固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)1

1、 火箭發(fā)動(dòng)機(jī)原理 2013n航空航天推進(jìn)系統(tǒng)王春利 北理工出版社n固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)原理哈爾濱工程大學(xué)自印 講義n固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)原理董師顏 北理工出版 參考教材課程主要內(nèi)容n航空與航天飛行器概述n火箭發(fā)動(dòng)機(jī)基本原理與主要性能參數(shù)n固體火箭推進(jìn)系統(tǒng)n液體火箭推進(jìn)系統(tǒng)第一章第一章 航空與航天飛行器概述航空與航天飛行器概述 n航空航空：在大氣層內(nèi)的空間飛行活動(dòng)。：在大氣層內(nèi)的空間飛行活動(dòng)。n航天航天：在大氣層外的空間飛行活動(dòng)。：在大氣層外的空間飛行活動(dòng)。 包括近地空間飛行、行星際空間的航行、飛包括近地空間飛行、行星際空間的航行、飛往月球或大行星的航行以及飛出太陽系的航往月球或大行星的航行以及飛出太陽系的

2、航行。行。 飛行器飛行器：在大氣層內(nèi)或大氣層外空間飛：在大氣層內(nèi)或大氣層外空間飛行的器件。包括：行的器件。包括：n航空飛行器航空飛行器n航天飛行器航天飛行器n火箭和導(dǎo)彈火箭和導(dǎo)彈一、航空飛行器n1、航空飛行器航空飛行器 在大氣層內(nèi)飛行在大氣層內(nèi)飛行n2、升空飛行原理、升空飛行原理 靠空氣的靜浮力或空氣相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)靠空氣的靜浮力或空氣相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn) 生的生的空氣動(dòng)力升空飛行空氣動(dòng)力升空飛行 n3、分類分類輕于空氣的航空器輕于空氣的航空器重于空氣的航空器重于空氣的航空器氣球氣球汽艇汽艇固定翼航空器：飛機(jī)、滑翔固定翼航空器：飛機(jī)、滑翔機(jī)機(jī)旋翼航空器：直升機(jī)、旋翼機(jī)旋翼航空器：直升機(jī)、旋翼機(jī)航空飛行器航空飛

3、行器二、航天飛行器1、航天飛行器航天飛行器n在大氣層外按天體力學(xué)規(guī)律飛行在大氣層外按天體力學(xué)規(guī)律飛行n大氣層外包括：地球近地空間、行星際大氣層外包括：地球近地空間、行星際空間、恒星際空間等空間、恒星際空間等 n2、分類分類航天器航天器無人航天器無人航天器載人航天器載人航天器人造地球衛(wèi)星人造地球衛(wèi)星空間平臺(tái)空間平臺(tái)空間探測器空間探測器載人飛船載人飛船空間站空間站載人太空實(shí)驗(yàn)室載人太空實(shí)驗(yàn)室航天飛機(jī)、空天飛機(jī)航天飛機(jī)、空天飛機(jī)科學(xué)衛(wèi)星科學(xué)衛(wèi)星應(yīng)用衛(wèi)星應(yīng)用衛(wèi)星技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星三、火箭和導(dǎo)彈1、火箭火箭n指以火箭發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的飛行器指以火箭發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的飛行器n火箭發(fā)動(dòng)機(jī)自身攜帶推進(jìn)劑，不依賴

4、于大氣中火箭發(fā)動(dòng)機(jī)自身攜帶推進(jìn)劑，不依賴于大氣中的空氣，靠推進(jìn)劑燃燒產(chǎn)生推力。其在大氣層的空氣，靠推進(jìn)劑燃燒產(chǎn)生推力。其在大氣層內(nèi)外飛行內(nèi)外飛行2、導(dǎo)彈、導(dǎo)彈n以火箭發(fā)動(dòng)機(jī)或其它噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力，由制以火箭發(fā)動(dòng)機(jī)或其它噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力，由制導(dǎo)系統(tǒng)控制飛行且?guī)в袘?zhàn)斗部的飛行器導(dǎo)系統(tǒng)控制飛行且?guī)в袘?zhàn)斗部的飛行器長度長度 6.25米米 、直徑、直徑 0.52米米 、射程、射程 2500千千米米 、 速度速度 885千米千米/小時(shí)小時(shí) 402發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)“戰(zhàn)斧戰(zhàn)斧”巡航導(dǎo)彈巡航導(dǎo)彈彈道導(dǎo)彈彈道導(dǎo)彈四、航空航天推進(jìn)系統(tǒng)概述1、推進(jìn)系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)n利用利用反作用原理反作用原理為飛行器為飛行器 提供推力提供

