火箭發(fā)動機課件-

1、教學(xué)內(nèi)容第第1章章 噴氣發(fā)動機概述噴氣發(fā)動機概述第第2章章 火箭發(fā)動機的主要參數(shù)火箭發(fā)動機的主要參數(shù)第第3章章 化學(xué)火箭發(fā)動機工作過程的基本關(guān)系式化學(xué)火箭發(fā)動機工作過程的基本關(guān)系式第第4章章 液體火箭推進劑及燃燒液體火箭推進劑及燃燒第第5章章 液體火箭發(fā)動機氣液系統(tǒng)液體火箭發(fā)動機氣液系統(tǒng)第第6章章 液體火箭發(fā)動機的基本組件液體火箭發(fā)動機的基本組件第第7章章 固體推進劑及燃燒固體推進劑及燃燒第第8章章 固體火箭發(fā)動機裝藥及內(nèi)彈道計算固體火箭發(fā)動機裝藥及內(nèi)彈道計算第第9章章 固體火箭發(fā)動機的基本組件固體火箭發(fā)動機的基本組件第第10章章 沖壓發(fā)動機沖壓發(fā)動機教材及參考書教材： 關(guān)英姿主編.火箭發(fā)動機

2、教程.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2005,12參考書：1. G.P.薩頓 (美國).火箭發(fā)動機基礎(chǔ).科學(xué)出版社，2003,12. 王春利.航空航天推進系統(tǒng).北京理工大學(xué)出版社，20043.楊月誠.火箭發(fā)動機理論基礎(chǔ).西北工業(yè)大學(xué)出版社，2010噴氣發(fā)動機：采用噴氣反作用原理工作的發(fā)動機。 噴氣發(fā)動機噴氣發(fā)動機可分為： 空氣噴氣發(fā)動機空氣噴氣發(fā)動機：噴射的工質(zhì)是利用大氣層中的空氣與發(fā)動機所攜帶的燃料燃燒產(chǎn)生的，因此，其只能在大氣層中工作。 火箭發(fā)動機火箭發(fā)動機：噴射的工質(zhì)是利用自身攜帶的氧化劑和燃料燃燒產(chǎn)生的，因此，既能在大氣層中工作又能在大氣層外工作。 組合發(fā)動機組合發(fā)動機:指兩種或兩種以上不同類

3、型發(fā)動機的組合。 第第 1 章章 噴氣發(fā)動機概述噴氣發(fā)動機概述 火箭發(fā)動機火箭發(fā)動機噴氣發(fā)動機噴氣發(fā)動機空氣噴氣發(fā)動機空氣噴氣發(fā)動機組合發(fā)動機組合發(fā)動機渦輪噴氣發(fā)動機渦輪噴氣發(fā)動機渦輪風(fēng)扇發(fā)動機渦輪風(fēng)扇發(fā)動機沖壓發(fā)動機沖壓發(fā)動機化學(xué)火箭發(fā)動機化學(xué)火箭發(fā)動機電火箭發(fā)動機電火箭發(fā)動機核火箭發(fā)動機核火箭發(fā)動機固體火箭沖壓發(fā)動機固體火箭沖壓發(fā)動機火箭基組合循環(huán)發(fā)動火箭基組合循環(huán)發(fā)動機機渦輪基組合循環(huán)合動機渦輪基組合循環(huán)合動機(SDR)(RBCC) (TBCC)Go on動力裝置的比沖與飛行馬赫數(shù)的關(guān)系Go on1.1 化學(xué)火箭發(fā)動機化學(xué)火箭發(fā)動機化學(xué)推進劑燃燒室中燃燒反應(yīng)高溫燃氣噴管中膨脹加速反作用射

4、流推力 工作原理工作原理 分類化學(xué)化學(xué)火箭發(fā)動機火箭發(fā)動機液體推進劑液體推進劑火箭發(fā)動機火箭發(fā)動機固體推進劑固體推進劑火箭發(fā)動機火箭發(fā)動機混合推進劑混合推進劑火箭發(fā)動機火箭發(fā)動機Go on1.1.1 液體火箭發(fā)動機液體火箭發(fā)動機液體火箭發(fā)動機推力室推力室推進劑供應(yīng)系統(tǒng)推進劑供應(yīng)系統(tǒng)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)1燃燒擠貯箱； 2氧化劑貯箱；3增壓閥門； 4渦輪；5齒輪箱； 6氧化劑泵；7燃燒劑泵； 8主閥門；9推力室； 10燃氣發(fā)生器；11蒸發(fā)器； 12火藥啟動器圖1.2 液體火箭發(fā)動機示意圖o 組成o 分類 1）按推進劑組元數(shù)目分為：單組元、雙組元、三組元液體火箭發(fā)動機 2）按推進劑類型分為：可貯存推進劑

