粒子流量可调的喷管烧蚀试验方法

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国外固液发动机喷管用烧蚀材料试验研究

地预示，那是因为燃烧产物和含碳物的碳以无穷比例反应，烧蚀
发动机和固体发动机上的与
表面温度的相对关系。图中Ｂ
率是和反应物质的浓度以及物质
通过边界层的扩散率成比例的，可以下面的数学公式来表达：
应。
醛，／的测试与分析，结果表明分碳碳析测试方法对喷管设计是有效的，由于燃烧产物的影响，同种材料在固液
发动机中的烧蚀率要高于固体发动
机。
目前固液发动机使用的喷管
国外对烧蚀材料烧蚀机理的
ｐ
Ｏ１５．Ｏ１
Ｏ２５．６４
分析主要包括燃烧产物的分析，
＊注：液发动机用推进剂为ＨＴＰ／０固Ｂ液
本文２０ —３１０２０ —６收到，作者系上海航天技术研究院第８６究所助理工程师０研
材料主要借鉴固体发动机，与固
体发动机的喷管材料比较接近，研究认为，材料在发动机工作过程中产生的物化反应以及烧蚀机理主要与推进剂反应产生的燃烧气体的组成有关，过分析和了通
为了评估和分析不同材料的性能，必须对喷管用烧蚀材料在喷管的运动中热传递和烧蚀机理有所了解，图１是比较充分描述了喷管用烧蚀材料在热运动过程中的烧蚀特征曲线。为了对喷管用烧蚀材料进行综合的热分析，包括对烧蚀材料的烧蚀分解的预测，设计了有关的烧蚀材料热分析流程图，见图２。

固体火箭发动机长尾喷管烧蚀实验研究

ｏｅａｂａｉｎｔｓｅｅｃｒｉｄｏｔｎｅｔｄｔｄａｌｔｎｉｇｓｗｅｃｉｖｄＯｅｏｈｒｈｄ，ｎｍｅｉａｅｅｒｈｓｖｄｏｄａｌｔｅｔｒａｒｕ，ａｄｔｓａａａａｉｍａｅｒａｈｅｅ．ｎｔｔｅａｏｗｅｎｂｏｅｈｎｕｒｌｒｓａｃｅｃ
７０７）１０２（北工业大学燃烧、动与热结构国家级重点实验室，安西流西
摘要：通过研究长尾喷管烧蚀机理，建立了一套模拟长尾喷管烧蚀的实验方法，设计了研究长尾喷管发动机烧蚀性能的实验装置，并进行了正常状态和过载状态下的长尾喷管烧蚀实验，同时获得了烧蚀实验数据及烧蚀形貌。通过建立的数
ｏｈｌｔｎｏｅｔｉｉｏｚｅｗｒｏｅｎｕｒａｅｕｔｅｅｃｍｐｒｄｗｉｅｔｒｓｌ．Ｔｅｒｓｌｈｗｈｔｔｓｎｔｅａａｉｆａｌｐｎｚｌｅｅｄｎ，ａｄｎｍｅｉｌｒｓｌｗｒｏａｅｔｔｓｅｕｔｂｏｈｔｐｅｃｓｈｓｈｕｔｓｏｔａｅｔｅｓｒｓｌｇｅｗｉｕｒａｓｌｏａｃｒｉｘｅｔｎｈｕｒａｉｌｔｎｍｅｈｓｅｅｔｅｅｕｔａｅｔｎｍｅｃｒｕｔｔｅａｎｅｔｎ，ａｄｔｅｎｍｅｃｌｓｓｒｈｉｌｅｓｔｉｍｕａｉｔｏｉｆｃｉ．ｏｄｖＫｅｒｓｓｌｏｋｔｍｏｏ；ｉｉｏｚａｌｔｎｔｓｏｅｌａｙｗｏｄ：ｏｉｒｃｅｔｒｔｌｐｎｚｌｂａｉｅｔ；ｖｒｄｄａｐｅｅ；ｏｏ

