體全體增厚,結合部周邊堆積10多層隔熱器材,固態推進劑也極力減少hair crack的出現。
 
5/1
白虎二號機發射,成功發射,但是發射後姿勢控制異常,有佐下令手動傳送姿勢控制指令,可是依然無效,不管如何命令火箭依然姿勢異常,最後有佐不得已只好發送火箭破壞命令,白虎二號機就這樣自爆了。
 
結果火箭在發射後18秒,姿勢控制出現異常,偏離飛行軌道,資料上顯示控制裝置跟陀螺儀都沒有異常,即使發送變更噴嘴角度的指令,也沒有執行指令。
39秒時發送破壞指令,42秒爆破完畢。到達高度14km,機體因為爆破的關係無法回收。
 
有佐開始詢問大家意見,姿勢控制失敗的原因是甚麼?夏帆回答是陀螺儀、計算機或控制裝置的異常。有佐回答裝置都沒異常,但是夏帆說有時候也有這種情況,並從姿勢控制的履歷可以進行推斷。焰覺得是噴嘴異常不能正常轉動,但這部分發射前檢查也沒有異常。因為控制的電裝是SP所以焰覺得可能是自己做的噴嘴可動部出問題。

這時學姊提出了火箭馬達的壓力在18秒時有急遽減少的現象。結果夏帆檢查陀螺儀、計算機以及控制裝置的履歷都是正常的,只有測量噴嘴角度的裝置在18秒時出現了電源錯誤的問題。原因可能是感應器故障或斷線。

學姊覺得可能的原因是噴嘴喉部的器材剝落,造成噴嘴孔變大,內壓下降。喉部燒損後,燃燒氣體從側面漏出,造成姿勢錯誤,接著因噴嘴燒損燒斷感應器電源,造成控制不能的現象。焰卻提出疑慮,噴嘴喉部是用石墨作成的,就算3000度也沒問題,有可能這樣就燒損嗎?夏帆回答如果有內部缺陷就算不燒毀也會剝落。

焰反駁檢查沒問題,夏帆回答X光以及超音波對石墨的檢測度低。有佐正要下結論,卻被夏帆反對,因為她覺得噴嘴喉部以及感應配線同時壞掉有問題。但有佐覺得石墨要是破損很大的話一口氣燒壞是有可能的,夏帆卻反駁石墨損壞幾乎不會發生。
最後大家依然得不出甚麼好結果,有佐要大家回去好好想想明天早上再來討論。
 
5/2
早上開會大家依然想不出甚麼好方法,因此有佐決定照昨天的討論針對噴嘴改良,下次發射的時間是明天,X-17時。於是三號機基於二號機的結果進行改良設計了一樣的motor case 與固體推進劑,噴嘴喉部則由石墨改成carbon-carbon (碳纖維強化碳複合材料),因為沒空製造改用SP。
 
5/3
因為噴嘴改成SP的關係,為了對應尺寸設計圖進行了少許變動,然後三號機完成了。有佐的表情有稍許擔心,乙矢耍白癡安慰了有佐。這時候沒看到夏帆,乙矢在外面找到她,

夏帆提醒乙矢有雨的味道。夏帆回部室希望有佐停止發射實驗改約明天。但是有佐認為今天降雨率是10%不想相信夏帆沒有根據的說法,有佐堅持要發射,並且說即使下雨他也不後悔,只會當成運氣差。

但是當天卻下了整天大雨,三號機一直都沒有發射。
 
5/4
當天是晴朗的大晴天,但因為昨天大家火箭發射都延遲的關係,今天白虎沒抽到發射場,改成明日的X-15時,大家都受到了不小的打擊。

但是如果明天發射,開反省會,再製作火箭絕對來不及。有佐建議現在開始作四號機,但是焰說到這樣三號機不就跟四號機一樣了嗎,學姊補充可以再作可交換的零件。但是有佐卻說預算已經不夠作交換零件了。