5、、自燃和非自燃推進劑、低溫推 進劑液體火箭發(fā)動機 3）按完成任務(wù)形式分為：主級、助推級、上面級和空間用液體火箭發(fā)動機； 4）按推力大小分為：大推力、小推力液體火箭發(fā)動機 5）按發(fā)動機的功能分為：主推進、輔助推進液體火箭發(fā)動機中國運載火箭推進系統(tǒng)使用的主要液體發(fā)動機發(fā)動機名稱推力/kN推進劑應(yīng)用YF20/YF20B696.5/731.5N2O4/偏二甲肼YF21/ YF21BN2O4/偏二甲肼CZ-2、CZ3、CZ4火箭第一級發(fā)動機YF2275噸(真空)N2O4/偏二甲肼CZ-2、CZ3、CZ4 第二級 主發(fā)動機YF234.8噸(真空)N2O4/偏二甲肼CZ-2、 CZ-3、 CZ 4A第二 級

6、游機YF2479.8噸(真空)N2O4/偏二甲肼CZ-2 、CZ-3、4A火箭第二級發(fā)動機YF405噸(真空)N2O4/偏二甲肼CZ-4A，-4B第三級YF734.5噸(真空)液氧/液氫CZ-3火箭第三級發(fā)動機YF758噸(真空)液氧/液氫CZ-3A 、3B、3C第三級發(fā)動機YF7750噸(地面)液氧/液氫YF100120噸(地面)液氧/煤油以5米模塊(2個50噸YF-77)為芯級，以4個3.35米模塊(2個120噸YF-100)為助推器。 YF24液體火箭發(fā)動機50噸氫氧發(fā)動機 YF-77120噸液氧煤油發(fā)動機 YF-1001.1.2 1.1.2 固體火箭發(fā)動機固體火箭發(fā)動機Go ono組成

7、 包括燃燒室、固體推進劑裝藥、點火裝置、噴管四部分。 圖1.3 固體火箭發(fā)動機示意圖o特點 1.1.3 1.1.3 固液混合火箭發(fā)動機固液混合火箭發(fā)動機返回固液混合火箭發(fā)動機簡圖1高壓氣瓶； 2減壓器；3氧化劑貯箱； 4活門；5噴注器； 6固體燃燒劑；7燃燒室； 8噴管固液混合火箭發(fā)動機正混合：燃燒劑為固體，氧化劑為液體逆混合：燃燒劑為液體，氧化劑為固體1.2 核火箭發(fā)動機核火箭發(fā)動機返回圖1-9Go onT圖1-111.3 電火箭發(fā)動機電火箭發(fā)動機1.3.1 電熱型電火箭發(fā)動機電熱型電火箭發(fā)動機Go on圖1-121.3.2 靜電型電火箭發(fā)動機靜電型電火箭發(fā)動機Go on圖1-131.3.3

8、 電磁型電火箭發(fā)動機電磁型電火箭發(fā)動機返回圖1-141.4 組合發(fā)動機組合發(fā)動機1.4.1 固體火箭沖壓發(fā)動機固體火箭沖壓發(fā)動機(SDR)o SDR(Solid Ducted Rocket) 燃氣發(fā)生器助推器沖壓燃燒室進氣道整體式固體火箭沖壓發(fā)動機示意圖點火器尾噴管非整體式固體火箭發(fā)動機示意圖 SDR分為整體式固體火箭沖壓發(fā)動機整體式固體火箭沖壓發(fā)動機(ISPRIntegral Solid Propellant Ramrocket)和非整體式固體火箭沖壓發(fā)動機非整體式固體火箭沖壓發(fā)動機。 整體式：固體助推器和沖壓發(fā)動機共用一個燃燒室 非整體式：助推器自成一體，與沖壓發(fā)動機無關(guān)， 其可與固體火箭