固体火箭发动机长尾喷管烧蚀实验研究

固体火箭发动机长尾喷管烧蚀实验研究引言：固体火箭发动机作为一种重要的航天推进系统，在航天领域具有广泛的应用。

其中，长尾喷管作为固体火箭发动机的关键部件之一，其烧蚀问题一直是制约固体火箭发动机发展的重要因素之一、本文将对固体火箭发动机长尾喷管烧蚀问题进行实验研究，以期为固体火箭发动机的烧蚀问题提供可靠的解决方案。

一、固体火箭发动机长尾喷管烧蚀问题的原因1.高温气流的冲蚀作用2.高速气流的冲击作用由于喷管内的燃烧产物通过喷嘴加速喷射出来，形成了高速气流。

高速气流对喷管内壁产生冲击作用，使得喷管内壁材料的表面逐渐磨损，加剧了喷管的烧蚀程度。

3.热应力的作用由于固体火箭发动机长时间工作，喷管内壁温度高，使得喷管内壁材料受到热应力的作用，从而导致喷管材料的烧蚀。

二、固体火箭发动机长尾喷管烧蚀实验研究的实验方法1.实验材料的选择在研究固体火箭发动机长尾喷管烧蚀问题时，需要选择符合实验要求的材料。

材料要具有良好的耐高温、耐冲蚀性能，同时要加载到实验设备中方便实验操作。

2.实验设备的搭建为了模拟固体火箭发动机中长尾喷管的工作环境，需要搭建一套实验设备。

实验设备应包括高温高速气流产生装置、喷管烧蚀模拟装置和数据采集系统。

3.实验参数的选择在进行实验研究时，需要合理选择实验参数，如高温气流温度、压力等。

实验参数的选择应参考固体火箭发动机的实际工作条件，并在此基础上进行合理的调整。

4.实验过程的控制在进行实验时，需要控制实验过程中涉及的各个因素，并对实验过程进行严格的监测与记录，以保证实验数据的准确性。

三、固体火箭发动机长尾喷管烧蚀实验研究的结果与分析通过对实验数据的采集与记录，可以得到固体火箭发动机长尾喷管烧蚀实验的结果。

根据实验结果，可以分析烧蚀程度与实验参数之间的关系，以及不同材料对烧蚀程度的影响等。

根据实验结果与分析，可以得到以下结论：1.实验参数对固体火箭发动机长尾喷管烧蚀程度具有重要影响。

一些参数，如高温气流温度、压力等，与喷管烧蚀程度呈正相关关系，而其他一些参数，如高温气流流速等，与喷管烧蚀程度呈负相关关系。

ABC火箭技术之　自适应烧蚀环氧树脂喷管

ABC火箭技术之自适应烧蚀环氧树脂喷管ABC火箭技术之自适应烧蚀环氧树脂喷管这也是我的＂小型制式模型发动机技术＂的成果之一发动机机的效率很大程度上决定于工作压力, 而压力是通过喷管收敛段形成的喷燃比维持的, 如果发动机工作全过程都能维持适当的压力,那效率就高.目前大多人做的药柱都是比较落后的直接浇入发动机的增面燃烧药柱, 我发表的"粉压推进剂"也是增面燃烧型. 即燃烧面积是由小到大变化的, 而喷喉面积却是固定的, 这就造成了开始时压力太低,而工作后期却太大了, 波动非常大, 造成了燃料的浪费.鉴于这些问题,我设计了"自适应烧蚀环氧树脂喷管" , 即喷管面积随燃烧的进行而烧蚀扩大,配合药柱面积的扩大,从而使发动机室压的波动大幅减小, 提高了燃烧的使用效率,同时避免了压力过高,安全性也有增加.