夏帆建議取消發射,繼續探討二號機失敗的原因。結果有佐又跟夏帆爭執,夏帆一直覺得二號機發射失敗的原因很有問題。有佐則一直想發射,並說沒有錢的話可以靠著智慧跟巧思。

兩人爭執不下,有佐開始怪罪夏帆為何昨天沒有極力阻止她,乙矢終於看不下去出來打圓場,兩邊都是為了火箭發射的問題意見不合而已,兩人互相道歉後總算又和好。
會議再開,有佐要大家決定是要執行她的方案還是夏帆的。焰支持有佐,學姊則支持夏帆。乙矢這時又提出一個兩全其美的意見,一半發射,製作也只要做一半。

有佐靈光一閃,夏帆也理解了,就是需要改良的零件暫時不製造。這時候要決定最有可能發生問題的零件是甚麼,分別是噴嘴與motor case,焰支持先不要作motor case,因為噴嘴就算不重做用加工的方式總是有辦法。
 
最後決定開始製造白虎四號機,除了motor case先暫時不製作。另外因為保管期限快到了必須先把三號火箭先運回部室。
 
把三號機搬回來後開始製造四號機固體推進劑、點火器跟噴嘴。
 
5/5
在部室與夏帆聊天時夏帆覺得發射又會失敗,因為部室瀰漫著一股不安的氣氛。夏帆覺得是自己的錯,才會發生發射延期的事,乙矢安慰她,有佐決定的事就算重複一億次也不後悔。

乙矢聊到如果不用block bonding法製作的話早就失敗了,乙矢提到,用以前的方法製作卻是用現在的推進劑。讓夏帆恍然大悟知道了二號火箭失敗的原因。
 
夏帆敲打了機體各部位,發出了不同的聲音,固體推進劑與motor case之間有剝離現象產生。

夏帆開始解釋,剝離產生的話,燃燒氣體會集中到那邊,初號機有較大的hair crack,初號機的剝離擴大。

點火後因為剝離的關係,燃燒面積增大,結果就是燃燒壓力過大而爆炸。二號機也因為如此,因為CFRP變厚的關係,這次內部斷熱材與motor case 之間剝離了。點火後CFRP之直接承受燃燒氣體3000度的高溫,18秒時,motor case產生空洞,燒斷了電裝零件的線路

學姊提出疑問,為何燃燒試驗時是正常的。焰也覺得block bonding方式不是不會造成剝離嗎?
 
有佐開始解釋直填式與block bonding之間不會剝離的原因:
1.     直填式推進劑加入時是高溫的狀態,這時候推進劑與motorcase的斷熱材之間是黏著的。

2.     在高溫時會膨脹,變冷時會收縮,但是motorcase不會收縮的那麼多,特別是CFRP幾乎不會收縮。

3.     當然推進劑本身會有向內的張力,超過限度時就會產生剝離。

4.     為了避免這個問題,所以直填式才需要一周的冷卻時間。

5.     block bonding 一開始是用鑄模進行製作。

6.     這時候回到常溫再填裝到motor case中,也就是常溫狀態是與motor case最適合的大小。

7.     當然,加熱推進劑也會造成膨脹,這時候與直填式相反,motorcase不會膨脹,只有推進劑會變大。

8.     但是推進劑只有在壓縮方向力量比較強,不會有甚麼問題。

9.     回到常溫後推進劑會收縮,motor case尺寸也不會變化,因此也不會有力量產生。

10.  所以block bonding不會引起剝離的現象。

學姊補充每次冷卻後檢查,也沒發現有剝離的現象。夏帆覺得是在檢查後發生剝離,在部室是常溫,但在組裝棟有冷氣。燃燒試驗時,因為組裝棟空調壞了所以沒發生剝離的現象。
 
學姊又有疑問,冷房為20,室溫為30,這點溫度差不可能剝離。有佐跟焰也覺得其他人的直填式火箭也沒發生過這種事。
 
夏帆解釋雖然是用以前的方式製造卻不是用以前的推進劑,有佐反駁之前都沒發生過這種事,夏帆回答那是因為現在的技術生沒有用過block bonding方式製造火箭。
 
夏帆拿出現在推進劑的參考文獻”這個推進劑對溫度變化很弱,加熱後一定時間冷卻會擁有對溫度的抗性
 
現在的直填式火箭幾乎不會去考慮這種性質,有佐問起對溫度變化很弱的意思,學姊不清楚,夏帆回答該推進劑很容易受溫度變化影響,但是像直填式冷卻一周後,對溫度變化會有抗性。如果不做那個的話,推進劑會因為冷房的關係有顯著的收縮。所以用這個推進劑去做block bonding方式會產生剝離。
 