9、沖壓發(fā)動機串聯(lián)或并聯(lián)， 也可裝于補燃室內(nèi)，工作完拋出。o 固體火箭沖壓發(fā)動機的特點固體火箭沖壓發(fā)動機的特點 (1) 與火箭發(fā)動機相比較，SDR具有較高的比沖， 約為：6001200s; (2) 與沖壓發(fā)動機相比較，結(jié)構(gòu)更簡單、工作可靠性 更高。o 固體火箭沖壓發(fā)動機的應(yīng)用固體火箭沖壓發(fā)動機的應(yīng)用 主要用于地空導(dǎo)彈、空空導(dǎo)彈， 如美國的地空導(dǎo)彈SAM-6（20世紀(jì)70年代）, 歐洲的Meteor（流星）超視距空空導(dǎo)彈(20世紀(jì)90年代)， 俄羅斯的R-77M （ 20世紀(jì)90年代）。1.4.2火箭基組合循環(huán)發(fā)動機火箭基組合循環(huán)發(fā)動機(RBCC)oRBCC(Rocket Based Combine

10、d Cycle) 定義：將傳統(tǒng)的火箭發(fā)動機火箭發(fā)動機和吸氣式發(fā)動機吸氣式發(fā)動機組合在一起,形成的具有多種工作模態(tài)多種工作模態(tài)的發(fā)動機，在不同的飛行階段啟用不同的飛行模式，以達到發(fā)動機的最佳性能。n火箭引射模態(tài)：Ma3n亞燃沖壓模態(tài)： 3Ma5n超燃沖壓模態(tài)：6Ma101.4.2火箭基組合循環(huán)發(fā)動機火箭基組合循環(huán)發(fā)動機(RBCC)一種典型的RBCC方案1.4.3渦輪基組合循環(huán)發(fā)動機（TBCC）o TBCC(Turbine Based Combined Cycle) 定義：將渦輪渦輪或渦扇發(fā)動機渦扇發(fā)動機和沖壓發(fā)動機沖壓發(fā)動機組合起來形成的具有多種工作模式多種工作模式的發(fā)動機。p渦輪或渦扇發(fā)動機模

11、式：起飛或加速段，Ma3p沖壓發(fā)動機模式： Ma3p按結(jié)構(gòu)布局分為：串聯(lián)式布局串聯(lián)式布局和并聯(lián)式布局并聯(lián)式布局串聯(lián)式布局的TBCC并聯(lián)式布局的TBCCo 特點利用空氣中的氧，能自主起飛和著陸，飛行軌跡靈活o 潛在用途n 軌道飛行器的第一級動力系統(tǒng)n 低成本高速飛行試驗平臺的動力系統(tǒng)n 高速偵察機的動力系統(tǒng)n 高速巡航導(dǎo)彈的動力系統(tǒng)1.4 1.4 組合發(fā)動機組合發(fā)動機p發(fā)動機之間優(yōu)勢互補，進一步提高性能 充分利用空氣中的氧氣，降低動力裝置 的質(zhì)量，提高有效載荷p單一類型的發(fā)動機無法滿足要求 空天飛機：飛行高度060km以上， 馬赫數(shù)10以上 單級入軌飛行器（SSTO)比沖與飛行馬赫數(shù)的關(guān)系o 產(chǎn)

12、生反作用力的條件 1.初始能源 2.工質(zhì) 3.實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的裝置推力器燃燒室噴管喉部t大氣壓強p3燃氣壓強pg1.1.推力產(chǎn)生的原因推力產(chǎn)生的原因第第2 2章章 火箭發(fā)動機的主要參數(shù)火箭發(fā)動機的主要參數(shù) 2.1 推力推力2. 推力的定義推力的定義推力室的推力推力室的推力：推力室工作期間，作用在推力室內(nèi)表面推力室工作期間，作用在推力室內(nèi)表面 上上燃氣壓力燃氣壓力和作用在推力室外表面上的和作用在推力室外表面上的 大氣壓力大氣壓力的合力的的合力的軸向分量軸向分量。3 3. 推力公式的推導(dǎo)推力公式的推導(dǎo)假設(shè)：(1) 推力室工作高度處的大氣壓強為常數(shù)；(2) 推力室內(nèi)的燃氣流動為理想氣體的一維定常（恒定