5、推力的一種裝置的一種裝置 n2、分類分類推進(jìn)系統(tǒng)按工作原理分為兩大類：推進(jìn)系統(tǒng)按工作原理分為兩大類：n間接反作用類間接反作用類n直接反作用類直接反作用類舉例舉例n間接反作用：間接反作用： 直升機(jī)：由于螺旋槳旋轉(zhuǎn)作用在空氣，直升機(jī)：由于螺旋槳旋轉(zhuǎn)作用在空氣，空氣的反作用力產(chǎn)生升力空氣的反作用力產(chǎn)生升力n直接反作用直接反作用 噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)：發(fā)動(dòng)機(jī)燃料燃燒，膨脹燃噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)：發(fā)動(dòng)機(jī)燃料燃燒，膨脹燃?xì)飧咚傧蚝髧姵?，發(fā)動(dòng)機(jī)得到與燃?xì)鈬姎飧咚傧蚝髧姵?，發(fā)動(dòng)機(jī)得到與燃?xì)鈬姵龇较蛳喾吹耐屏Χ蚯斑\(yùn)動(dòng)出方向相反的推力而向前運(yùn)動(dòng) 推進(jìn)系統(tǒng)分類推進(jìn)系統(tǒng)分類飛行器推進(jìn)系統(tǒng)飛行器推進(jìn)系統(tǒng)直接反作用直接反作用推進(jìn)系統(tǒng)推進(jìn)系

6、統(tǒng)（噴氣推進(jìn)）（噴氣推進(jìn)）間接反作用間接反作用推進(jìn)系統(tǒng)推進(jìn)系統(tǒng)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)航空電動(dòng)機(jī)航空電動(dòng)機(jī)渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)按工作原理不同劃分為：按工作原理不同劃分為： 直接反作用推進(jìn)系統(tǒng)（噴氣推進(jìn)）直接反作用推進(jìn)系統(tǒng)（噴氣推進(jìn)）n 噴氣推進(jìn)噴氣推進(jìn)火箭推進(jìn)火箭推進(jìn)通管推進(jìn)通管推進(jìn)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)n火箭推進(jìn)系統(tǒng)：自身攜帶能源和工質(zhì)，火箭推進(jìn)系統(tǒng)：自身攜帶能源和工質(zhì)，不不需要外界大氣中的氧需要外界

7、大氣中的氧作為氧化劑而工作的作為氧化劑而工作的噴氣推進(jìn)系統(tǒng)噴氣推進(jìn)系統(tǒng)火箭推進(jìn)系統(tǒng)的分類火箭推進(jìn)系統(tǒng)的分類按能源和工質(zhì)不同分按能源和工質(zhì)不同分：火箭推進(jìn)系統(tǒng)火箭推進(jìn)系統(tǒng)化學(xué)能化學(xué)能火箭推進(jìn)系統(tǒng)火箭推進(jìn)系統(tǒng)特種特種火箭推進(jìn)系統(tǒng)火箭推進(jìn)系統(tǒng)液體火箭推進(jìn)系統(tǒng)液體火箭推進(jìn)系統(tǒng)固體火箭推進(jìn)系統(tǒng)固體火箭推進(jìn)系統(tǒng)液固混合火箭推進(jìn)系統(tǒng)液固混合火箭推進(jìn)系統(tǒng)電火箭推進(jìn)系統(tǒng)電火箭推進(jìn)系統(tǒng)核火箭推進(jìn)系統(tǒng)核火箭推進(jìn)系統(tǒng)太陽能火箭推進(jìn)系統(tǒng)太陽能火箭推進(jìn)系統(tǒng)化學(xué)能與特種火箭推進(jìn)系統(tǒng)的不同化學(xué)能與特種火箭推進(jìn)系統(tǒng)的不同n化學(xué)能化學(xué)能火箭推進(jìn)系統(tǒng)：火箭推進(jìn)系統(tǒng)： 能源和工質(zhì)一體能源和工質(zhì)一體n特種特種火箭推進(jìn)系統(tǒng)：火箭推進(jìn)系統(tǒng)