自适应喷管的第一个要求就是喷管材料有适当的烧蚀速度，烧蚀在这里可以分成两种，第一种是冲刷烧蚀，即低强度材料在发动机的高速喷射气流冲刷下被扩孔，第二种为高温烧蚀，即喷管材料受高温气流回热分解而扩孔．第一种烧蚀方式要求材料强度低，这是明显是不适用的，如果在业余发动机这样的喷射速度下都会发生扩孔的话，那说明这种材料强度太低了，根本无法承受发动机的工作压力．典型的材料是石膏，冲刷烧蚀和高温烧蚀同时存在，烧蚀并不是层状进行的，最后喷口已经不成圆形了，而且只要发动机压力上去了，整个石膏喷管马上被压成粉碎．第二种烧蚀方式才是我们需要的，在低温下强度低而高温时会缓慢分解（注意是分解，不是熔化）的材料有哪些呢？答案是：复合材料．普通复合材料是环氧树脂与玻纤或碳纤的结合，而我的配方就是热固性树脂与粘土粉．这是可以实现层状烧蚀的配方事实证明了我的思考是可行合理的，静推力测试了两枚发动机，发射了三枚发动机，非常成功．好，开始制作自适应烧蚀喷管．<一> 配方：粘土粉（或水泥粉，黄泥粉）80%--85% （可以加入１／３细砂）环氧树脂（或农机胶，ＡＢ胶）15%-20%<二>:制作准备准备好粘土粉，这是农机胶环氧树脂性能非常好，有条件可以买一套，一公斤装40-50元将截好的PVC管做"缩口"处理.混合胶水的两个组分,一定要充分混合搅拌,用力地,充分地搅拌混好的"喷管复合材料", 是像湿泥状的<三> 喷口的压制.20MM 管装5克-6克比较合适, 批量制作是一定要准确称量,这样能保证一致装入发动机外壳用一根接近PVC管内径的木棒或者其它合适的棒, 铁锤敲实, 要用力敲.三小时小,材料初步固化, 用2.5-3MM 的钻头钻孔, 这时不未完全硬用小锉甚至螺丝批都时可以钻得穿的,右边就是做好的喷管,而左边是模具压出的拉氏喷口,关于成型模具会另有篇章介绍.非常正的喷管<四> 测试好, 每个发动机装9克粉压黑火药推进剂进行点火测试强, 推力的比冲都大有提升工作后的喷口初始喷口3MM, 工作后喷口直径为4.8MM喷管的内喉, 仍然是很正的,圆直的. 说明烧蚀是层状发生的, 不错技术总结：自适应烧蚀环氧树脂喷管，我们简称为树脂喷管树脂喷管在十小时后即完全干固, 强度和硬度都非常高,用指甲不能对其任何破坏,也不能在其表面画出痕迹,而且是有韧性的,耐压和耐冲击性能突出, 除非发动机外壳炸裂,它不可能被压力破坏,它可以进行机械加工, 用钻头钻出的孔是光滑的,没有崩口,可以用刀削用砂轮磨用钢锯锯,加工成想要的形状.环氧树脂和农机胶我都试制过,效果是一样的, 而AB胶未试过,AB 胶品种繁多,注意不能用快干型的,不然没等你做好就干了. 树脂多些混合会容易些,强度和一致性好,但不宜高于20%. 胶少些成本就低些,也稍耐烧些,但需要更大的压制压力,最低的树脂含量不小于12%.树脂喷管干固过程不存在收缩,这是非常可贵的特点, 直接在发动机外壳内成型, 能过管口缩口和树脂本身的粘接力,与外壳成为一体, 接合强度很高, 每次制作出的喷管在强度和尺寸等方面都是很稳定的.树脂喷管是自行固化的,这是它的另一个可贵的特点. 