13、）流；(3) 推力室為一維軸對稱體。inexFFF(2.1)dFp dA np dAex3ingAAFp dAp dA(2.2)3332exexexAAFp dApdAp A (2.3)p3pgA2npdA222 21 1ingAp dAp Am vmv內(nèi)壁面作用于控制體上的壓力內(nèi)壁面作用于控制體上的壓力端面壓力端面壓力圖2 控制體受力圖x端面壓力22p A22232Fmvp Ap A g222ininAFp dAp Amv(2.4)2223+(-)FmvA p p （2.5）燃燒室噴管喉部t大氣壓強p3燃氣壓強pg 圖1推力室內(nèi)外表面受力圖1v2vu內(nèi)壁面作用于控制體上的力ingAp dA

14、4.4. 推力公式討論推力公式討論2223()FmvA pp其中， 為單位時間推進劑的質(zhì)量流量，kg/s; v2 為噴管出口截面處的排氣速度，m/s; A2 為噴管出口處的橫截面積； p2 為噴管出口處的燃氣的壓強； p3 為工作高度處的大氣的壓強。m (1) 推力由兩項組成，第一項為動量推力，第二項為壓力推力；(2)推力公式中有A2p2項，說明噴管中的燃氣膨脹到壓力為零 是不可能零。(3) 推力公式中存在-A2p3項，說明環(huán)境介質(zhì)的作用降低了 推力室的推力。推力比沖推力/kN，比沖/s發(fā)動機的高度特性發(fā)動機的高度特性:發(fā)動機的這種推力隨飛行高度變化而改變的性質(zhì)稱為發(fā)動機的高度特性。幾種常用的

15、推力室的推力幾種常用的推力室的推力l 設(shè)計狀態(tài)推力FD此時， ，有l(wèi) 海平面推力此時， Pa，有l(wèi) 真空推力此時， ，即發(fā)動機在真空狀態(tài)下工作，有23pp2DFmv 0F30101325pp02202()FmvppAVF30p 222VFmvp A5.發(fā)動機的推力11nkengijijFFF式中 n和k分別是發(fā)動機的推力室 和渦輪廢氣排出管的個數(shù)； 為第i個推力室提供的推力； 為第j個廢氣排出管提供的推力。iFjF 泵壓式液體火箭發(fā)動機示意圖發(fā)動機代號國別類型推進劑推力推力類型用途F-1美國液體發(fā)動機液氧/煤油6770kN(地面）大推力5臺組成土星5號一級發(fā)動機SSME美國液體發(fā)動機液氧/液氫

16、2090kN(真空）大推力3臺組成航天飛機的主發(fā)動機YF-73中國液體發(fā)動機液氧/液氫44.44kN(真空）中推力CZ-3火箭第3級發(fā)動機FY-81中國液體發(fā)動機肼9.8N,39.2N,58.8N小推力CZ-3運載火箭第3級姿態(tài)控制發(fā)動機航天飛機SRB美國固體發(fā)動機PBAN11530kN巨型推力航天飛機固體助推器FG-02中國固體發(fā)動機PS11.80kN中推力CZ-1運載火箭第3級發(fā)動機國內(nèi)外典型化學(xué)火箭發(fā)動機的推力F1發(fā)動機例題o 一枚火箭彈有下列特性： 初始質(zhì)量200kg，火箭工作結(jié)束后質(zhì)量130kg, 有效載荷和非推進結(jié)構(gòu)等110kg， 火箭發(fā)動機工作時間3s， 推進劑平均比沖240s。

17、 求：質(zhì)量比、推進劑質(zhì)量分數(shù)、推進劑流量、 推力、推重比、飛行器加速度、有效排氣 速度、總沖及沖重比。3.1 理想火箭發(fā)動機返回基本假設(shè):1)工質(zhì)是均相的,并且其組成在整個發(fā)動機內(nèi)保持不變;2)工質(zhì)是氣態(tài)的，任何凝聚（液相或固相）物質(zhì)的質(zhì)量均可以忽略；3)工質(zhì)遵循理想氣體定律;4)在穿過發(fā)動機壁方向無傳熱過程，因而是絕熱流；5)無明顯的摩擦，忽略所有的邊界層效應(yīng)；6)噴管流動無激波或不連續(xù)性;7)推進劑流動是定常的;8)發(fā)動機噴管排出的全部燃氣只具有軸線方向的速度;9)在垂直于發(fā)動機軸線的任意截面上的燃氣的速度、壓力、溫度和密度都是均勻的；10)燃燒室內(nèi)的燃氣處于化學(xué)平衡狀態(tài)，且在噴管內(nèi)不發(fā)生