8、：n能源和工質(zhì)分開能源和工質(zhì)分開 能源：太陽能、核能、電能能源：太陽能、核能、電能 工質(zhì)：氨、氫、氮、氬、肼等。工質(zhì)：氨、氫、氮、氬、肼等?；瘜W(xué)火箭推進(jìn)化學(xué)火箭推進(jìn)擠壓式液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)擠壓式液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)化學(xué)火箭推進(jìn)化學(xué)火箭推進(jìn)泵壓式液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)泵壓式液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)化學(xué)火箭推進(jìn)化學(xué)火箭推進(jìn)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)固體火箭發(fā)展歷史n唐朝（公元618907年）初年，我國就已發(fā)明了黑火藥。 n宋朝（公元969年），馮繼升和岳義方兩人首先發(fā)明火箭武器。n從我國古代的火箭開始，到十九世紀(jì)歐洲的火箭應(yīng)用于戰(zhàn)爭，是固體火箭發(fā)展的第一個(gè)時(shí)期。所用的推進(jìn)劑是黑火藥，能量不夠高，技術(shù)也比較原始。 n近代固體

9、火箭的發(fā)展可以從本紀(jì)世三十年代硝化甘油無煙火藥的發(fā)明開始。 n當(dāng)時(shí)歐洲的蘇聯(lián)、德國等國都采用無煙的雙基推進(jìn)劑，研制和生產(chǎn)了大量的各種近程野戰(zhàn)火箭彈。著名的“喀秋莎”火箭就是這個(gè)時(shí)代蘇聯(lián)火箭的典型代表。n在德國，到第二次世界大戰(zhàn)前夕，已經(jīng)研制了幾種多級(jí)固體火箭作為遠(yuǎn)射程的武器，但還沒有來得及大量使用，法西斯德國就遭到了覆滅。n迄今，雙基推進(jìn)劑的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)仍然廣泛地用于各種近程武器和其它推進(jìn)系統(tǒng)上。 n四十年代末期復(fù)合推進(jìn)劑的出現(xiàn)，使固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展又開始了一個(gè)新的階段。復(fù)合推進(jìn)劑可以廣泛地選擇能量高而性能比較合面的氧化劑和燃料，以得到更高的比沖 。n而貼避澆鑄、內(nèi)孔燃燒的裝藥和強(qiáng)度高、重

10、量輕的殼體采用，使固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)向大尺寸、長時(shí)間工作方向發(fā)展，大大提高了固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，擴(kuò)大了它的應(yīng)用范圍。n到目前為止，固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)已廣泛應(yīng)用于各種近、遠(yuǎn)程導(dǎo)彈和航天飛行的任務(wù)，早在六十年代就已經(jīng)有了“全固體”的洲際導(dǎo)彈和發(fā)射人造衛(wèi)星的“全固體”的運(yùn)載火箭。而在各類戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈的推進(jìn)動(dòng)力方面，固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)占了絕對(duì)優(yōu)勢。 固發(fā)應(yīng)用范圍和發(fā)展現(xiàn)狀 一、作為主動(dòng)力裝置，固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)廣泛地用于各種類型火箭導(dǎo)彈的推進(jìn)n在中、近程火箭、導(dǎo)彈中，包括各種無控火箭、反坦克導(dǎo)彈、以及地-地、地-空、空-空、空-艦、艦-空和艦-艦導(dǎo)彈，都采用一級(jí)或兩級(jí)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。對(duì)于需要兩級(jí)推力的導(dǎo)彈，可以采用