这意味着里面没有水分不需要干燥,结合它的初始成型性,可以在压好喷管后跟着压入推进剂,使制作过程变成流水作业,-同时制作工序很少,以十枚一批量制作,只需用时不到30分钟.----这是可以高速制作的一次成型喷管 ,由于强度高,树脂喷管可以应用在大型发动机. 在小型发动机里,喷口从3MM烧蚀到4.5MM,面积扩大到原来的2.5倍. 而假如大型发动机喷口直径为10MM, 烧蚀到12MM后, 喷管面积为原来的1.5倍不到. 这样的烧蚀水平是可以接受的甚至是理想的,配合药柱燃烧面设计可以很好的协调压力.似乎树脂喷管唯一的缺点就是会被烧蚀，在某些场合，这是极大的缺点，但在这里，我们利用了这个缺点，成为了优点．我的使用结果表明，树脂喷管是值得大家去尝试和使用的．自适应烧蚀喷管与粉压BP推进剂的结合在"ABC微型火箭技术－为初学者设计的快速制作技术"已经详细介绍了粉压推进剂和卷芯喷管,粉压推进剂在小型发动机里是很好的燃料.而卷芯喷管虽然制作快,但缺点也指明了,强度低制作质量容易受制作技巧影响.现在有了树脂喷管,卷芯喷管应该退出舞台了.粉压推进剂的深内孔药柱和烧蚀树脂喷管的结合,使两者的优缺点互补,甚称完美.一型和二型推进剂是配合卷芯喷管的低强度而设计的, 而对于树脂喷管,强度根本不是问题, 燃料的适应些就强多了,可以放心使用高燃速的配方.我测试使用的三型BP燃料,装药量为9克,配方:三型BP燃料 KN:75% C:15% S:10% 花生油:10滴每10克燃料9克药柱尺寸: 16MM内径, 长30MM密度: 约1.5克/ CM3树脂喷管喷口直径: 2.5MM-3MM工作后喷管直径: 4.5MM-5MM (BP燃烧温度高,使用KNDX时,烧蚀量会小些)燃料可以在树脂喷管干固后压入发动机,也可以在压入树脂喷管材料后,跟着压入燃料,在喷管干固后,钻出喷口并打药柱内孔.使用喷口面积固定卷芯喷管时,一型推进剂喷口直径限制为3MM. 二型为4MM. 而三型推进剂则必须为5MM才不至于爆. 因为是内孔型药柱, 燃烧面积在最后是达到最大,喷口直径就是根据燃烧面积最大值设计的, 这样开始阶喷燃比就很低, 发动机是烧了一段时间才开始有推力的, 燃料白白浪费了.使用树脂喷管, 用一型号和二型推进剂时喷口直径可以做成2MM,三型可以做成2.5MM. 随着燃烧的进行,最终扩大到4.5MM到5MM,刚好就是最大燃烧面积里需要的喷口直径. 这样就比喷口面积固定是提前产生了推力, 而工作压力峰值不需要提高.燃料效率提高了.9克装药发动机的点火测试注意秤指针的起始位置效率提高的证据, 在喷射气流还这么小是推力就已经产生推力很平稳的上升可能药柱压得不是太好,来了个喘燃4克装药发动机发射测试用一根竹秆稳定起飞升空工作后的发动机由于点火测非常频繁,测试台就快变碳了9克装药发动机工作后的近照左边是4克装药,右边是9克的4克装药的喷口工作后直径为4MM. 9克装药的工作后为5MM常温固化的环氧树脂配方，通常在30~60分钟开始固化，变的非常粘稠，12~24小时达到相当强度，但是不进行热处理，室温下达到最高强度需要一周甚至更长的时间。