18、化學(xué)平衡的轉(zhuǎn)移；3.2 熱力學(xué)基本方程Go on（1）一維定常等熵流動的基本方程 能量方程（對于絕熱流動）質(zhì)量方程（穩(wěn)態(tài)流動，無質(zhì)量加入）狀態(tài)方程等熵方程)()(2122yxpxyyxTTCvvhhyyyxxxyxVvAVvAmm/ xxxRTVp常數(shù)常數(shù)kyykxxkVpVppV常數(shù)2/2vh常數(shù)VAvm Go on（2）常用的基本參數(shù)比熱容理想氣體的等壓比熱cp、等容比熱cv為常數(shù)。且有（3-4）（3-5）音速 馬赫數(shù) vpcck/Rccvp) 1( kkRcpkRTpas)/(kRTvavM/返回滯止?fàn)顟B(tài)滯止?fàn)顟B(tài)：流體從任意狀態(tài)經(jīng)可逆絕熱過程將速度減小到 零的狀態(tài)。滯止焓h0（總焓）滯止

19、溫度T0(總溫）滯止壓力p0(總壓）常數(shù)220vhh常數(shù)pcvTT220kkMkpp/ )1(20) 1(2/11 3.3 滯止參數(shù)返回3.4 噴管的基本關(guān)系式3.4.1 噴管出口的排氣速度p 排氣速度公式推導(dǎo)p 排氣速度的影響因素3.4.2 流量公式與臨界參數(shù)p 流量公式p 臨界參數(shù))1/()1(222/ ) 1(12/ ) 1(1kkxyyxxyMkMkMMAA2=tAA3.4.3 噴管的面積比燃燒室噴管喉部txyyxp 噴管的擴張比（膨脹面積比）p 面積比與馬赫數(shù)的關(guān)系p 超音速噴管的面積比公式1(1)/1/(1)1111121kkkktxxxAppkkApkp返回3.5 推力系數(shù)132

20、221112( )1()1kkFtppApkCkkpApp )/(1pAFCtFp 推力系數(shù)CF的定義推力除以燃燒室壓力和推力除以燃燒室壓力和喉部面積的乘積。喉部面積的乘積。p 推力系數(shù)的理論計算式p 理論的極限推力系數(shù)當(dāng)p1/p3=p1/p2=時，有：)1/()1(2max,1212kkFkkkCp 最佳推力系數(shù) 對于任一給定的壓力比p1/p3，當(dāng)p2=p3時，推力系數(shù)達到最大值。2232(1)/(1)/(1)2212321()221()11tttkkkktAv vFpp AVpkA ppp Akkp推力系數(shù)曲線1p1/p2最佳推力系數(shù)與壓力比、面積比和比熱比的關(guān)系圖推力系數(shù)曲線2推力系數(shù)C

21、F與面積比的關(guān)系圖（k=1.2）推力系數(shù)曲線3推力系數(shù)CF與面積比的關(guān)系圖（k=1.2）3.6 特征速度)32. 3()1/(2/)1/()1(101*kkFFstkkkRTCCCgImApCp定義特征速度C*定義為燃燒室壓強p1和喉部面積At的乘積與質(zhì)量流量之比。)31. 3(1*mApCtp理論計算式p物理意義代表推進劑組合的優(yōu)越性及燃燒室設(shè)計品質(zhì)的一個參數(shù)。3.7 非設(shè)計狀態(tài)下的噴管 噴管工作狀態(tài)設(shè)計狀態(tài)：非設(shè)計狀態(tài)p2=p3欠膨脹狀態(tài)：過膨脹狀態(tài)：p2p3p2p31.當(dāng)p3p2時，噴管將處于滿流狀態(tài)。2. 當(dāng)p2 4 加速燃燒室： 1 rv時仍為液體，時仍為液體， 當(dāng)當(dāng)r rv時為介質(zhì)