11、兩級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)：一是大推力、短時(shí)間的起飛發(fā)動(dòng)機(jī)；一是小推力、長時(shí)間的續(xù)航發(fā)動(dòng)機(jī)，也可以采用單室雙推力的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。 二、作為主動(dòng)力裝置，固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)在宇航中的應(yīng)用也不斷增加n早在六十年代就有“全固體”的發(fā)射人造衛(wèi)星的運(yùn)載火箭，例如“偵察兵”號(hào)的四級(jí)固體火箭就能將136公斤重的衛(wèi)星送入近地點(diǎn)為556公里的軌道。n固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)可以達(dá)到很高的質(zhì)量比，有利于減輕重量，常用來作為空間任務(wù)的末級(jí)軌道發(fā)動(dòng)機(jī)或衛(wèi)星運(yùn)載的遠(yuǎn)地點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)。這類發(fā)動(dòng)機(jī)在高空工作，為了減輕重量，往往設(shè)計(jì)成球形或橢球形燃燒室 三、作為輔助的動(dòng)力裝置，固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)也廣泛地用于航空和宇航技術(shù)n常用短時(shí)間工作的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)使飛行器獲得

12、一定的速度增量來校正軌道或?qū)椀娘w行彈道。也可用來產(chǎn)生反推力，使飛行器減速著陸。n固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)可以用于多級(jí)火箭的級(jí)間的分離。n在飛機(jī)起飛中還采用固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)作為起飛助推器，可以縮短起飛滑跑距離或增加起飛重量。n沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)只有在一定的飛行速度下才能起動(dòng)工作。因此，經(jīng)常采用固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)作為起飛助推器，使其獲得必要的飛行速度，以便沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)能獨(dú)立工作。 四、固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)在經(jīng)濟(jì)建設(shè)和生產(chǎn)中的 應(yīng)用n首先應(yīng)用的是探空氣象火箭。用固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)射，在高空獲取氣象資料。n由固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)射的各種防雹火箭在我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上曾多次使用，對(duì)防止冰雹的形成，保護(hù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，取得了較好的效果。液體火箭發(fā)

13、展歷史n1903年俄國科學(xué)家齊奧爾科夫斯基提出使用液體推進(jìn)設(shè)想。n二戰(zhàn)后期，德國研制成第一枚使用液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的彈道導(dǎo)彈v-2.以液氧/酒精為推進(jìn)劑，采用泵壓式推進(jìn)劑供應(yīng)系統(tǒng)。n20世紀(jì)50到60年代，液體火箭推進(jìn)技術(shù)迅速發(fā)展，1957年蘇聯(lián)用大型運(yùn)載液體火箭發(fā)射了世界上第一顆人造衛(wèi)星。n70到80年代各國研制具有大推力、可重復(fù)使用的液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，以適應(yīng)航天活動(dòng)發(fā)展對(duì)大型運(yùn)載火箭和天地往返運(yùn)輸系統(tǒng)的推進(jìn)系統(tǒng)需求。n現(xiàn)研制重點(diǎn)是可重復(fù)使用、高性能、高可靠性、無污染、價(jià)格低廉的新型推進(jìn)系統(tǒng)。n液體發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域：運(yùn)載火箭、航天飛機(jī)、航天器、戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈和戰(zhàn)略導(dǎo)彈 n第二章 火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的主要性能參數(shù)第

14、一節(jié) 推力一、定義n火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力：發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)作用于發(fā)動(dòng)機(jī)全部表面（內(nèi)外表面）上的氣體壓力的合力。 -燃?xì)鈱?duì)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)表面的作用力 -外界大氣對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)外表面的作用力NWFFFNFWFn二、推導(dǎo)推力基本關(guān)系式0eNeemuFp A NeeeFmup ANWFFFwaeFp A eeaeFmuppA推力基本關(guān)系式動(dòng)量定理三、分析推力組成n 動(dòng)推力，大小取決于燃?xì)赓|(zhì)量流率和噴氣速度，是推力的主要組成部分。n 靜推力，是由于噴管出口處燃?xì)鈮簭?qiáng)與外界大氣壓強(qiáng)不一致產(chǎn)生的，與噴管工作狀態(tài) 有關(guān)，與工作高度有關(guān)。emueaeppAn特征推力n真空推力n等效噴氣速度eappTZeFmu0ap UeeeFmup

