液體火箭發(fā)動機設(shè)計復(fù)習(xí)題問題詳解

1、實用文檔 文案大全 第二章 1、總體對發(fā)動機設(shè)計提出的技術(shù)要求包括哪些方面； 飛行器總體對發(fā)動機設(shè)計提出的技術(shù)要求主要在發(fā)動機用途、工作性能、質(zhì)量和結(jié)構(gòu)尺寸、環(huán)境條件及經(jīng)濟(jì)性等方面，同時在設(shè)計任務(wù)書中給出對這些參數(shù)的具體要求，它們是發(fā)動機設(shè)計的主要依據(jù)。 2、液體火箭發(fā)動機系統(tǒng)設(shè)計主要有哪四個階段； 發(fā)動機系統(tǒng)設(shè)計主要有：系統(tǒng)方案論證、系統(tǒng)方案設(shè)計、系統(tǒng)試驗和系統(tǒng)定型四個階段 3、液體火箭發(fā)動機主要參數(shù)的選擇有哪些； 根據(jù)導(dǎo)彈或火箭總體設(shè)計部門提出的基本要求，可以設(shè)計選擇發(fā)動機一系列可變參數(shù)，如推進(jìn)劑的選擇、混合比的選擇、燃燒室壓力的選擇、噴管擴(kuò)張比的選擇、推進(jìn)劑質(zhì)量的選擇、系統(tǒng)參數(shù)平衡等。

2、4、擠壓系統(tǒng)分類 、貯箱增壓壓力的確定； 分類：貯氣系統(tǒng)、液體汽化系統(tǒng)、化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng) 確定：擠壓式系統(tǒng)貯箱增壓壓力的提高會引起整個供應(yīng)系統(tǒng)的質(zhì)量大大增加（主要是貯箱 結(jié)構(gòu)質(zhì)量），所以擠壓式系統(tǒng)的燃燒室壓力都不取得很高。一般在比沖和質(zhì)量的折中考慮下，選取一個合理的較低燃燒室壓力，保證貯箱壓力較低，同時設(shè)計時應(yīng)力求減少供應(yīng)系統(tǒng)的流阻損失。 （第2章液發(fā)系統(tǒng)設(shè)計ppt P86） 5、泵壓式系統(tǒng)貯箱增壓壓力的確定；（第2章液發(fā)系統(tǒng)設(shè)計ppt P114） （1）保證泵不發(fā)生汽蝕 （2）保證貯箱不破壞 （3）對增壓氣瓶的影響 確定方法：計算得到按系統(tǒng)質(zhì)量最輕條件的增壓壓力為P1，滿足泵汽蝕條件的增壓壓力為

3、P2。（1）P1P2；（2）P1P2；（3）P1P2。 綜上所述，增壓壓力的選擇應(yīng)根據(jù)以上幾個部件的總質(zhì)量為最輕來確定，然后檢驗動力實用文檔 文案大全 系統(tǒng)的工作是否滿足來作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。 6、發(fā)動機混合比和推力矢量控制方案； 推力矢量控制：方法的選擇取決于所需力矩的大小，也和發(fā)動機系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)方案有關(guān)。 （第2章液發(fā)系統(tǒng)設(shè)計ppt P133） （1）單推力室發(fā)動機 ：燃?xì)舛?、輔助射流、二次噴射控制、 擺動推力室或噴管 （2）多推力室發(fā)動機：兩室、三室、四室 發(fā)動機混合比： 混合比開環(huán)控制（混合比控制的最簡單形式是在推進(jìn)劑主管 路中設(shè)置適當(dāng)尺寸的校準(zhǔn)孔板。）、混合比閉環(huán)控制 （第2章液發(fā)系統(tǒng)設(shè)計p

