星型装药课题设计

星型装药课题设计内容摘要：

7 不是恒定的，因此总冲定义为： I=∫ Fdtta0 (29) 平均推力的定义为： FP=∫ Fdtta0ta （ 210） 比冲是燃烧一千克推进剂所产生的冲量，用符号 Is表示： Is= IMp （ 211） 几组满足要求的装药及其尺寸 由 、 和 关于固体火箭发动机总冲、推力和平均推力与推进剂燃烧温度，喷管出口气流速度的关系可知，要满足 中要求的发动机，现做出 如表 假设： 表 I Fp ta 250kN s 50kN 5s 现用上面假定的参数并且由 给出推进剂能量特性计算相应推进剂的质量和体积，如表 ： 表 项目 名称 质量 m（ kg） 体积 V(m3) 哈尔滨工程大学本科生课程设计 8 续表 DB DB/AP/Al DB/AP/Be PU/AP/Al PU/AP/Be CTPB/AP/Al CTPB/AP/Be HTPB/AP/Al PBAN/AP/Al 而给定发动机的体积范围为 V,貌似每一种推进剂都满足要求。 但是另一方面，考虑到质量流量 m‧ ≈ 23kg/s，并假定喷管充分膨胀，即出口压力与环境压力相等，那么出口喷气速度大小为 ue=Fp/m‧ =。 而 PU/AP/Al 与 CTPB/AP/Al、 CTPB/AP/Al 与 HTPB/AP/Al 和 PBAN/AP/Al 和 PU/AP/Al 质量和体积都一样，我们可以选择其中的一组作为计算来分析其特性和相应参数。 现 初步选定 取如下 三组装药具体计算如表 ： 哈尔滨工程大学本科生课程设计 9 表 名称 项目 质量（ kg） 体积（ m3） DB DB/AP/Al DB/AP/Be 具体选择哪一种和其详细的尺寸将在第三章星形装药讨论之后确定。 小结 本章主要通过讨论由原始设计要求总冲 I，比冲 Is，平均推力 Fp以及火箭发动机的几何尺寸要求，再根据可选择的推进剂能量特性，选择相应的满足要求的装药。 这是发动机设计过程中必不可少的一个环节，也是它的理论基础和需要做的第一步。 但是，光有这些还远远不够，我们还要控制推进剂燃烧的速度，并建立初始压强等。 下一章，我们将讨论怎么在规定的时间内将推进剂又好又快的燃烧所满足的装药形状。 哈尔滨工程大学本科生课程设计 10 第三章 星形装药的内弹道特性 概说 内弹道是从枪炮技术中引进来的一个词，它研究的是发射过程中弹丸在膛内压强的变化。 在固体火箭发动机的早期研究中，也将发动机内部工作过程作为内弹道问题来研究， 其核心问题是确定燃烧室内压强岁时间的变化，所谓内弹道计算就是计算燃烧室的压强。 但是，随着发动机的发展，由于燃气气流流动速度的增大，燃烧室内的压强不仅随时间变化，而且沿着轴向方向也有变化，还应该考虑压强在空间中的分布规律。 因此，燃烧室的压强计算不仅涉及其中的流动过程，实际上已经逐渐发展成为燃烧室内压强和气动流场的计算。 燃烧室的压强是一个很重要的参数。 首先，其直接决定发动机的推力；然后，它决定发动机工作时间的长短；最后，它还是保证发动机稳定工作的必要条件。 一般来说，燃烧室中压强与燃气生成率有关系。 如果燃烧室内 燃气生成率不断增加，超过流率，压强就会增加；反之，就会减少；当燃气的生成率和流率相等时，压强趋于稳定。 在发动机的启动过程中，有一个点火过程，这个过程便是燃烧室内压强的建立过程。 当发动机点火后，产生的燃气迅速扩张到腔内并使腔内的压力升高直到稳定，这是压强的上升段；而后，压强有一段时间的稳定，这便是发动机的工作段；最后由于推进剂的消耗，燃气生成率小于流率，腔内压强减小，这便是压强的拖尾段。 在众多的装药选择中，有一种装药 —— 星形装药 —— 尤其受到广泛的运用。 其优点在于侧燃燃面大，能够产生大推力；并且能够通过控制 燃面的形状而选择增面、减面或者恒面燃烧，满足相应的推力要求。 这将在以下章节详细介绍。 哈尔滨工程大学本科生课程设计 11 燃速与压强和温度的关系 固体推进剂的燃速除了受推进剂本身性质的影响以外，还受到压强、初温、气流速度等的影响，这就是推进剂的燃速特性。 对绝大多数推进剂来说，燃速岁压强的增加而显著增加；有的推进剂则随压强的增加而增加较少甚至保持不变。 燃速： r=dedt； de 是沿燃面法线方向的垂直距离的变化； 通常用的推进剂燃速与压强的关系式有： r=a+bp (31) r=bp (32) r=a+bpn (33) r=apn (34) 又有： m‧ =ρ pAbr (35) ρ p推进剂密度，定值； Ab是装药燃烧表面积。 另一方面，推进剂受初温的影响比较显著，随着初温的升高，燃速提高。 初温的变化范围，应该包括在发动机使用中可能遇到的温度。 一般为 50℃ ～+50℃。 一般取 20℃作为实验温度。 ς p=[1r ∂r∂Ti]p=[∂Inr∂Ti]p (36) ς p=[1r △r△Ti]p=[Inr2−Inr1T2−T1]P (37) 从燃速的指数公式来看，如果压强指数 n不随初温变化，则由 哈尔滨工程大学本科生课程设计 12 Inr=Ina+nInp 可得到 ς p=[∂Inr∂Ti]p=dInadTi (38) 在保持压强不变的情况下，燃速的温度敏感系数可以写成 ς p=1r drdTi。