15、 AefFmueaefeeppuuAm第二節(jié) 噴氣速度熱力學(xué)與氣體動(dòng)力學(xué)基本關(guān)系式熱力學(xué)與氣體動(dòng)力學(xué)基本關(guān)系式 1）比熱比）比熱比n n對(duì)一定種類氣體，比熱比是定值對(duì)一定種類氣體，比熱比是定值/pvccpcvc比熱比比熱比 定壓比熱容定壓比熱容定容比熱容定容比熱容/J mol K/Jmol K n2) 等熵過程方程式等熵過程方程式 P2211()PP常數(shù)常數(shù)或或n3）滯止參數(shù)滯止參數(shù) 氣體從任意狀態(tài)經(jīng)可逆、絕熱過程將速度氣體從任意狀態(tài)經(jīng)可逆、絕熱過程將速度減小至零時(shí)狀態(tài)下的參數(shù)稱滯止參數(shù)減小至零時(shí)狀態(tài)下的參數(shù)稱滯止參數(shù)n滯止焓：滯止焓：n滯止溫度：滯止溫度：n滯止壓強(qiáng)：滯止壓強(qiáng)：202uhh2

16、02puTTc010()TPPT4）聲速、馬赫數(shù)和速度系數(shù)）聲速、馬赫數(shù)和速度系數(shù)nA、聲速、聲速nB、速度系數(shù)、速度系數(shù)dPcRTd*uc n n C、馬赫數(shù)、馬赫數(shù) 當(dāng)當(dāng) 時(shí)為臨界聲速時(shí)為臨界聲速 ，uMac1Ma *c*ccu*021ccn 5）用馬赫數(shù)表達(dá)的無量綱參數(shù)）用馬赫數(shù)表達(dá)的無量綱參數(shù)20120212012011121(1)21(1)21(1)2TM aTcM acM aPM aP n 6）用速度系數(shù)表達(dá)的無量綱參數(shù)）用速度系數(shù)表達(dá)的無量綱參數(shù)201220121021011( )11(1)( )11(1)( )11(1)( )1TTccPP n7）臨界參數(shù)）臨界參數(shù)n n 流動(dòng)

17、狀態(tài)下的氣流參數(shù)，流動(dòng)狀態(tài)下的氣流參數(shù)，1Ma *01*1*10212()12()1TTPP膨脹比膨脹比 與擴(kuò)張比與擴(kuò)張比11211ektkkeeccAAppkpkp12121kkkk ecppetAAn噴氣速度噴氣速度 ：eu1021 ()1eeccRPuTPn式中下標(biāo)式中下標(biāo)c表示燃燒室，表示燃燒室，e表示噴管出口表示噴管出口2222ceceuuhh12()2(1)21 ()kkeepcepcpceccTuc TTc Tc TppT01pRkckn噴氣速度噴氣速度 ：eu1021 ()1eeccRPuTPn 分析：分析：n（1）增大增大排氣速度，可用燃?xì)馀艢馑俣龋捎萌細(xì)夥肿恿啃》肿恿啃〉?/p>

18、高能的高能 推進(jìn)劑。推進(jìn)劑。n（2）增大增大排氣速度，可排氣速度，可減小減小 和和n（3）提高）提高 ，會(huì)帶來熱防護(hù)問題。，會(huì)帶來熱防護(hù)問題。n（4）減?。p小 ，噴管結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)受限，噴管結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)受限ecP PecP PcT1021 ()1eeccRPuTP（1）1021 ()1eeccRPuTPn當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)，0eP 21LcuRTLu極限排氣速度極限排氣速度（1）0.511 ()eeLLcPuuuP11()ecPP 定壓發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)的理想循環(huán)效率定壓發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)的理想循環(huán)效率第三節(jié) 流率、流率系數(shù) 和特征速度11121kktttctcmu ApkAkRT12121kkkk ctD