实验指导书喷管特性测试实验

喷管特性测试实验一、实验目的：1、验证和加深理解喷管中气体流动的基本理论。

2、观察气流在喷管中各截面的流速，流量，压力变化规律及掌握有关测试方法。

3、熟悉不同形式喷管的机理，加深对流动的临界状态基本概念的理解。

二、实验装置实验装置总图如图1所示。

主要由真空泵和喷管实验台主体组成。

各部件作用及测量过程如下：图1 实验台总图图2 渐缩喷管图3 缩放喷管1.进气管2. 空气吸气口3. 孔板流量计4. U形管压差计5. 喷管6.支架7. 测压探压针 8.可移动真空表 9. 电机螺杆机构 10. 背压真空表11′.罐前调节阀11.罐后调节阀 12. 真空罐 13. 软管接头三、实验步骤1、用座标校准器调准“位移座标”的基准位置。

然后小心地装上要求实验的喷管。

（注意：不要碰坏测压探针）打开调压阀11。

2、检查真空泵的油位，打开冷却水阀门，用手轮转动飞轮1-2圈，检查一切正常后，启动真空泵。

3、全开罐后调节阀11，用罐前调节阀11′调节背压P b至一定值。

摇动手轮9使测压孔位置x自喷管进口缓慢向出移动。

每隔5mm—停，记下真空表8上的读数（真空度）。

这样将测得对应于某一背压下的一条P x/P1—X曲线。

4、再用罐前调节阀11′逐次调节背压P b，为设定的背压值。

在各个背压值下，重复上述摇动手轮9的操作过程，而得到一组在不同背压下的压力曲线P x/P1—X。

q m×103[xg/s]5、摇动手轮9，使测压孔的位置x位于喷管出口外30-40mm处。

此时真空表8上的读数为背压P b。

6、全开罐后调节阀11，用罐前调节阀11’调节背压P b，使它由全关状态逐渐慢开启。

随背压P b 降低（真空度升高），流量q m逐渐增大，当背压降至某一定值（渐缩喷管为P c，缩放喷管为P f）时，流量达到最大值q m,max，以后将不随P b的降低而改变。

7、用罐前调节阀11’重复上述过程，调节背压P b，每变化50mmHg一停，记下真空表10上的背压读数和U形管压力计4上的压差△P（mmH2O）读数（低真空时，流量变化大，可取20mmHg；高q在座标纸上绘出流量真空时，流量变化小，可取10mmHg间隔）将读数换算成压力比P b/P1和流量m曲线8、在实验结束阶段真空泵停机前，打开罐调节阀11’，关闭罐后调节阀11，使罐内充报导。

喷管特性实验

喷管特性实验Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998喷管特性实验一、实验目的1.验证喷管中气流的基本规律，加深对临界压力、临界流速和最大流量等喷管临界参数的理解。

2.比较熟练地掌握压力、压差及流量的测量方法。

3.重要概念1的理解：应明确在渐缩喷管中，其出口处的压力不可能低于临界压力，流速不可能高于音速，流量不可能大于最大流量。

4.重要概念2的理解：应明确在缩放喷管中，其出口处的压力可以低于临界压力，流速可高于音速，而流量不可能大于最大流量。

二、实验装置整个实验装置包括实验台、真空泵（规格为1401型，排气量3200L/min）。

实验台由进气管、孔板流量计、喷管、测压探针、真空表及其移动机构、调节阀、真空罐等几部分组成，如图6-4所示。

图6-4 喷管实验台1-进气管；2-空气吸气口；3-孔板流量计；4-U形管压差计；5-喷管； 6-三轮支架；7- 测压探针； 8-可移动真空表； 9-位移螺杆机构及位移传感器； 10-背压真空表；11-背压用调节阀；12-真空罐；13-软管接头；14-仪表箱；15-差压传感器；16-被压传感器；17-移动压力传感器进气管为φ57×无缝钢管，内径φ50。

空气从吸气口入进气管，流过孔板流量计。

孔板孔径φ7，采用角接环室取压。

流量的大小可从U形管压差计或微压传感器读出。

喷管用有机玻璃制成，配有渐缩喷管和缩放喷管各一只。

根据实验的要求，可松开夹持法兰上的固紧螺丝，向左推开进气管的三轮支架，更换所需的喷管。

喷管各截面上的压力是由插入喷管内的测压探针（外径φ）连至“可移动真空表”测得，由于喷管是透明的，测压探针上的测压孔（φ）在喷管内的位置可从喷管外部看出，它们的移动通过螺杆机构移动，标尺或位移传感器实现测量读数。