4、pt P145） 7、擠壓式系統(tǒng)管路特性和組元混合比的調(diào)整計算； 擠壓系統(tǒng)的管路特性：就是推進(jìn)劑管路系統(tǒng)的壓力損失和系統(tǒng)中推進(jìn)劑組元流量之間的函數(shù)關(guān)系。 組元混合比的調(diào)整計算：可采用下面兩種方法：液路裝節(jié)流圈、增壓氣路安裝節(jié)流元件 （第2章液發(fā)系統(tǒng)設(shè)計ppt P153） 8、液體火箭發(fā)動機控制系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟； 第三章 3.1 1、 推力室的組成 主要由推力室頭部、燃燒室和噴管組成，噴管由收斂段（亞聲速噴管段）和擴(kuò)張段（超聲速噴管段）組成。 推力室還包括其它一些部件，例如，對于非自燃推進(jìn)劑的點火裝置、推力室固定部件、推力傳遞裝置、推進(jìn)劑入口分配部件（燃?xì)鈱?dǎo)管、冷卻劑入口集液器等）。 實用文檔

5、 文案大全 2、推力室的主要設(shè)計內(nèi)容 1. 根據(jù)要求的海平面或真空推力和比沖，推進(jìn)劑混合比，以及推力室的最大外廓尺寸和質(zhì)量限制等，選擇燃燒室壓力和噴管出口壓力參數(shù)。 2. 根據(jù)熱力氣動計算結(jié)果，給出推力室的地面或真空理論比沖、理論質(zhì)量流量、臨界截面積、噴管面積比等。 3. 根據(jù)定型推力室的性能數(shù)據(jù)，選擇燃燒室效率和噴管效率，確定推力室的實際地面或真空比沖，實際流量和臨界截面積等。 4. 根據(jù)選擇的燃燒室特征長度，質(zhì)量流量密度和收縮比，確定燃燒室直徑和長度，根據(jù)面積比，設(shè)計噴管型面。 5. 噴注器、燃燒室和噴管的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計，其中包括再生冷卻劑的選擇，材料的選用，加工方法和檢驗方法的確定。 6.

6、 根據(jù)推力室的初步結(jié)構(gòu)方案，進(jìn)行有關(guān)的傳熱、流阻損失和強度等各項計算。 7. 繪制推力室圖紙、編寫生產(chǎn)、試驗技術(shù)文件，設(shè)計和計算說明書，根據(jù)發(fā)動機的研制 3.2 3、燃燒室的設(shè)計要求 1. 合理選擇燃燒室尺寸和形狀，在最小的容積下得到最高的燃燒效率。 2. 減小燃?xì)獾目倝簱p失。 3. 合理地組織內(nèi)、外冷卻，防止內(nèi)壁燒蝕。 4. 結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕，工作可靠。 4、影響完全燃燒程度的主要因素 1. 燃料霧化和混合氣形成的質(zhì)量。取決于噴嘴的形式，噴嘴在推力室頭部的位置及推力室頭部的形狀、燃燒室的形狀，燃料霧化和混氣形成的質(zhì)量愈差，則 實用文檔 文案大全 其化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行得完全所需的時間也愈長。 2.

7、推進(jìn)劑停留時間。（燃燒室初步設(shè)計需要選擇的參數(shù)） 5、經(jīng)常采用的燃燒室?guī)缀涡螤?現(xiàn)有的液體火箭發(fā)動機燃燒室的形狀基本為三種形式：球形、接近球形（橢球形或梨形）和圓柱形（圓筒形）。 6、燃燒室的輪廓設(shè)計 （該答案僅供參考） 燃燒室型面的設(shè)計就是選擇燃燒室形狀和尺寸，并在盡可能小的燃燒室容積內(nèi)保證較高的燃燒效率（燃燒完全程度）。 7、噴管類型 錐形噴管、特型噴管、環(huán)形噴管 8、幾種特型噴管型面的簡單造型方法 采用特性線法計算最大推力噴管，或者通過對最大沖量噴管進(jìn)行截短的方法設(shè)計噴管，計算過程都十分繁瑣，實際采用的多為簡化方法。噴管擴(kuò)張段型面的設(shè)計方法有錐形噴管造型、拋物線法造型、雙圓弧法、最大推力