19、ctcmpAC p ART流率n流率系數(shù)n流率系數(shù)反映燃燒產(chǎn)物的熱力學(xué)性質(zhì)，主要由推進(jìn)劑成分決定。DcCRTn特征速度n特征速度是 推進(jìn)劑的性能參數(shù)，取決于燃燒產(chǎn)物的熱力學(xué)性質(zhì)。雙基推進(jìn)劑一般1400m/s，復(fù)合推進(jìn)劑1500-1800m/s*1cDRTCC第四節(jié) 推力系數(shù)eeaeFmuppA1211kkeeeactctccpAppkFp AkpApp1211kkeeeaFctccpAppkCkpApp ctFFp AC推力系數(shù)推力系數(shù)：表征噴管性能的參數(shù)，推力系數(shù)越大說明燃?xì)庠趪姽苤羞M(jìn)行膨脹過程越完善。影響推力系數(shù)的因素：擴(kuò)張比、工作高度n討論推力系數(shù)與噴管擴(kuò)張比的關(guān)系n討論推力系數(shù)與工作高

20、度的關(guān)系n特征推力系數(shù) 當(dāng) 時(shí)，特征推力系數(shù)為：10211kkeFcpkCkp eapp0eeaFFtccAppCCApp例題：計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)在地面試車時(shí)的噴管推力系數(shù)，已知：n噴管喉部直徑：40毫米n噴管出口直徑：80毫米n地面大氣壓強(qiáng)：n比熱比：1.2651.013 10 Pa最大推力和最大推力系數(shù)n問題1：給定燃燒室壓強(qiáng)和噴管喉部截面積并規(guī)定發(fā)動(dòng)機(jī)工作高度后，選擇多大的噴管面積比，才能獲得最大的推力？結(jié)論：n當(dāng) 時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)噴管產(chǎn)生的推力最大。n當(dāng)燃燒室壓強(qiáng)和噴管喉部截面積一定時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)推力與推力系數(shù)成正比，所以，只有完全膨脹噴管的推力最大，推力系數(shù)也最大。eappn在給定壓強(qiáng)比 情況下，推力

21、系數(shù)隨擴(kuò)張比的變化曲線可見，推力系數(shù)存在最大值，在最大推力系數(shù)附近，變化比較平緩。從減小噴管尺寸和重量的角度來說，可以選擇比完全膨脹噴管的擴(kuò)張比稍小的值。cappn問題2：當(dāng)燃燒室壓強(qiáng)、噴管喉部截面積和噴管出口截面積都保持不變時(shí)，推力隨發(fā)動(dòng)機(jī)工作高度變化的特性？n隨著選定的設(shè)計(jì)高度增加，發(fā)動(dòng)機(jī)在相應(yīng)設(shè)計(jì)高度上的推力也增加。n同一發(fā)動(dòng)機(jī)，如何達(dá)到在不同高度上，推力都達(dá)到最大值？第五節(jié) 總沖和比沖一、工作時(shí)間 和燃燒時(shí)間n發(fā)動(dòng)機(jī)工作的全部時(shí)間包括：從點(diǎn)火啟動(dòng)、產(chǎn)生推力開始，到發(fā)動(dòng)機(jī)排氣過程結(jié)束、推力下降為零為止。n發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)間定義：以發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火后推力上升到10%最大推力或其它規(guī)定推力的一點(diǎn)為起點(diǎn)

22、，以發(fā)動(dòng)機(jī)熄火后推力下降到10%最大推力或其它規(guī)定推力的一點(diǎn)為終點(diǎn)，這兩點(diǎn)間的間隔時(shí)間作為工作時(shí)間。atbtn固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒時(shí)間：從點(diǎn)火啟動(dòng)、裝藥開始燃燒到裝藥燃燒層厚度燒完為止的時(shí)間，不包括拖尾段（燃燒結(jié)束后的推力下降過程）。二、總沖n發(fā)動(dòng)機(jī)總沖：推力對(duì)時(shí)間的積分n單位： 發(fā)動(dòng)機(jī)總沖越大，火箭射程越遠(yuǎn)或發(fā)射載荷越重0atIFdtN S -推進(jìn)劑裝藥質(zhì)量0atefImu dt0atpmdtMpefIM upM 三、比沖n比沖：發(fā)動(dòng)機(jī)在穩(wěn)定工作狀態(tài)下，燃燒一千克質(zhì)量推進(jìn)劑所產(chǎn)生的沖量。n比沖： 單位：m/s00aatstpFdtIIMmdt 比推力：每秒鐘消耗一千克質(zhì)量推進(jìn)劑所產(chǎn)生的推力n真