喷管的排气管上还装有“背压真空表”，其压力大小用背压调节阀进行调节。

真空罐直径φ400，起稳定压力的作用。

高浓度粒子冲刷条件下多向编织C／C材料烧蚀研究

ｌｏｃｉｔｙａｎｄｐａｒｔｉｃａｌｉｍｐａｃｔａｎｇｌｅ，ｔｗｏｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓｗｅｒｅｃｏｎｄｕｃｔｅｄＯＵｔｈｅａｂｌａｔｉｏｎｏｆｍｕｌｔｉ — ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌＣ／Ｃｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
陈莎，李江，刘洋，王磊
（西北工业大学燃烧、热结构与内流场重点实验室，西安７１００７２）
摘要：基于一种粒子速度、浓度可调的高浓度粒子侵蚀发动机，针对多向编织Ｃ／Ｃ复合材料开展２次粒子侵蚀实验，
蚀的重要因素，速度越高，浓度越大会导致粒子侵蚀更加严重。关键词：固体火箭发动机；Ｃ／Ｃ材料；粒子；烧蚀
中图分类号：Ｖ２５８文献标识码：Ａ文章编号：１００６ — ２７９３（２０１３）０４－０５５５－０４
ｍａｔｅｒｉ１．ａａｎｄｔｈｅＳＥＭｐｈｏｔｏｓｏｆｔｈｅＣ／Ｃｍａｔｅｉａｒｌｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｔｈａｔｔｈｅｈｉｇｈｏｖｅｒｌｏａｄａｂｌａｔｉｏｎｅｎｇｉｎｅｏｆｈｉｇｈｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｐａｒｔｉｃａｌｓｃａｎｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｅｒｏｓｉｏｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｉｎｓｕｂｍｅｒｇｅｄｎｏｚｚｌｅｏｆｆｕｌｌ — ＳＣｌｅａｒｏｃｋｅｔｍｏｔｏｒ．Ｔｈｅｒａｄｉａｌｐｏｔｉｒｏｎｏｆｔｈｅｉｆｂｅｒｂｕｎｄｌｅｓｅｘｈｉｂｉｔｓｏｂｖｉｏｕｓｆｒａｃｔｕｒｅｍｏｒｐｈｏｌｏｙ，ｇａｎｄｔｈｅｗｈｏｌｅｔｏｐｏｇｒａｐｈｙｉｓｎｏｌｏｎｇｅｒｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔａｆｔｅｒｔｈｅｅｒｏｓｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅａｒｅｄｉｆ－ｆｅｒｅｎｔｓｉｚｅｓｏｆｐｉｔｓｏｎｔｈｅｓｈａｆｔｒｏｄｓｕｒｆａｃｅｆｒｏｍｔｈｅＳＥＭｐｈｏｔｏｓｔｏｆｏｒｍｔｈｅｍｉｃｏｒｃａｖｉｔｙｍｏｒｐｈｏｌｏｙｇｔｈａｔｔｈｅｓｕｂｓｔｒａｔｅｓａｒｅｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｍｏｎｏｉｆｌａｍｅｎｔｓ．ＲｅｓｌｔｕｓｓｈｏｗｔｈａｔｐａｒｔｉｃａｌｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｎｄｖｅｌｏｃｉｔｙａｒｅｔｈｅｍｏｓｔｉｍｐｏｒｔａｎｔｆａｃｔｏｒｓｏｆＣ／Ｃｍａｔｅｉａｒｌｅｒｏｓｉｏｎ，ｔｈｅ

喷管特性实验_2

实验３喷管特性实验一、实验目的（1）巩固和验证有关气体在喷管内流动的基本理论，掌握气流在喷管中流速、流量、压力的变化规律。

（2）测定不同工况下，气流在喷管内流量m的变化，绘制流量曲线。

（3）测定不同工况时，气流沿喷管各截面（轴相位置X ）的压力变化情况，绘制1p p Xx-关系曲线。

二、实验装置三、实验原理1．喷管中气流的基本原理由连续方程、能量方程和状态方程结合声速公式KPV a =得：c dc M A dA ⎪⎭⎫ ⎝⎛-=12 马赫数M=c/a 显然，要使喷管中气流加速，当M<1时，喷管应为渐缩型（dA<0）；当气流M>1时，喷管应为渐扩型（dA>0）。

2．气体流动的临界概念喷管中气流的特征是dp<0，dc>0，dv>0，三者之间互相制约。

当某一截面的速度达到当地音速时，气流处于从亚音速变为超音速的转折点，通常称为临界状态。

临界压力比112-⎪⎭⎫ ⎝⎛+=K KK ν，对于空气，ν=0.528当渐缩喷管出口处气流速度达到音速或缩放喷管喉部达到音速时，通过喷管的气体流量便达到了最大值，或成临界流量。

