航天技術(shù)概論(二)_1

1、2.3.1 發(fā)動機(jī)的主要參數(shù)發(fā)動機(jī)的主要參數(shù)2.3 化學(xué)火箭發(fā)動機(jī)化學(xué)火箭發(fā)動機(jī)第二章第二章 動力裝置動力裝置2.3.1.1 推力推力 1）推力室的推力推力室的推力 推力室工作期間，作用在推力室工作期間，作用在推力室內(nèi)表面上的燃?xì)鈮毫屯屏κ覂?nèi)表面上的燃?xì)鈮毫臀词軘_動的周圍介質(zhì)作用在推未受擾動的周圍介質(zhì)作用在推力室外表面的壓力的合力的軸力室外表面的壓力的合力的軸向分量。向分量。燃?xì)鈮簭?qiáng)pg大氣壓強(qiáng)p3A2p2v2燃燒室噴管喉部t噴管出口第二章第二章 動力裝置動力裝置思考：思考： 1.1.化學(xué)火箭發(fā)動機(jī)的推力與飛行器的飛行速度有關(guān)嗎？化學(xué)火箭發(fā)動機(jī)的推力與飛行器的飛行速度有關(guān)嗎？2.2.隨著飛

2、行高度的增加，化學(xué)火箭發(fā)動機(jī)的推力如何變化？隨著飛行高度的增加，化學(xué)火箭發(fā)動機(jī)的推力如何變化？定常流動量方程：定常流動量方程：作用在控制體上的合外力等于單位時間內(nèi)作用在控制體上的合外力等于單位時間內(nèi) 流出控制體與流入控制體的流體的動量差。流出控制體與流入控制體的流體的動量差。內(nèi)壁面作用于控制體上的壓力端面壓力x1v2vp20ttIF d t（2.8）對于恒定推力，忽略啟動和關(guān)機(jī)過渡過程，上式可簡化為FtIt(2.9)2.3.1.2 總沖和比沖總沖和比沖總沖總沖I It t 為整個工作時間內(nèi)推力對時間的積分為整個工作時間內(nèi)推力對時間的積分，即比沖比沖Is 為單位質(zhì)量的推進(jìn)劑所產(chǎn)生的總沖為單位質(zhì)量

3、的推進(jìn)劑所產(chǎn)生的總沖。00/spttIIMF d tm d t(2.10)第二章第二章 動力裝置動力裝置2.3.2 液體火箭發(fā)動機(jī)液體火箭發(fā)動機(jī)2.3.2.1 2.3.2.1 發(fā)動機(jī)的組成、結(jié)構(gòu)及工作原理發(fā)動機(jī)的組成、結(jié)構(gòu)及工作原理 液體火箭發(fā)動機(jī)一般包括推力室、推進(jìn)劑的貯箱，強(qiáng)迫推進(jìn)劑進(jìn)入推力室的推進(jìn)輸送系統(tǒng)，推進(jìn)劑流量調(diào)節(jié)控制裝置和發(fā)動機(jī)架等。 第二章第二章 動力裝置動力裝置1.推力室 推力室是液體推進(jìn)劑進(jìn)行噴注、霧化、混合和燃燒，并使燃?xì)馀蛎浺愿咚賴姵霎a(chǎn)生推力的部件產(chǎn)生推力的部件。包括噴注器、燃燒室和噴管噴注器、燃燒室和噴管三部分。噴注器燃燒室噴管2.推進(jìn)劑輸送系統(tǒng) 將推進(jìn)劑從貯箱輸送到