8、噴管造型法等。 對性能要求不高時，可采用簡單的錐形噴管，擴(kuò)張比相對較小的大推力發(fā)動機噴管可采用雙圓弧法來設(shè)計型面，對于噴管擴(kuò)張比大的上面級發(fā)動機和小推力發(fā)動機，通常采用最大推力噴管造型法。 3.3 9、推力室頭部的設(shè)計要求 （1）保證推進(jìn)劑組元良好的霧化質(zhì)量 （2）保證燃燒室橫截面上的流量密度分布符合設(shè)計要求， （3）保證燃燒室橫截面上的余氧系數(shù)分布符合設(shè)計要求。 實用文檔 文案大全 （4）保證燃燒室壁內(nèi)表面附近形成溫度較低的邊界層。 （5）混氣形成區(qū)長度盡可能短。 （6）防止燃料組元或氧化劑組元噴射到室壁上。 （7）所選擇噴嘴壓降，既要保證燃燒穩(wěn)定和安全，又要保證有利的輸送系統(tǒng)重量。 （8）

9、頭部構(gòu)造簡單，重量輕，工藝性良好，生產(chǎn)成本低。 1. 噴嘴類型 答：1）按照被噴射物質(zhì)來分：可分為氣體噴嘴、液體噴嘴和氣體液體噴嘴（氣液噴嘴）； 2）按照噴嘴的構(gòu)造來分：可分為直流式噴嘴、離心式噴嘴和直流離心式噴嘴； 3）按照進(jìn)入一個噴嘴的組元數(shù)目來分：可分為單組元噴嘴、雙組元和三組元噴嘴 2. 霧化特性 答：霧化過程的特性是指霧化的細(xì)度和霧化的均勻度，對于單個噴嘴來說還有噴霧錐的形狀和噴射距離。 霧化的細(xì)度由射流裂碎后所形成液滴的尺寸來表征。 霧化的均勻度用液滴直徑變化的范圍來確定。 3. 影響噴嘴流量系數(shù)的因素 答：孔長徑比（l/d）的影響 噴嘴壓降的影響 橫向速度的影響 噴嘴反壓的影響

10、進(jìn)口倒角2和進(jìn)口倒角深度e的影響 傾斜角的影響 表面加工質(zhì)量的影響 實用文檔 文案大全 4. 互擊式直流噴嘴計算 答： 5. 離心式噴嘴的幾何特性（噴霧錐角等的變化） 答： 6. 雙組元離心式噴嘴的特點 答：1）每個雙組元離心式噴嘴，可按所需的組元混合比進(jìn)行計算，因而較易于達(dá)到按要求的組分比分布均勻混合，從而可以提高燃燒室的沖量效率； 2）縮短了組元混氣形成的時間，因而可以提高燃燒的完善程度，或者可以減小燃燒室容積尺寸。 3）在通過流量一定的條件下，雙組元離心式噴嘴比單組元離 心式噴嘴所占的面積小。 4）雙組元噴嘴間距較大，燃?xì)饣亓鬏^強，因此頭 部易被燒蝕。設(shè)計這種頭部時，要注意頭部熱防護(hù)問題

11、。 7. 直流式、離心式兩類噴嘴各自的特點 答：直流式特點： 直流式流量系數(shù)大，尺寸小。 直流式霧化質(zhì)量不好，液滴不細(xì)。 直流式射流在離開噴管較遠(yuǎn)的地方才開始霧化。 直流式噴射錐角也較小。 離心式特點： 噴嘴單獨加工，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 保持噴嘴壓降恒定時，可通過改變噴嘴實用文檔 文案大全 內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸調(diào) 整噴嘴流量系數(shù)和噴霧錐角。 噴霧錐大，加速霧化、蒸發(fā)過程，有利于和相鄰的噴霧 錐混合。 噴嘴體積大，流量系數(shù)小。 8. 噴嘴排列的要求和問題 答：要求：1、性能要求；2、穩(wěn)定性要求；3、可靠性要求；4、要有足夠的強度和剛度；5、流阻損失要??；6、結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能簡單，工藝性能要好。 問題：1）關(guān)于穩(wěn)定性

