航天技术概论(二)课件.ppt

1、2.3.1 发动机的主要参数发动机的主要参数2.3 化学火箭发动机化学火箭发动机第二章第二章 动力装置动力装置2.3.1.1 推力推力 1）推力室的推力推力室的推力 推力室工作期间，作用在推力室工作期间，作用在推力室内表面上的燃气压力和推力室内表面上的燃气压力和未受扰动的周围介质作用在推未受扰动的周围介质作用在推力室外表面的压力的合力的轴力室外表面的压力的合力的轴向分量。向分量。燃气压强pg大气压强p3A2p2v2燃烧室喷管喉部t喷管出口第二章第二章 动力装置动力装置思考：思考： 1.1.化学火箭发动机的推力与飞行器的飞行速度有关吗？化学火箭发动机的推力与飞行器的飞行速度有关吗？2.2.随着飞

2、行高度的增加，化学火箭发动机的推力如何变化？随着飞行高度的增加，化学火箭发动机的推力如何变化？定常流动量方程：定常流动量方程：作用在控制体上的合外力等于单位时间内作用在控制体上的合外力等于单位时间内 流出控制体与流入控制体的流体的动量差。流出控制体与流入控制体的流体的动量差。内壁面作用于控制体上的压力端面压力x1v2vp20ttIF d t（2.8）对于恒定推力，忽略启动和关机过渡过程，上式可简化为FtIt(2.9)2.3.1.2 总冲和比冲总冲和比冲总冲总冲I It t 为整个工作时间内推力对时间的积分为整个工作时间内推力对时间的积分，即比冲比冲Is 为单位质量的推进剂所产生的总冲为单位质量

3、的推进剂所产生的总冲。00/spttIIMF dtm dt(2.10)第二章第二章 动力装置动力装置2.3.2 液体火箭发动机液体火箭发动机2.3.2.1 2.3.2.1 发动机的组成、结构及工作原理发动机的组成、结构及工作原理 液体火箭发动机一般包括推力室、推进剂的贮箱，强迫推进剂进入推力室的推进输送系统，推进剂流量调节控制装置和发动机架等。 第二章第二章 动力装置动力装置1.推力室 推力室是液体推进剂进行喷注、雾化、混合和燃烧，并使燃气膨胀以高速喷出产生推力的部件产生推力的部件。包括喷注器、燃烧室和喷管喷注器、燃烧室和喷管三部分。喷注器燃烧室喷管2.推进剂输送系统 将推进剂从贮箱输送到推力

4、室的系统称为推进剂输送系统。目前液体火箭发动机的输送系统有挤压式和泵压式挤压式和泵压式两种。 （1）挤压式输送系统。其借助于高压气体的压强，将推进剂由贮箱挤借助于高压气体的压强，将推进剂由贮箱挤压到推力室中。压到推力室中。第二章第二章 动力装置动力装置 1燃烧剂贮箱； 2氧化剂贮箱；3增压活门； 4涡轮；5齿轮箱； 6氧化剂泵；7燃烧剂泵； 8主活门；9推力室； 10燃气发生器；11蒸发器； 12火药启动器图 2-12（2）泵压式输送系统。利用涡轮泵提高来自贮箱的推进剂的压强，使推利用涡轮泵提高来自贮箱的推进剂的压强，使推进剂按规定的流量和压强进入燃烧室进剂按规定的流量和压强进入燃烧室。第二章

5、第二章 动力装置动力装置 2.3.2.2 2.3.2.2 液体推进剂液体推进剂 1.液体推进剂的分类单组元、双组元和三组元推进剂单组元、双组元和三组元推进剂 单组元推进剂：是指在同一物质中既含有氧化剂又含有燃烧剂。 双组元推进剂：是指一个是氧化剂，另一个组元是燃烧剂。它们被分 别贮存，并且在燃烧室以外不混合。 三组元推进剂：是指由氧化剂、燃烧剂和具有小摩尔质量的组元组成。高沸点推进剂、低沸点推进剂和低温推进剂高沸点推进剂、低沸点推进剂和低温推进剂第二章第二章 动力装置动力装置高沸点推进剂：沸点高于298K。如硝酸、偏二甲肼、火箭煤油。低沸点推进剂：沸点低于298K，但高于120K。如四氧化二氮