22、的氣體，時為介質(zhì)的氣體， rv為氣渦半徑。為氣渦半徑。結(jié)論結(jié)論1 1：切向速度隨旋轉(zhuǎn)半徑的：切向速度隨旋轉(zhuǎn)半徑的 減小而不斷增加減小而不斷增加Rvinrdrvto 離心式噴嘴理論及計算 （2）旋渦室中液體微元的軸向速度dmdr2tvdrdpr將式（6.15）對r微分得：ttdvdrrv ttdpv dv 對上式積分得：2const2tvpconstav 于是可得：Rvinrdrvt結(jié)論：軸向速度與半徑無關(guān)。結(jié)論：軸向速度與半徑無關(guān)。（3）流量系數(shù)公式 由連續(xù)方程得：2222/(6.19)deinineaQCrpr vr v其中 為出口面積充實系數(shù)222221evveerrrrr 22/inae

23、invvrr,tinvRvvr又因為22etainvrRvvrr于是有21etainRrvvr所以 2/,1eintaARrrvv A令有將上式代入（6.17）式得：2212/(6.20)11avPA/2/daCvP2211/(6.21)1dAC由式（6.19）得 將式（6.20）代入上式得結(jié)論：流量系數(shù)結(jié)論：流量系數(shù)Cd取決于幾何取決于幾何特性特性A A和出口截面充實系數(shù)和出口截面充實系數(shù)3(1)/2(6.22)A將式（6.21）兩邊微分，并令/0ddCd3(6.23)2dC6.2.1 渦輪Go on6.2 渦輪泵Diagram of the turbine and the variatio

24、n of the gas parameters along the turbine1渦輪噴嘴 ;2渦輪盤; 3渦輪葉片；4渦輪軸；5渦輪殼體45Go on渦輪有兩類：沖擊渦輪和反作用渦輪。沖擊渦輪沖擊渦輪：工質(zhì)的焓在渦輪噴管里轉(zhuǎn)變成動能，在動葉片 中工質(zhì)僅改變速度方向，沒有焓降。反作用渦輪反作用渦輪：工質(zhì)在渦輪噴管和動葉片中均有焓降。渦輪產(chǎn)生的功率(1)/1211 (/)TTTkkTTPPmhm C Tpp6.2.2 泵Go onDiagram of a centrifugal pump1葉輪;2葉片;3蝸殼;4擴壓器p 泵的氣蝕返回(1)泵所需要的凈正吸入壓頭(HS) R4/3()(21.2

25、/ )sRHn QS()sRHH (6.35) (6.36)(2)有效的凈正吸入壓頭(HS) A(Hs)A =H貯箱 + H高度 H摩擦 - H蒸氣 (6.37)AsRsHH)()(泵不發(fā)生汽蝕的條件：避免氣蝕的方法： 1）給貯箱增壓 2）泵前加誘導(dǎo)泵圖6-6 泵吸入壓頭的定義H貯箱貯箱高度壓頭高度壓頭 H高度高度流量為零時泵進口的絕對靜壓頭流量為零時流量為零時泵進口的絕泵進口的絕對靜壓頭對靜壓頭7.2 推進劑的特性o 燃速r的定義 燃燒過程中裝藥燃燒表面沿其法線 方向向推進劑內(nèi)部連續(xù)推進的速度。o 燃速的測量7.2.2 燃燒特性燃燒表面dederdt點火系統(tǒng)計時裝置通風(fēng)氣體藥柱底座藥柱試樣限

26、燃劑排氣口L圖7.1燃速測量裝置示意圖o 燃速的經(jīng)驗公式（1）指數(shù)燃速公式（2）線性燃速公式 （3）薩默菲爾德燃速公式 1nrap111rab p1/3111ABrppa燃速系數(shù)；n燃速的壓力指數(shù)。o 影響燃速的因素（1）推進劑的化學(xué)成分和物理結(jié)構(gòu)對燃速的影響n 添加燃速催化劑，或增大催化劑的百分數(shù)；n 減少氧化劑顆粒尺寸；n 增加氧化劑含量百分數(shù)；n 增加粘結(jié)劑的燃燒熱。n 在推進劑中加入金屬絲的方法來提高燃速。（2）發(fā)動機的工作條件對燃速的影響n燃燒室的壓力n裝藥的初溫燃速的溫度敏感系數(shù)壓力的溫度敏感系數(shù)pppTrrTr)(1)ln(pKKKKTppTp)(1)ln(1ln()1nppap