4、推力室的系統(tǒng)稱為推進(jìn)劑輸送系統(tǒng)。目前液體火箭發(fā)動機(jī)的輸送系統(tǒng)有擠壓式和泵壓式擠壓式和泵壓式兩種。 （1）擠壓式輸送系統(tǒng)。其借助于高壓氣體的壓強(qiáng)，將推進(jìn)劑由貯箱擠借助于高壓氣體的壓強(qiáng)，將推進(jìn)劑由貯箱擠壓到推力室中。壓到推力室中。第二章第二章 動力裝置動力裝置 1燃燒劑貯箱； 2氧化劑貯箱；3增壓活門； 4渦輪；5齒輪箱； 6氧化劑泵；7燃燒劑泵； 8主活門；9推力室； 10燃?xì)獍l(fā)生器；11蒸發(fā)器； 12火藥啟動器圖 2-12（2）泵壓式輸送系統(tǒng)。利用渦輪泵提高來自貯箱的推進(jìn)劑的壓強(qiáng)，使推利用渦輪泵提高來自貯箱的推進(jìn)劑的壓強(qiáng)，使推進(jìn)劑按規(guī)定的流量和壓強(qiáng)進(jìn)入燃燒室進(jìn)劑按規(guī)定的流量和壓強(qiáng)進(jìn)入燃燒室。第

5、二章第二章 動力裝置動力裝置 2.3.2.2 2.3.2.2 液體推進(jìn)劑液體推進(jìn)劑 1.液體推進(jìn)劑的分類單組元、雙組元和三組元推進(jìn)劑單組元、雙組元和三組元推進(jìn)劑 單組元推進(jìn)劑：是指在同一物質(zhì)中既含有氧化劑又含有燃燒劑。 雙組元推進(jìn)劑：是指一個是氧化劑，另一個組元是燃燒劑。它們被分 別貯存，并且在燃燒室以外不混合。 三組元推進(jìn)劑：是指由氧化劑、燃燒劑和具有小摩爾質(zhì)量的組元組成。高沸點(diǎn)推進(jìn)劑、低沸點(diǎn)推進(jìn)劑和低溫推進(jìn)劑高沸點(diǎn)推進(jìn)劑、低沸點(diǎn)推進(jìn)劑和低溫推進(jìn)劑第二章第二章 動力裝置動力裝置高沸點(diǎn)推進(jìn)劑：沸點(diǎn)高于298K。如硝酸、偏二甲肼、火箭煤油。低沸點(diǎn)推進(jìn)劑：沸點(diǎn)低于298K，但高于120K。如四氧化

6、二氮。低溫推進(jìn)劑：沸點(diǎn)低于120K。如液氧、液氫、液氟2.主要的液體推進(jìn)劑氧化劑液氧液氧硝酸硝酸四氧化二氮四氧化二氮過氧化氫過氧化氫燃燒劑液氫液氫偏二甲肼偏二甲肼火箭煤油火箭煤油一甲基肼一甲基肼肼肼推進(jìn)劑組合液氧液氧+ +液氫液氫硝酸硝酸+ +偏二甲肼偏二甲肼四氧化二氮四氧化二氮+ +偏二甲肼偏二甲肼液氧液氧+ +火箭煤油火箭煤油第二章第二章 動力裝置動力裝置RS-68火神-2RD-180YF-75YF-100推進(jìn)劑液氫/液氧液氫/液氧液氧/煤油液氫/液氧液氧/煤油輸送系統(tǒng)類型泵壓式泵壓式泵壓式泵壓式泵壓式真空推力（KN）33141350415078.451176（地面）真空比沖(Ns/kg)

7、40184253.2330443123304（地面）應(yīng)用德爾它-4運(yùn)載火箭芯級發(fā)動機(jī)阿里安5改進(jìn)型主發(fā)動機(jī)宇宙神3和宇宙神5運(yùn)載火箭長三甲、長三乙運(yùn)載火箭第三級長征5號運(yùn)載火箭典型液體火箭發(fā)動機(jī)技術(shù)性能比較2.3.3 2.3.3 固體火箭發(fā)動機(jī)固體火箭發(fā)動機(jī)2.3.3.1 2.3.3.1 發(fā)動機(jī)的組成及工作原理發(fā)動機(jī)的組成及工作原理由燃燒室、推進(jìn)劑裝藥、點(diǎn)火裝置和噴管燃燒室、推進(jìn)劑裝藥、點(diǎn)火裝置和噴管四部分組成。第二章第二章 動力裝置動力裝置2.3.3.2 2.3.3.2 固體推進(jìn)劑固體推進(jìn)劑固體推進(jìn)劑分為兩大類：1）均質(zhì)推進(jìn)劑 2）異質(zhì)推進(jìn)劑均質(zhì)推進(jìn)劑：從微觀結(jié)構(gòu)上看比較均勻，在同一分子內(nèi)既