可由下式确定：图1 喷管实验装置系统1. 实验段（喷管）；2. 孔板；3. 探针移动机构；4. 孔板压差计5. 调节阀；6. 真空泵；7. 风道入口； 8. 背压真空表； 9. 探针连通的真空表； 10. 稳压罐 11. 调节阀 12. 实验台支架11121212min max V PK K K K A m ⋅-⎪⎭⎫ ⎝⎛++= 式中：min A —最小截面积（对于渐缩喷管即为出口处的流通截面积；对于缩放喷管即为喉部的面积。

本实验台的两种喷管最小截面积均为11.44）。

3．气体在喷管中的流动（1）渐缩喷管渐缩喷管因受几何条件（dA<0）的限制。

有公式可知：气体流速只能等于或低于音速（a C ≤）；出口截面的压力只能高于或等于临界压力（c P P ≥2）；通过喷管的流量只能等于或小于最大流量（max m m =）。

喷管实验指导书(2010.11.24)

喷管实验指导书一、实验目的及要求1、验证并进一步加深对喷管中气流基本规律的理解，牢固树立临界压力、临界流速和最大流量等喷管临界参数的概念。

2、比较熟练地掌握用常规仪表测量压力（负压）、压差及流量的方法。

3、重要概念1的理解：应明确在渐缩喷管中，其出口处的压力不可能低于临界压力，流速不可能高于音速，流量不可能大于最大流量。

4、重要概念2的理解：应明确在缩放喷管中，其出口处的压力可以低于临界压力，流速可高于音速，而流量不可能大于最大流量。

5、应对喷管中气流的实际复杂过程有所了解，能定性解释激波产生的原因。

二、实验装置整个实验装置包括实验台、真空泵。

实验台由进气管、孔板流量计、喷管、测压探针真空表及其移动机构、调节阀、真空罐等几部分组成，见图1。

图1喷管实验台1.进气管2. 空气吸气口3. 孔板流量计4. U形管压差计或差压传感器5. 喷管6.三轮支架7. 测压探压针 8.可移动真空表 9. 位移螺杆机构及位移传感器 10. 背压真空表 11. 背压（罐前）调节阀12. 真空罐13. 软管接头14、仪表箱15、差压传感器16、被压传感器17、移动压力传感器进气管（1）为ф57×3.5无缝钢管，内径φ50。

.空气吸气口（2）进入进气管，流过孔板流量计（3）。

孔板孔径φ7，采用角接环室取压。

流量的大小可从U 形管压差计（4）或微压传感器读出。

喷管（5）用有机玻璃制成。

配给渐缩喷管和缩放喷管各一只，见图二和图四。

根据实验的要求，可松开夹持法兰上的固紧螺丝，向左推开进气管的三轮支架（6），更换所需的喷管。

喷管各截面上的压力是由插入喷管内的测压探压针（7）（外径φ1.0）连至“可移动真空表”（8）测得，它们的移动通过螺杆机构移动，标尺或位移传感器（9）实现。

由于喷管是透明的，测压探针上的测压孔（φ0.5）在喷管内的位置可从喷管外部看出，也可从装在“可移动真空表”下方的指针在“喷管轴向坐标板”（在图中未画出）上所指的位置来确定。

热力学喷管实验指导书

空气在喷管中流动性能测定实验一、实验目的：1、验证和加深理解喷管中气体流动的基本理论。

2、观察气流在喷管中各截面的流速，流量，压力变化规律及掌握有关测试方法。

3、熟悉不同形式喷管的机理，加深对流动的临界状态基本概念的理解。

二、实验原理：1、喷管中气体流动的基本规律气体在喷管中作一元稳定等熵流动中，压力降低，流速增加。

气流速度C ，密度ρ及压力P 的变化与截面A 的变化及马赫数Ma （速度与音速之比）的大小有关。

它们的变化规律如下表： dx d ρ dx d ρ （1）在亚音速（Ma<1）等熵流动中，气体在0<dx dA 的管道（渐缩管）里，速度C 增加，而密度ρ，压力P 降低，在0>dx dA 的管道（渐扩管）里，速度C 减小，而密度ρ，压力P 增大。

