2015年推力室基本性能计算大作业

2015年推力室基本性能计算大作业
题目：
研究CZ -2号第一级液体火箭发动机YF -20的推力室的高度特性。

已知：燃烧室压力c p =6.98MPa, 喷管面积比A ε=12.69, 喷管喉部直径t d =278mm, 推进剂质量流
量m
&=263.87kg/s, 燃烧温度c T = 3200K, 燃气比热比k =1.15, 燃气气体常数R =380J/kg.K. 要求编制计算机程序计算推力室推力F 和比冲s I 随飞行高度H (0~80km)变化的性能数据，绘制相应的高度特性曲线, 对计算结果进行分析。

理论方法：
由推力F 和比冲s I 公式： F =m u e +(p e −p a) I s =C ∗C F
可求出推力F 和比冲s I 随飞行高度H (0~80km)的变化。

公式推导：
根据F =m u e +(p e −p a)A e I s =C ∗C F ；
已知：m =263.87kg/s ；A e =A εA t =0.770267 ；T c = 3200K ；k =1.15 ；
R =380J/kg.K. ；t d =278mm ；A ε=12.69 ；c p =6.98MPa 未知：u e ； p e ； p a ；C ∗；C F ； 求 ：
由εA =
A e A t
=
√k (2
k+1)k+1
2
(k−1)
(p e p c
)k
√2k
k−1[1−(p
e p c
)
k
]
得
p e p c
=0.01062288
所以p e=7.415×104P a
故u e=√
2k
k−1
RT[1−(p e
p c
)k−1k]=2887.65m/s
C∗=1
C d =√RT
Γ
=1726.7832
C F=C F0+A e
A t (p e
p c
−p a
p c
)
由εA=12.69，k=1.15，查表得C F0=1.672273015 p a可由高度H确定。

p a=(1−
H 44330
)5255
总结：
F=m u e+(p e−p a)A e=（7.61964×105−0.770267p a）牛I s=C∗C F=(2887.78775-1.818×10−6p a)(m/s)
程序设计:
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <math.h>
#define N 80
double s[N];
int main()
{
int n;
FILE *lsssb;
double Pa,a,t,Cf,F,Is;
double Pc=6980,At=0.0607,Cf0=1.672273015,m=263.87; lsssb=fopen("file1.dat","w");
fputs("F,Is",lsssb);
for(n=0;n<=20;n++)
{
a=(1-0.02257*n);
if(a<=0)
{
a=0;
}
t=pow(a,5.256);
Pa=101.325*t;
Cf=Cf0+12.69*(0.01062288-Pa/Pc);
F=Cf*Pc*At;
Is=F/m;
s[n]=Pa;
fprintf(lsssb,"%10f %10f\n",F,Is);
printf("高度%2d千米 ",4*n);
printf("压强%10f千帕 ",s[n]);
printf("推力%10f千牛 ",F);
printf("比冲%10f米/秒\n",Is);
}
fclose(lsssb);
printf("\n");
return 0;
}
计算的原始数据:
A e=
A
A t=0.770267
p e=7.415×104P a
u e=√2k
k−1RT[1−(p e
p c
)k−1k]=2887.65m/s
C∗=1
C d
=
√RT
Γ
=1726.7832
F=m u e+(p e−p a)A e=（7.61964×105−0.770267p a）(牛) I s=C∗C F=(2887.78775-1.818×10−6p a) (米/秒)
结果与分析:
推力和比冲均和高度有关系。

结论:
火箭发动机的推力和飞行高度有关系，随着高度的增加外界大气压逐渐减小，推力则逐渐增大。

参考资料:
《固体火箭发动机原理》。