空间飞行器设计-第6讲

《空间飞行器设计-第6讲》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第六讲火箭发动机16.1火箭发动机的作用、特点及分类火箭推进系统（火箭发动机）是一种喷气推进装置，靠喷射推进剂产生推力。特点：工作不依靠空气，是大气层外飞行和宇宙航行的主要动力装置。分类（按推进剂）：液体推进剂火箭发动机、固体推进剂火箭发动机、混合推进剂火箭发动机。21液体火箭发动机X-15高超音速试验机使用液体火箭发动机创造大气层内飞机飞行速度纪录M5.135。31液体火箭发动机图6.1液体推进剂火箭发动机液体推进剂在压力作用下由贮箱输送到推力室，经反应得到热燃气，该热燃气经加速从Laval喷管高速喷射而出，并将冲

2、量施加于飞行器系统。42.固体推进剂火箭发动机图6.2固体推进剂火箭发动机固体推进剂（药柱）在燃烧室或发动机壳体内燃烧。通常在药柱的暴露表面上按预定的速率缓慢平稳地燃烧。53.混合推进剂火箭发动机既使用液体推进剂，又使用固体推进剂。如将液体氧化剂喷射到含碳固体药柱的燃烧室内，经化学反应得到热燃气。66.2火箭发动机的主要性能参数推力、喷气速度、推力系数、总冲、比冲、推力质量比等。表征火箭发动机性能和工作质量的基本性能参数大致有:76.2.1推力推力——作用在发动机内外表面上的合力。由动量定理可以推出：式中，—动推力,

3、为推力主要部分；约90%—静推力，由此，可得几种工况的推力。81.设计推力状态：pe＝pa2.海平面推力3.真空推力9图6.4推力随高度的变化曲线106.2.2喷气速度—燃气产物的平均摩尔质量；R0—通用气体常数,8.3144J/kmol.K；pe—喷管出口处的燃气压力；pc—燃烧室出口处的燃气压力；K—燃气的比热比。由此可见：ue与推进剂性能有关，也与喷管的膨胀比有关。116.2.3质量流率下角t表示喷管临界截面。6.2.4推力系数—推力系数，它表征喷管的特性。126.2.5总冲与比冲如果推力恒定：It=Pt总冲

4、反映了发动机的综合能力大小。火箭发动机总冲是发动机工作过程中推力对时间的积累效应。13比冲——燃烧1kg质量推进剂所产生的总冲：mp——推进剂总有效质量；Is—平均比冲。对液体火箭发动机，比冲为每秒消耗1kg质量的推进剂所产生的推力大小：比冲是火箭发动机的一个重要性能参数。146.2.6密度比冲和推进剂的混合比总冲——整个燃烧时间t内推力(可能随时间的变化）的积分：密度比冲定义为单位体积推进剂流量所产生推力：T——推进剂密度。推进剂的混合比定义为氧化剂流量与燃烧剂流量之比：15推进装置的能源与推进剂推进装置能源推进

5、剂/工质化学能核能太阳能涡轮喷气发动机D/PTFD燃料+空气涡轮冲压~TFD燃料+空气冲压~（烃燃料）D/PTFD燃料+空气冲压~（氢冷却）TFD氢+空气火箭发动机（化学）D/PTFD自带推进剂通管火箭~TFD固体燃料+周围空气电火箭~D/PTFDD/P推进剂核裂变火箭~TFD氢核聚变火箭~TFND氢太阳能加热火箭~TFD氢光子火箭~（biglightbulb）TFD喷射光子太阳帆TFD反射光子16典型化学火箭发动机与两种通管推进系统性能比较性能火箭发动机涡轮喷气~冲压~推重比75:15:1（加力）7：1（10km

6、,Ma=3）推进剂（燃料）比耗量Kg.hr-1.N-10.82~1.430.05~0.150.23~0.36单位迎风面积比推力N.m-22.4X105~1.2X1061.2X105(海平面，低马赫数)1.3X105(海平面，Ma=2)极限高度无，适用空间飞行14~17km20km,Ma=3;30km,Ma=5;45km,Ma=12典型比冲s2701600140017例题6-1设某型火箭特性如下：初始质量200kg；发动机工作结束后质量130kg有效载荷、非推进系统结构质量110kg发动机工作时间3.0s推进剂平均比冲

7、240s求：火箭的质量比；推进剂质量分数；推进剂流量；推力；推重比；加速度；等效排气速度；总冲。18解：飞行器质量比MR1：发动机系统质量比MR2（发动机系统空载质量与初始质量分别为：20kg,90kg.推进剂质量为200-130=70(kg),推进剂流量为：推进剂质量分数为：推力等效排气速度总冲196.3液体火箭发动机液体火箭发动机推进剂的组元平时存放在单独的储箱里，工作时，利用专门的推进剂输送系统分别将它们送进燃烧室。按液体火箭发动机推进剂的输送系统（增压装置）分为挤压式和泵压式。6.3.1液体火箭发动机的工作原

8、理20211.挤压式输送系统的液体火箭发动机借助高压气体的压强，将推进剂由贮箱经管路、活门、喷注器送入燃烧室进行燃烧。高压气体应采用惰性气体：氮气、氦气，或空气等。挤压式输送系统的贮箱工作压力为1.3~9MPa，高压气瓶压力达6.9~69MPa。系统结构简单，易实现多次起动。适用于小推力或工作时间较短的发动机，通常有多个推力室。如运载火箭上面级