23、空比沖、特征比沖n固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)比沖約為2000-3000m/s液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)比沖約為2500-4600m/sssFIFmsF四、主要參數(shù)間關(guān)系1、 影響等效排氣速度的因素都影響比沖。比沖的高低取決于燃燒溫度、燃?xì)馄骄肿恿俊⒈葻岜?、膨脹比?0aatstpFdtIIMmdtpefIM usefI un2、 比沖主要取決于推進(jìn)劑本身能量的高低，與發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程的完善程度有關(guān)。*ctctDctcp Amp AC p ACRTctFFp AC*sFFIC Cm第六節(jié) 火箭發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù) 對(duì)火箭飛行性能的影響一、火箭飛行最大速度n計(jì)算火箭在大氣層以外和重力場以外條件下飛行加速所能得到的最大速度 n 有效

24、載荷制導(dǎo)、遙測與控制設(shè)備推進(jìn)劑質(zhì)量貯箱、結(jié)構(gòu)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)飛行器質(zhì)量分布飛行器質(zhì)量分布土星五號(hào)土星五號(hào)n M整個(gè)火箭飛行器質(zhì)量n 推進(jìn)劑消耗率等于 火箭質(zhì)量減小速率dvFMdtsFmIdMmdt sdvdMMIdtdt sdMdvIM n -齊奧爾科夫斯基公式n 起飛時(shí)整個(gè)火箭質(zhì)量n 全部推進(jìn)劑質(zhì)量max000pvMMsMdMdvIM 0max0lnspMVIMM 0MpM討論火箭最大速度影響因素n發(fā)動(dòng)機(jī)比沖越大，最大速度越大n發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量數(shù)越大，最大速度越大n推進(jìn)劑密度增大時(shí)，相對(duì)減小結(jié)構(gòu)尺寸和重量。盡可能提高推進(jìn)劑裝填密度，減小結(jié)構(gòu)重量。n是美國專為阿波羅登月和天空實(shí)驗(yàn)室研制的液體燃料運(yùn)載火箭，

25、可稱得上是運(yùn)載巨無霸。它是土星火箭中最大的一位成員，更是迄今使用過的最大、最重、推力最強(qiáng)的運(yùn)載火箭。n說它是巨無霸，從它的一些數(shù)據(jù)就能看出?；鸺?11米，直徑10米，質(zhì)量3038.5噸，在使用三級(jí)時(shí)，可以將118噸有效載荷送入近地軌道，47噸有效載荷送入月球軌道，發(fā)射天空實(shí)驗(yàn)室時(shí)是二級(jí)，有效載荷質(zhì)量為75噸。n美國德爾它系列運(yùn)載美國德爾它系列運(yùn)載火箭系列火箭系列n1960年5月13日首次發(fā)射，迄今為止已發(fā)展了19種型號(hào)，目前正在使用的是德爾它-2和德爾它-3兩種型號(hào)。美國空軍的全部GPS衛(wèi)星都是由德爾它-2發(fā)射的。其中的重型德爾它-4的地球同步轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力在13t以上。 n天頂號(hào)系列運(yùn)載火箭天頂號(hào)系列運(yùn)載火箭n是前蘇聯(lián)(后為烏克蘭)研制的運(yùn)載火箭，分為兩級(jí)的天頂-2、三級(jí)的天頂-3和用于海上發(fā)射的天頂-3SL。天頂-2的低地軌道運(yùn)載能力約為14t，太陽同步軌道運(yùn)載能力約為11t?？稍诤Ｉ习l(fā)射的天頂-3SL是美國