12、和性能之間的矛盾；2）關(guān)于可靠性和性能之間的矛盾；3）強度和剛度要求與性能之間的矛盾；4）流阻損失小與性能之間的矛盾；5）結(jié)構(gòu)簡單與性能之間的矛盾； 9. 離心式噴嘴混合單元 答：蜂窩式排列：噴嘴按蜂窩式排列時，每個燃料噴嘴周圍有六個氧化劑噴嘴，每個混合單元形成蜂窩形狀。在這混合單元中，有燃料噴嘴nf = 1和氧化劑噴嘴no=2，噴嘴總數(shù)n=no+nf=3 棋盤式排列：A = 方窩式排列：為氧化劑時，密集度不如蜂窩式。 10. 單組元離心式噴嘴的計算 答：計算時已知的或選定的原始數(shù)據(jù) ： 1.噴嘴的流量：目前在液體火箭發(fā)動機中應(yīng)用的離心式噴嘴的流量大約為30300g/s； 霧化角：一般霧化角a

13、=30120°，常用90-120°； 3.噴嘴壓降：一般取噴嘴壓降p 0.31.5MPa。對于自燃推進(jìn)劑，最小允許的噴嘴壓降為0.180.2MPa，對于非自燃推進(jìn)劑，最小壓降可為0.250.35MPa。 4.推進(jìn)劑的物理性質(zhì)：如比重，粘度等。 實用文檔 文案大全 5.離心式噴嘴的類型：渦流器離心式或切向孔噴嘴。 11. 推力室身部熱防護(hù)方法 12. 熱防護(hù)方法的優(yōu)缺點 答：3.4.2節(jié)，P24 13. 對流外冷卻傳熱過程 答：1）燃?xì)庀騼?nèi)壁的傳熱（對流+輻射） 2）熱流經(jīng)過內(nèi)壁的熱傳導(dǎo) 3）內(nèi)壁向冷卻劑的對流傳熱。 14. 冷卻表面肋條的散熱效應(yīng) 答：肋條可增大向冷卻劑的散

14、熱量，這種現(xiàn)象可用肋條效應(yīng)系數(shù)來評估： 1=0；0 無肋條表面向冷卻劑散熱的散熱系數(shù)；1 有肋條表面的有效散熱系數(shù)。 15. 再生冷卻：可靠冷卻的條件 實用文檔 文案大全 16. 再生冷卻：合理性條件 答：1. 冷卻套內(nèi)的壓力損失應(yīng)盡可能最小，以降低推進(jìn)劑供應(yīng)系統(tǒng)的功率和質(zhì)量 2. 冷卻套應(yīng)有良好的工藝性 17. 再生冷卻的制約條件 答：最大燃燒室壓力；最小燃燒室壓力；推力的制約；冷卻套內(nèi)壓力損失的制約工藝的制約 18. 一些參數(shù)對換熱過程的影響 答：1、氣體壁面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 2、內(nèi)壁厚度和導(dǎo)熱系數(shù) /3、近壁層燃?xì)鉁囟?/4、冷卻劑溫度 /5、液體壁面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 19. 保證可靠再生冷卻的方法 答

15、：1. 減小氣體壁面?zhèn)鳠嵯禂?shù)； 2. 隔熱涂層； 3. 內(nèi)冷卻； 4. 采用導(dǎo)熱性能好的材料和減小內(nèi)壁厚度； 5. 降低冷卻劑溫度； 6. 增加液體壁面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。 20. 冷卻通道結(jié)構(gòu) 答：由內(nèi)、外壁間隙形成的 光滑縫隙式冷卻通道；壓坑點焊式；波紋板結(jié)構(gòu)； 銑槽式結(jié)構(gòu)；管束式結(jié)構(gòu) 21. 內(nèi)冷卻環(huán)帶的結(jié)構(gòu) 實用文檔 文案大全 答：1、從身部冷卻通道中取出液體的內(nèi)冷卻帶；2、單獨供入液體的內(nèi)冷卻帶； 22. 提高內(nèi)冷卻帶冷卻效果的方法 答：保證冷卻劑流量特性穩(wěn)定，流量要精確確定；使推力室的性 能與冷卻環(huán)帶的流量之間達(dá)到最佳；保證冷卻環(huán)帶的液膜 連續(xù)、貼壁性好、均勻性好；設(shè)置冷卻環(huán)帶位置最佳等。