有佐問其他人有沒有有關剝離的意見,學姊回答橫置久了後也可能產生剝離現象。三號機在部室與宇宙中心往返之間橫置的時間有點多。焰也覺得有這可能,有佐問夏帆有沒有證明的方法,夏帆回答只有製作 motor case裝填後放在冷房實驗了。
 
有佐又提出兩個方針,一是針對推進劑收縮想出解決的方式二是依然照計畫發射三號機,因為也有可能是橫置造成剝離,或許初號機跟二號機有其他重大缺陷可以由三號機的發射來觀察。
 
夏帆說沒有確實的證據,但是可以確信是這個原因。結果學姊、焰跟乙矢都認為要做發射試驗。但有佐卻支持了夏帆的意見。原因是既然直填式能成功,一般技術生也不會特別注意這個問題。另外AXIP有這項數據與解決方式,卻不公開的原因是因為block bonding方式很可能被用來飛彈製作,因為不可能教導學生軍事利用的技術。有佐也說雖然沒證據,但是也確實的相信這件事。
 
於是大家一起研究不讓推進劑收縮剝離的方式,由於沒有多餘的材料製作推進劑了,夏帆提出藉由縮小motor case是有可能的,但是焰說現在沒法更換適合大小的軸心,因為CFRP的軸心尺寸是固定的。

有佐提議讓焰手工製造軸心,但是焰沒有做過因此沒信心,乙矢提議那就在內部多塞一些斷熱材如何,但是焰說一開始就是在軸心先貼上斷熱材,然後才製造CFRP的。

增加斷熱材的量也只是讓外面變得肥大而已。乙矢提案那做完motor case再貼斷熱材呢?有佐反駁將中央分割成2.5m的圓筒,內側貼完會變得粗糙,推進劑塞不進去。結果還是沒甚麼好的意見產生。
 
最後有佐只好決定跟三號機用同樣的motor case,在保管方法上盡力而為。有佐提議在組裝棟放暖爐在火箭旁,但夏帆提出異議,溫度不平衡會導致推進劑的破裂。由於再不做的話,時間會來不及,眾人只好往焰的工廠移動。
 
到達工廠,就在焰剛開工沒多久,乙矢終於靈光一閃,馬上叫焰停止。乙矢提出的方案是,讓冷卻收縮的固體推進劑當作軸心,再貼上斷熱材,最後壓製成CFRP。有佐提出motor case縮小的話,結合部會變得不能好好組裝,夏帆回答可以只讓推進劑填裝部縮小,結合部還是依照原來的方式設計。並要有佐給一小時的時間來重新設計。
 
由於部室只能用到10點,不在這之前完成組裝時間會來不及。有佐開始分配工作,自己去拿固體推進劑,夏帆重新設計motor case,焰想辦法解決軸心換成推進劑可能會發生的問題。
 
當然,實際作業還是有很多問題,夏帆設計超過1小時,期間焰正在解決固體推進劑用直捲式的纏繞法。時間大幅超過,大家站在烤箱前沉默不語。
 
沒想到此時大澄老師來通知,部室可以使用到明天早上,原來是有佐聯合其他弱小的火箭部一起簽署請求AXIP,畢竟每個部都幾乎趕不過來,能增加時間她們馬上就同意了,最後以老師深夜的加班費是1.5倍為最後的成功手段。
 