27、aTaT圖7.2裝藥初溫對發(fā)動機壓力、推力和工作時間的影響 p平行于燃燒表面的氣流速度 侵蝕燃燒p各種加速度作用7.4 固體推進劑的穩(wěn)態(tài)燃燒7.4.1雙基推進劑的燃燒機理1）固相預(yù)熱區(qū)2）表面層反應(yīng)區(qū) 燃面處非常薄的表層(1-3m)，放熱量占總?cè)紵裏岬?0%左右。 3）嘶嘶區(qū) 在燃面附近反應(yīng)十分劇烈，甚至嘶嘶發(fā)聲，放熱量占總放熱量的40%左右。 4）暗區(qū)積聚能量的準(zhǔn)備階段。反應(yīng)速度較慢，溫度僅為11001500，還達不到發(fā)光的程度。 5)發(fā)光火焰區(qū)圖7.5雙基推進劑燃燒過程示意圖第8章 固體火箭發(fā)動機裝藥及內(nèi)彈道計算8.1 藥型的分類及基本術(shù)語o 分類（1）按藥柱橫截面的幾何形狀管形裝藥星形裝

28、藥車輪形裝藥多孔形裝藥水母形裝藥狗骨形裝藥（2）按燃燒表面隨時間的變化規(guī)律p 增面燃燒藥柱p 減面燃燒藥柱p 中性燃燒藥柱p圖8.2按壓力-時間曲線特征區(qū)分的裝藥類型o 基本術(shù)語n絕熱層 ：在固體火箭發(fā)動機內(nèi)壁和噴管的某些部位粘貼的具 有一定厚度的耐燒蝕、隔熱材料，它作為燃燒室的 內(nèi)襯，保護殼體不受燒蝕。n包覆層：將藥柱不參與燃燒的表面用阻燃材料覆蓋 的一層。n藥柱長徑比：指藥柱長度L與藥柱直徑D之比。n肉厚：藥柱的最小厚度，從最初燃燒表面到絕緣殼體壁或到另 一個燃燒表面交界面的距離。它是決定燃燒時間的藥柱 厚度,用b表示，0btbrdt0/()(8.2)fpctspcVVVIIV g0/(8

29、.3)ffAA12/(8.1)fWeDp肉厚系數(shù)：對于殼體粘結(jié)的內(nèi)燃藥柱，肉厚系數(shù)Wf 是肉厚e1與藥柱 外半徑之比：p容積裝填系數(shù)：推進劑容積Vp對可供推進劑、絕熱層和保護層利用 的燃燒室容積Vc之比(不考慮噴管)：fp余藥：所謂余藥是指肉厚燒完時，未燃燒的殘余推進劑。p余藥系數(shù)0AfA是指余藥截面積與藥柱初始截面積之比：p式中Vf為容積裝填系數(shù)；It為總沖；Is為比沖；為推進劑的密度。8.3 常用的幾種裝藥的特點o 端面燃燒裝藥圖8.3 端面燃燒裝藥推進劑藥柱粘接絕熱層燃燒室殼體LD 幾何尺寸一般以藥柱外徑D、長度L來表征。n形狀簡單、制造容易；n肉厚等于藥柱的長度L，容積裝填系數(shù)很高，n

30、容易保證恒面燃燒、強度高；n不存在侵蝕效應(yīng)；n工作時間由藥柱的長度決定，可達幾百秒。n發(fā)動機殼體需要較厚的絕熱層，增加了消極質(zhì)量；n工作過程中發(fā)動機重心移動較大；n推力較?。稽c火較困難等。o 側(cè)燃裝藥 包括：管形藥柱、星形藥柱、車輪形藥柱、管槽形藥柱（1）管形藥柱dDL圖8.4 管形藥柱p主要幾何參數(shù)有：藥柱外直徑D、 內(nèi)孔直徑d和藥柱長度Lp幾何形狀簡單、制造工藝成熟p需采取絕熱措施，增加了發(fā)動機 的消極重量。p燃燒結(jié)束時有碎藥噴出，還可能 導(dǎo)致燃燒結(jié)束時產(chǎn)生壓力峰。（2）星形藥柱/2e1rlD/2/n/no1 圖8.5 星形藥柱p以藥柱外徑D、肉厚e1、星角數(shù)n、星邊夾角、過渡圓弧半徑r、

