航天技術概論(二)課件

2.3.1發(fā)動機的主要參數(shù)2.3化學火箭發(fā)動機第二章動力裝置2.3.1.1推力

1）推力室的推力

推力室工作期間，作用在推力室內表面上的燃氣壓力和未受擾動的周圍介質作用在推力室外表面的壓力的合力的軸向分量。燃氣壓強pg大氣壓強p3A2p2v2燃燒室噴管喉部t噴管出口2.3.1發(fā)動機的主要參數(shù)2.3化學火箭發(fā)動機第二章第二章動力裝置思考：1.化學火箭發(fā)動機的推力與飛行器的飛行速度有關嗎？2.隨著飛行高度的增加，化學火箭發(fā)動機的推力如何變化？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流出控制體與流入控制體的流體的動量差。內壁面作用于控制體上的壓力端面壓力xp2第二章動力裝置思考：2.隨著飛行高度的增加，化學火箭發(fā)動機（2.8）對于恒定推力，忽略啟動和關機過渡過程，上式可簡化為(2.9)2.3.1.2總沖和比沖總沖It為整個工作時間內推力對時間的積分，即比沖Is為單位質量的推進劑所產生的總沖。(2.10)第二章動力裝置（2.8）對于恒定推力，忽略啟動和關機過渡過程，上式可簡化為2.3.2液體火箭發(fā)動機2.3.2.1發(fā)動機的組成、結構及工作原理

液體火箭發(fā)動機一般包括推力室、推進劑的貯箱，強迫推進劑進入推力室的推進輸送系統(tǒng)，推進劑流量調節(jié)控制裝置和發(fā)動機架等。

第二章動力裝置2.3.2液體火箭發(fā)動機2.3.2.1發(fā)動機的組成、1.推力室

推力室是液體推進劑進行噴注、霧化、混合和燃燒，并使燃氣膨脹以高速噴出產生推力的部件。包括噴注器、燃燒室和噴管三部分。噴注器燃燒室噴管1.推力室噴注器燃燒室噴管2.推進劑輸送系統(tǒng)

將推進劑從貯箱輸送到推力室的系統(tǒng)稱為推進劑輸送系統(tǒng)。目前液體火箭發(fā)動機的輸送系統(tǒng)有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，將推進劑由貯箱擠壓到推力室中。第二章動力裝置2.推進劑輸送系統(tǒng)第二章動力裝置

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—燃氣發(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劑的壓強，使推進劑按規(guī)定的流量和壓強進入燃燒室。第二章動力裝置圖2-12（2）泵壓式輸送系統(tǒng)。利用渦輪泵提