5/6
早上乙矢在部室醒來,有佐幫大家買了早餐。學姊因為叫不醒,大家模擬火箭發射的倒數,想不到學姊馬上就醒了(((゚д゚)))。到達組裝棟以後,

看到一台特殊的紅色火箭,乙矢深深覺得與他們的火箭有不一樣的違合感。遇到宇宙研的部長與大地也在檢查火箭,有佐不免又與對方產生火花。有佐騙橫綱她們有一根螺絲忘了鎖,讓宇宙研陷入混亂狀態。
 
到達發射場後,橫綱因為剛剛的事對有佐口出怒言,此時ARC部長出現了,想不到他們也有參賽。三方互嗆後眾人回組裝棟繼續作業,有佐在觀眾席上似乎在找尋某人,此時絆出現了,絆希望乙矢他們的火箭能贏ARC,因為ARC的關係哥哥很少陪她玩了,此時才知道絆是ARC部長的妹妹。絆說只要火箭沒得優勝就陪他玩。
 
於是有佐與絆約定白虎會發射出飛最遠的火箭。
 
在發射前,有佐很意外地開始跟乙矢說起他們一開始的事情,並且約定眾人在Maxfive以後一起做更大的火箭。

白虎四號機,發射成功,燃燒時間94秒,到達高度42.71km。
 
最後發射的是ARC的火箭不死鳥三號,因為角度是45度讓眾人覺得奇怪,但發射時學姊發現有低溫氧氣排出,是混合引擎,大家只有祈禱發射失敗,可是當一段引擎燃燒完畢時,二段引擎開始燃燒,燃燒時間136秒,到達高度87.01km Σ(゚д゚|||) Σ(゚Д゚;) Σ(゚Д゚)

就像嘲笑著白虎的努力一樣,ARC壓倒性的勝利。
 
ARC部長發表優勝感言,原來45度角發射是ARC開發的控制裝置實驗,這次參加Maxfive只是要實驗控制裝置,而且設計高度是100km,原因是F-HI引擎沒有完全燃燒的緣故,對ARC部長來說,這種發射算是失敗的。
 
結束後有佐向絆道歉,沒能遵守約定,但絆卻給了有佐花冠,說是可以得到第一名的符咒。以前幼稚園時運動會沒有第一名時老師給了這個花冠,說是得到第一名的符咒,下一次就真的在運動會上得到第一名了。
 
在部室,每個人都說出後悔的事情,

有佐說自己沒看參加名簿,要是照當初大家的意見做火箭就好了。

夏帆則覺得自己不夠努力,說不能的是她自己。

焰覺得夏帆只是代替她自己說而已,自己不夠認真做。

學姊覺得自己要是能好好說明混合引擎就好了。

乙矢則是責怪自己因為A檢向眾人請教的關係浪費了他們的時間。

五人哭成一團,每個人都因為自己不夠努力而後悔著ヽ(゚´Д`)ノ゚。
 
大家下定決心,下次的全國大賽絕對不會輸---

焰,下次不會輸!

那津奈:對白虎四號機的敵人復仇!

夏帆:已經沒有”做不到”這件事。

有佐:這次我絕對不會再出錯!

乙矢:不會讓廢部這種事發生!在全國大賽獲得優勝,用我們的真正實力,白虎的力量來做吧!
 

5/7
早晨,乙矢睡到中午才到部室,五人又如往常一樣嘻笑打鬧,有佐開始了往全國大會的會議,全國大賽時間是8/28-8/31之間4日,也就是共有3個月又3周的時間準備。

全國大賽分別為機體、電裝、推進、PM等四部門,因為這季節漁撈開始不能發射火箭,因此四部門不需要往海裡發射火箭。機體部門是motor case與 fin,電裝為計算機,推進部門為推進劑,PM為  Presentation。

因為白虎Maxfive準優勝的關係預算也變得充裕,為了勝利社團活動時間從早上6點到晚上10點,有佐要求乙矢選一個部門來幫忙,根據乙矢前面的選擇會決定幫忙誰---
 
夏帆負責電裝部門---
那津奈負責推進部門---
有佐負責PM部門---
 
TrueEND 則是幫忙所有部門---
 
於是乙矢的苦難現在才正要開始----

To be  continued...
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