（2）在超音速（Ma>1）等熵流动中，气体在渐缩管中，速度C 减小，而压力P ，密度ρ增大，在渐扩管中，速度C 增加，压力P ，密度ρ降低。

（3）在Ma=1，即达到临界流动状态，此时，压力为临界压力，气流速度为音速。

2、喷管中流量的计算（1）理论流量：根据气体一元稳定等熵流动中，任何截面上质量流量都相等，且不随时间变化。

流量大小由连续方程、动量方程、能量方程及绝热气体方程，等熵过程方程，得到气体在喷管中流量的计算式：⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-⋅-==+00011221211002222)()(12γγγγγP P P P V P A V C A q m （kg/s ）式中：0γ—绝热指数C2—出口速度m/s A2—出口截面积m2V2—出口比体积（m3/kg ） P2—出口压力（MPa ）P1—进口压力（MPa ） V1—进口比体积（m3/kg ）若：P1=P2时 0=m q P2=0时 0=m q ，即在0＜P2≤Pc 渐缩喷管的出口压力P2或缩放喷管的喉部压力Pth 降至临界压力时，喷管中的流量达最大值，计算式如下：1112000min max ,)12(12V P A q k m ⋅++=-γγγ 临界压力Pc 为：11000)12(P P c ⋅+=+γγγ将0γ=1.4代入Pc=0.528P1（2）、实测流量由于气流与管内壁间的摩擦产生的边界层，减少了流动截面，因为实际流量是小于理论流量，本实验台采用孔板流量计来测量喷管的流量。

“烧蚀模式”激光推进的实验研究

第16卷　第11期强激光与粒子束Vol.16,No.11　　2004年11月HIGH POWER LASER AND PARTIC LE BE AMSNov.,2004　文章编号:　100124322(2004)1121380205“烧蚀模式”激光推进的实验研究X童慧峰1,2,　唐志平1,　胡晓军1,　龚　平1,李　静1,　蔡　建1,　王声波3,　林丽耘3(1.中国科学技术大学力学和机械工程系,中科院材料力学行为和设计重点实验室,安徽合肥230026;2.中国工程物理研究院流体物理研究所,四川绵阳621900;3.中国科学技术大学物理系强激光实验室,安徽合肥230026) 摘　要:　采用单脉冲激光进行了大气环境下激光烧蚀小钢珠实验,得到其推进效应参数,发现并分析了钢珠在不同放置位置(焦前与焦后)时不同的物理现象;为了得到一系列定量实验数据,采用自行研制的激光冲量靶仪进行了单脉冲激光烧蚀推进效应实验测试,得到了不同环境条件、不同靶材料的激光推进效应参数,并与国外的实验数据以及数值计算结果进行了比较。

实验表明,靶材料和激光功率密度是影响冲量耦合系数的主要因素,冲量耦合系数随环境气压的降低而升高。

关键词:　激光推进;　烧蚀模式;　推进参数;　激光冲量靶仪中图分类号:　O381;O432.12 文献标识码:　A 传统的卫星发射,需要大型的化学运载火箭。

受化学推进剂热值的限制,化学运载火箭的比冲量较低(约200～500),有效载荷比低(约1.5%),发射成本高。

人们一直在探索各种新的推进原理以改进传统的发射方式。

自60年代初第一台激光器诞生以来,激光技术及其应用已取得了长足发展。

1972年A.K antrowitz [1]提出用地基高功率脉冲激光推进微小卫星的设想,从而开辟了激光推进研究的新领域。

1989年Myrabo 等人[2]提出了贯穿大气的光推进飞行器并称之为“光船”。

在90年代以后,多个国家的科研小组开始进行激光推进发射小卫星的理论和实验方面的研究,在我国也已经有科研小组开始这方面的研究工作。

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