6、。低温推进剂：沸点低于120K。如液氧、液氢、液氟2.主要的液体推进剂氧化剂液氧液氧硝酸硝酸四氧化二氮四氧化二氮过氧化氢过氧化氢燃烧剂液氢液氢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进剂组合液氧液氧+ +液氢液氢硝酸硝酸+ +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 动力装置动力装置RS-68火神-2RD-180YF-75YF-100推进剂液氢/液氧液氢/液氧液氧/煤油液氢/液氧液氧/煤油输送系统类型泵压式泵压式泵压式泵压式泵压式真空推力（KN）33141350415078.451176（地面）真空比冲(Ns/kg)40

7、184253.2330443123304（地面）应用德尔它-4运载火箭芯级发动机阿里安5改进型主发动机宇宙神3和宇宙神5运载火箭长三甲、长三乙运载火箭第三级长征5号运载火箭典型液体火箭发动机技术性能比较2.3.3 2.3.3 固体火箭发动机固体火箭发动机2.3.3.1 2.3.3.1 发动机的组成及工作原理发动机的组成及工作原理由燃烧室、推进剂装药、点火装置和喷管燃烧室、推进剂装药、点火装置和喷管四部分组成。第二章第二章 动力装置动力装置2.3.3.2 2.3.3.2 固体推进剂固体推进剂固体推进剂分为两大类：1）均质推进剂 2）异质推进剂均质推进剂：从微观结构上看比较均匀，在同一分子内既包含

8、 燃烧剂又包含氧化剂。如双基推进剂。异质推进剂：从微观结构上看是不均匀的，由固体颗粒氧化剂、 金属粉末和胶体状态的粘合剂组成。如复合推进剂 和复合改性双基推进剂。第二章第二章 动力装置动力装置第二章第二章 动力装置动力装置第二章第二章 动力装置动力装置液体火箭发动机与固体火箭发动机的比较：1.固体火箭发动机比液体火箭发动机的结构和设计简单。2.固体发动机的推力和工作时间受环境初温影响较大，而液体发动机则不然。3.液体发动机可以随意开车，而固体发动机是不可能的。4.一般来说，对于大推力、工作时间长的发动机，采用液体发动机比较有利，而对于工作时间短的发动机，多采用固体发动机。5.液体火箭推进剂的比

9、冲一般比固体火箭推进剂的高。6.液体发动机的推力调节容易实现，而固体发动机推力调节较难。7.液体发动机的地面勤务处理要比固体发动机复杂的多.F-1发动机J-2发动机RD-170发动机HM-7B发动机50吨氢氧火箭发动机120吨液氧/煤油发动机第三章 导弹飞行力学基础 3.1 空气动力学基础知识3.1.1 空气流动时的基本规律状态参数及状态方程状态参数：密度 、压强P 和温度T。RTP状态方程：空气常数，R287.053 m2/(s2K)kP常数等熵方程:等熵指数气体流动质量守恒方程 对于连续介质的稳态流动，在同一时间内，流进任意截面在同一时间内，流进任意截面的气体和从另一截面流出的气体质量相等

10、的气体和从另一截面流出的气体质量相等，即1 11222v Av AC 伯努力方程（能量守恒方程） 在定常流动和绝热条件下，伯努力方程为：221vkPCk 音速和马赫数1）音速 音速：微弱扰动在气体中的传播速度微弱扰动在气体中的传播速度。2）马赫数Ma 马赫数Ma：气体流动速度v与音速a之比，即2dPPakkRTdvMaaMa0.4 为低速流0.4Ma0.75 为亚音速流0.75Ma1.21.4为跨音速流1.21.45为高超音速流 气体流动特性方程 气体流动特性方程如下：Ma1时，dv和dA同号，即气流加速需要减小通道横截面积气流加速需要减小通道横截面积2(1)d Ad vM aAv激波和膨胀波1）激波 当物体以超音速超音速在空气中飞行时，前方的空气来不及让开被突然压缩形成堆积而形成的强烈的空气压缩波。 激波分为正激波正激波和斜激波斜激波两种。正激波：波面和飞行速度垂直。斜激波：波面相对飞行速度倾斜一定角度。v激波面正激波示意图v激波面斜激波示意图图3.4菱形翼剖面波系Ma1激波膨胀波激波 2）膨胀波 气流以超音速超音速流过一物体表面，突遇一个向外的角度转折时，流动空间增加，流速会增大，温度、压强会降低，这就形成了一种新的扰动，称这种扰动为膨胀波。膨胀波气流Va图3.3 膨胀波的形成