2.3.2.2液體推進劑

1.液體推進劑的分類單組元、雙組元和三組元推進劑

單組元推進劑：是指在同一物質中既含有氧化劑又含有燃燒劑。雙組元推進劑：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。三組元推進劑：是指由氧化劑、燃燒劑和具有小摩爾質量的組元組成。高沸點推進劑、低沸點推進劑和低溫推進劑第二章動力裝置高沸點推進劑：沸點高于298K。如硝酸、偏二甲肼、火箭煤油。低沸點推進劑：沸點低于298K，但高于120K。如四氧化二氮。低溫推進劑：沸點低于120K。如液氧、液氫、液氟2.3.2.2液體推進劑第二章動力裝置高沸點推進劑：沸2.主要的液體推進劑氧化劑液氧硝酸四氧化二氮過氧化氫燃燒劑液氫偏二甲肼火箭煤油一甲基肼肼推進劑組合液氧+液氫硝酸+偏二甲肼四氧化二氮+偏二甲肼液氧+火箭煤油第二章動力裝置2.主要的液體推進劑第二章動力裝置RS-68火神-2RD-180YF-75YF-100推進劑液氫/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(N·s/kg)40184253.2330443123304（地面）應用德爾它-4運載火箭芯級發(fā)動機阿里安5改進型主發(fā)動機宇宙神3和宇宙神5運載火箭長三甲、長三乙運載火箭第三級長征5號運載火箭典型液體火箭發(fā)動機技術性能比較RS-68火神-2RD-180YF-75YF-100推進劑液2.3.3固體火箭發(fā)動機2.3.3.1發(fā)動機的組成及工作原理由燃燒室、推進劑裝藥、點火裝置和噴管四部分組成。第二章動力裝置2.3.3固體火箭發(fā)動機2.3.3.1發(fā)動機的組成及2.3.3.2固體推進劑固體推進劑分為兩大類：1）均質推進劑2）異質推進劑均質推進劑：從微觀結構上看比較均勻，在同一分子內既包含燃燒劑又包含氧化劑。如雙基推進劑。異質推進劑：從微觀結構上看是不均勻的，由固體顆粒氧化劑、金屬粉末和膠體狀態(tài)的粘合劑組成。如復合推進劑和復合改性雙基推進劑。第二章動力裝置2.3.3.2固體推進劑第二章動力裝置第二章動力裝置第二章動力裝置第二章動力裝置第二章動力裝置液體火箭發(fā)動機與固體火箭發(fā)動機的比較：1.固體火箭發(fā)動機比液體火箭發(fā)動機的結構和設計簡單。2.固體發(fā)動機的推力和工作時間受環(huán)境初溫影響較大，而液體發(fā)動機則不然。3.液體發(fā)動機可以隨意開車，而固體發(fā)動機是不可能的。4.一般來說，對于大推力、工作時間長的發(fā)動機，采用液體發(fā)動機比較有利，而對于工作時間短的發(fā)動機，多采用固體發(fā)動機。5.液體火箭推進劑的比沖一般比固體火箭推進劑的高。6.液體發(fā)動機的推力調節(jié)容易實現(xiàn)，而固體發(fā)動機推力調節(jié)較難。7.液體發(fā)動機的地面勤務處理要比固體發(fā)動機復雜的多.液體火箭發(fā)動機與固體火箭發(fā)動機的比較：F-1發(fā)動機J-2發(fā)動機F-1發(fā)動機J-2發(fā)動機RD-170發(fā)動機HM-7B發(fā)動機RD-170發(fā)動機HM-7B發(fā)動機50噸氫氧火箭發(fā)動機120噸液氧/煤油發(fā)動機50噸氫氧火箭發(fā)動機120噸液氧/煤油發(fā)動機第三章導彈飛行力學基礎

3.1空氣動力學基礎知識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P

和溫度T。狀態(tài)方程：空氣常數(shù)，R＝287.053m2/(s2K)等熵方程:等熵指數(shù)第三章導彈飛行力學基礎3.1空氣動力學基礎知識狀態(tài)參氣體流動質量守恒方程對于連續(xù)介質的穩(wěn)態(tài)流動，在同一時間內，流進任意截面的氣體和從另一截面流出的氣體質量相等，即伯努力方程（能量守恒方程）在定常流動和絕熱條件下，伯努力方程為：氣體流動質量守恒方程伯努力方程（能量守恒方程）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。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Ma≤0.4

為低速流0.4<Ma≤0.75為亞音速流0.75<Ma≤1.2~1.4為跨音速流1.2~1.4<Ma≤5為超音速流Ma>5為高超音速流音速和馬赫數(shù)Ma≤0.4為低速流氣體流動特性方程氣體流動特性方程如下：Ma<1時，dv和dA異號，即氣流加速需要增大通道橫截面積Ma>1時，dv和dA同號，即氣流加速需要減小通道橫截面積氣體流動特性方程激波和膨脹波1）激波

當物體以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烈的空氣壓縮波。激波分為正激波和斜激波兩種。正激波：波面和飛行速度垂直。斜激波：波面相對飛行速度傾斜一定角度。v激波面正激波示意圖v激波面斜激波示意圖激波和膨脹波正激波：波面和飛行速度垂直