16、23. 點火裝置 答：1）自燃液體點火器； 2）固體火藥點火器； 3）火炬式點火器； 4）氣動力諧振點火器。 24. 燃?xì)獍l(fā)生器工作過程的特點 答：1、燃?xì)鉁囟龋?、組元混合比；（4.1節(jié)P12） 25. 閉式發(fā)動機和開式發(fā)動機燃?xì)獍l(fā)生器的區(qū)別 答：1、補燃循環(huán)發(fā)動機燃?xì)獍l(fā)生器的特點是室壓高、流量大。一般是一種組元的全部或大部分的流量進(jìn)入燃?xì)獍l(fā)生器。補燃循環(huán)發(fā)動機燃?xì)獍l(fā)生器的燃燒產(chǎn)物對渦輪做功，然后渦輪 工質(zhì)進(jìn)入燃燒室中進(jìn)行補燃，燃燒室壓力、噴嘴壓降和渦輪壓比決定了燃?xì)獍l(fā)生器室壓的高低，燃?xì)獍l(fā)生器室壓要明顯高于燃燒室壓力。 /2、在燃?xì)獍l(fā)生器循環(huán)發(fā)動機系統(tǒng)中，渦輪排氣不進(jìn)入燃燒室補燃，渦輪泵裝

17、置功率相對較低，燃?xì)獍l(fā)生器室壓一般低于推力室壓力，流量也很小，一般只為發(fā)動機總流量的23。 26. 小推力發(fā)動機的冷卻方法 答：可采用再生冷卻、燒蝕冷卻、內(nèi)冷卻、幅射冷卻及復(fù)合冷卻等冷卻方法。 第五章 5-1 渦輪泵的配置有哪些方案？應(yīng)用最廣的方案是哪一種？ 實用文檔 文案大全 根據(jù)轉(zhuǎn)子數(shù)目不同分為單轉(zhuǎn)子方案和多轉(zhuǎn)子方案，單轉(zhuǎn)子方案又分為渦輪居中和渦輪偏置兩種方案。單轉(zhuǎn)子方案應(yīng)用最廣，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高。 5-2 離心葉輪的結(jié)構(gòu)按進(jìn)液方式分為幾種？按自身的構(gòu)造又分為幾種？各種結(jié)構(gòu)有什么特點？葉輪與軸有哪些聯(lián)接方式？ 按照進(jìn)液方式，離心葉輪可以分為單面進(jìn)液和雙面進(jìn)液兩種，單面進(jìn)液應(yīng)用最廣，雙面進(jìn)

18、液多用于大流量的渦輪泵，以改善氣蝕性能。 按照自身結(jié)構(gòu)分為閉式、半開式和開式三種。 閉式葉輪有全閉的流道，質(zhì)量大，強度不高，壁面光潔度和精確度也不高，水力效率較低，一般用于大直徑、低轉(zhuǎn)速的渦輪泵中。 半開式葉輪流道三面封閉，無前蓋板，葉片與后蓋板一體，結(jié)構(gòu)較簡單，可進(jìn)行機械加工，流道光潔度和精確度高，強度高，但是容積損失較大。 開式葉輪流道由葉片組成，沒有前后蓋板，結(jié)構(gòu)簡單，易于加工，但容積損失大，容積效率低，需要高強度鋼制造以保證強度。 葉輪與軸之間的連接方式有矩形花鍵、漸開線花鍵和平鍵，小功率中可以使用螺紋連接。 5-3 泵殼體包括入口裝置和出口裝置，泵的入口裝置有哪幾種型式？泵的出口裝置

19、有哪幾種型式？ 入口裝置（P244）有軸向式、環(huán)形式、徑向式（彎曲式）以及螺旋（或半螺旋）式。出口裝置（P245）包括無葉片環(huán)形擴(kuò)壓器、環(huán)列葉片環(huán)形擴(kuò)壓器、蝸殼形集液器和錐形擴(kuò)壓器。 5-4 渦輪工作葉片與輪盤有哪幾種聯(lián)接方式？渦輪盤與軸有哪些聯(lián)接方式？試以簡圖表示并指出其優(yōu)缺點。 實用文檔 文案大全 工作葉片與輪盤的連接方式有整體式、焊接（最簡單，加工量少、尺寸小、 質(zhì)量小、導(dǎo)熱好）和插入式（連接部分尺寸大，質(zhì)量大）連接。渦輪盤和軸的連接采用銷釘、螺栓、法蘭盤、花鍵和焊接等形式。（圖片見P263） 5-5 什么是轉(zhuǎn)子的平衡與不平衡？如何對渦輪泵轉(zhuǎn)子進(jìn)行平衡？ 在高速旋轉(zhuǎn)的渦輪泵轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中，當(dāng)