8、包含 燃燒劑又包含氧化劑。如雙基推進(jìn)劑。異質(zhì)推進(jìn)劑：從微觀結(jié)構(gòu)上看是不均勻的，由固體顆粒氧化劑、 金屬粉末和膠體狀態(tài)的粘合劑組成。如復(fù)合推進(jìn)劑 和復(fù)合改性雙基推進(jìn)劑。第二章第二章 動力裝置動力裝置第二章第二章 動力裝置動力裝置第二章第二章 動力裝置動力裝置液體火箭發(fā)動機(jī)與固體火箭發(fā)動機(jī)的比較：1.固體火箭發(fā)動機(jī)比液體火箭發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)和設(shè)計簡單。2.固體發(fā)動機(jī)的推力和工作時間受環(huán)境初溫影響較大，而液體發(fā)動機(jī)則不然。3.液體發(fā)動機(jī)可以隨意開車，而固體發(fā)動機(jī)是不可能的。4.一般來說，對于大推力、工作時間長的發(fā)動機(jī)，采用液體發(fā)動機(jī)比較有利，而對于工作時間短的發(fā)動機(jī)，多采用固體發(fā)動機(jī)。5.液體火箭推進(jìn)劑

9、的比沖一般比固體火箭推進(jìn)劑的高。6.液體發(fā)動機(jī)的推力調(diào)節(jié)容易實(shí)現(xiàn)，而固體發(fā)動機(jī)推力調(diào)節(jié)較難。7.液體發(fā)動機(jī)的地面勤務(wù)處理要比固體發(fā)動機(jī)復(fù)雜的多.F-1發(fā)動機(jī)J-2發(fā)動機(jī)RD-170發(fā)動機(jī)HM-7B發(fā)動機(jī)50噸氫氧火箭發(fā)動機(jī)120噸液氧/煤油發(fā)動機(jī)第三章 導(dǎo)彈飛行力學(xué)基礎(chǔ) 3.1 空氣動力學(xué)基礎(chǔ)知識3.1.1 空氣流動時的基本規(guī)律狀態(tài)參數(shù)及狀態(tài)方程狀態(tài)參數(shù)：密度 、壓強(qiáng)P 和溫度T。RTP狀態(tài)方程：空氣常數(shù)，R287.053 m2/(s2K)kP常數(shù)等熵方程:等熵指數(shù)氣體流動質(zhì)量守恒方程 對于連續(xù)介質(zhì)的穩(wěn)態(tài)流動，在同一時間內(nèi)，流進(jìn)任意截面在同一時間內(nèi)，流進(jìn)任意截面的氣體和從另一截面流出的氣體質(zhì)量

10、相等的氣體和從另一截面流出的氣體質(zhì)量相等，即1 11222v Av AC 伯努力方程（能量守恒方程） 在定常流動和絕熱條件下，伯努力方程為：221vkPCk 音速和馬赫數(shù)1）音速 音速：微弱擾動在氣體中的傳播速度微弱擾動在氣體中的傳播速度。2）馬赫數(shù)Ma 馬赫數(shù)Ma：氣體流動速度v與音速a之比，即2dPPakkRTdvMaaMa0.4 為低速流0.4Ma0.75 為亞音速流0.75Ma1.21.4為跨音速流1.21.45為高超音速流 氣體流動特性方程 氣體流動特性方程如下：Ma1時，dv和dA同號，即氣流加速需要減小通道橫截面積氣流加速需要減小通道橫截面積2(1)d Ad vM aAv激波和膨脹波1）激波 當(dāng)物體以超音速超音速在空氣中飛行時，前方的空氣來不及讓開被突然壓縮形成堆積而形成的強(qiáng)烈的空氣壓縮波。 激波分為正激波正激波和斜激波斜激波兩種。正激波：波面和飛行速度