31、星角系數(shù)、特征尺寸l、藥柱長度L來表征的。p能提供恒面性燃燒，又可以獲得減面或增面燃燒；p可以壓制也可以澆鑄成型，p貼壁澆鑄時，室壁不與燃氣接觸而免于受熱， 發(fā)動機工作時間可以長些。p有余藥，使裝藥利用率降低，同時也使發(fā)動機 壓力、推力曲線有較長的拖尾現(xiàn)象；p藥型復(fù)雜，藥模制造困難，在星角處有應(yīng)力 集中現(xiàn)象，易產(chǎn)生裂紋，使藥柱強度降低。(3)車輪形藥柱p以藥柱外徑D、肉厚e1、特征尺寸l、輻條數(shù)n、 圓弧半徑r、輻條夾角、輻條長度h、幅角系數(shù)、 裝藥長度L來表征的。典型的肉厚系數(shù)為0.20.3。 p在外徑和長度相同的情況下，其燃燒面比星形藥柱大；p形狀更為復(fù)雜，又有很大懸臂質(zhì)量的輻條，在受到?jīng)_

32、擊和振動載荷時，藥柱可能出現(xiàn)強度問題。p由于肉厚薄，燃燒面大；p適用于推力大、工作時間短的助推器和點火發(fā)動機上。 （4）管槽形藥柱LDdl2be1主要幾何參數(shù)有：藥柱外徑D、藥柱內(nèi)徑d、藥柱圓柱端長度L、肉厚e1、開槽數(shù)目n、開槽長度l、開槽寬度b和相鄰槽間夾角2p無余藥，藥形簡單，有較高的容積裝填系數(shù)；p但為了防止槽中的燃氣與燃燒室內(nèi)壁接觸， 需采用隔熱措施，使發(fā)動機的消極重量增加。p適用于大肉厚（肉厚系數(shù)為0.50.9）、 高容積裝填系數(shù)的中小型固體發(fā)動機。8.4 單室雙推力藥柱o 單室雙推力藥柱的類型（1）采用高低兩種燃速的推進劑 （2）采用不同燃面的藥形 圖8.8 幾種單室雙推力藥柱示

33、意圖 (a)兩種燃速藥柱串裝；(b) 兩種燃速藥柱同心套裝； (c)兩種燃速端面燃燒藥柱 (d)、(e)利用不同燃面實現(xiàn)加速和續(xù)航； (f) 利用不同燃面實現(xiàn)加速續(xù)航加速8.5 零維內(nèi)彈道計算o 8.5.1零維內(nèi)彈道方程 基本假設(shè)：1. 燃燒室內(nèi)部的氣體參數(shù)，如壓強p1，燃燒溫度T1處處相等；2. 藥柱燃面上各點的燃速相等，且服從指數(shù)燃速公式；3. 燃氣服從氣體狀態(tài)方程；4. 燃燒產(chǎn)物的成分不變，與成分有關(guān)的物理量均為常數(shù)；5. 擴張段的燃氣已達到超音速。質(zhì)量守恒定律：藥柱單位時間燃燒生成的燃氣質(zhì)量等于質(zhì)量守恒定律：藥柱單位時間燃燒生成的燃氣質(zhì)量等于流經(jīng)噴管的質(zhì)量流量與燃燒室內(nèi)燃氣質(zhì)量增加率之和。流經(jīng)噴管的質(zhì)量流量與燃燒室內(nèi)燃氣質(zhì)量增加率之和。1 1()(8.4)pbdA rmVdt1111111( )(8.5)ntpbp AdVdA apkVdtdtRT1/(8.6)bdVdtA r其中，V1為燃燒室的自由容積，Ab為藥柱的燃燒面積，r為推進劑的燃速。自由容積的變化是由藥柱燃燒引起的，所以111/ RTp由氣體狀態(tài)方程，有：1111(8.7)ddpdtRT dt11111t11()( )(8