20、沒有大小和方向改變的離心力或由此產(chǎn)生的力矩外傳時，這一系統(tǒng)稱為平衡，反之稱為不平衡。不平衡分為靜不平衡、力偶不平衡和動不平衡。 平衡有靜平衡（質(zhì)心同側(cè)去除質(zhì)量或者異側(cè)加上質(zhì)量，適用于徑向尺寸大、軸短的情況）和動平衡（把轉(zhuǎn)子放在動平衡機上旋轉(zhuǎn)，在指定位置配重消除不平衡力矩）兩種。 5-6 渦輪泵動密封有哪幾種型式？各種密封的結(jié)構(gòu)特點與密封原理是什么？ 動密封分為接觸式密封、非接觸式密封和組合密封三種。 接觸式密封中，預(yù)壓力和被密封的介質(zhì)的壓力共同作用在密封零件表面上，使其相互緊貼在一起，存在相互運動，有接觸摩擦。密封效果最好，但是磨損和耗能大。分為唇式密封、端面密封、彈性開口環(huán)密封和分瓣式彈性環(huán)

21、密封。 非接觸式密封是有間隙的，截止參與建立密封效應(yīng)。其中間隙密封通過小的間隙及密封面與流體之間的摩擦來達(dá)到密封，流體動力密封則通過兩側(cè)液體的壓力平衡來實現(xiàn)密封（詳見P286287） 組合密封則是依次安裝不同的密封件，在運轉(zhuǎn)中實現(xiàn)組元的泄漏量依次降低、密封性能則依次升高。（詳見P288） 5-7 請介紹“液封輪”的結(jié)構(gòu)特點和密封原理。 實用文檔 文案大全 密封輪一側(cè)是平的，另一側(cè)有寬度為b的徑向槽或者寬度為的徑向葉片。平滑面朝向高壓腔一側(cè)。液體沿著轉(zhuǎn)子的軸流向低壓側(cè)，并充填液封輪腔。當(dāng)液封輪高速轉(zhuǎn)動時，液體在葉片作用下也將轉(zhuǎn)動，在液體內(nèi)部每一個微元體上都作用有離心力和向心壓力，二者達(dá)到平衡的時

22、候，液體便停止向心流動，達(dá)到密封效果。是一種流體動力密封。（詳見P287） 5-8 試推導(dǎo)帶冠和不帶冠渦輪工作葉片某一截面上所受的離心拉伸應(yīng)力公式。 詳見P292294 5-9 等溫實心等厚渦輪盤、等溫空心等厚渦輪盤的離心應(yīng)力是如何分布的？實心和空心渦輪盤的熱應(yīng)力又是如何分布的？ 等溫實心等厚盤應(yīng)力分布見P308圖5.86 ，等溫空心等厚盤應(yīng)力分布見P309圖5.87。熱應(yīng)力分布見P312圖5.90和圖5.91。 5-10 何謂渦輪泵轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速？試以單盤無質(zhì)量軸的轉(zhuǎn)子為例導(dǎo)出撓度公式，并加以討論。指出何謂“剛軸”？何謂“柔軸”？ 對應(yīng)于共振工況的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速成為臨界轉(zhuǎn)速。撓度公式的導(dǎo)出和討論見P272274，對角速度、轉(zhuǎn)速和質(zhì)量偏心距的討論。 轉(zhuǎn)子的設(shè)計轉(zhuǎn)速小于其轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速，此時轉(zhuǎn)子稱為剛性轉(zhuǎn)子，軸稱為剛軸。設(shè)計轉(zhuǎn)速大于轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速時稱為柔性轉(zhuǎn)子和柔軸。 第六章 蝶形閥門、球形閥門