【优】喷管PPT资料

（4）补充方程
状态方程： 等熵方程：
p RT
p k
Const
或
dp k d p
故完全气体在喷管中的一维定常等熵流动的控制方程为：
m VA Const
dp VdV 0
H
V2
Const
2
p RT
dp p
k
d
3. 拉瓦尔喷管的理论基础
几何喷管是依靠通道截面积变化使燃气膨胀加速， 以将燃气热能转换为动能。因此，研究燃气在喷管 中的流动特性就是研究在一维定常等熵流动条件下， 通道截面积的变化对燃气流动特性的影响。从而得 到燃气流动参数沿喷管轴线的分布规律。
M<1
M＜1 dA>0
V减小 p增大
M>1 dA>0
V增大 p减小
扩张管道中的流动变化
亚声速区
M<1 M=1
超声速区
M>1
拉瓦尔喷管原理图
（2）喷管截面变化对其他参数的影响
变化方向 参数
条件
收敛管道dA<0
M<1
M>1
扩张管道dA>0
M<1
M>1
dp/p
<0
>0
>0
<0
d/
<0
>0
>0
<0
dT/T
• 目前火箭发动机中最常用的是几何喷管，它是依靠喷管本身特殊的 几何形状来实现以上功能的。
• 本章主要讨论燃气在几何喷管中流动的基本规律，它是研究火箭发 动机性能参数的主要理论基础。
• 1. 流动假设
• 实践证明，燃气在喷管中的流动可简化为理想气体的一维定
• 常等熵流动问题来考虑，其具体假设条件为： 常内等移熵 动流，• 动此问时题喷来管由考内于虑气，流燃其速具度气体为的假亚设声轴条件向为流： 动速度分量大大地超过横向流动速度，认 因在此导， 弹研发• 究动燃机为气中喷在通喷过管管喷中管横的实截流施动推面特力性大上就小的是和研方气究向在的动一调参维节定与数常控等制（熵。速流动度条件、下压，通强道截、面密积的度变化和对温燃气度流动）特的性的分影响布。 过可膨用胀 物状理• 态焓H是p的e<变均pa化匀来代一替总致焓的，可按喷管横截面上的平均值表示，且其值不随时 因扩此张， 管参道 • 数中计的间算流变的动一变化般化步；骤为： 排(2)气为速避度•免是产衡生量激火燃波箭，烧发试动确产机定性物燃能烧为高室低内均的的一质最个低的重压要强、参。数组。成不变的理想气体； 0此m时m喷，管•燃内烧气室流压能燃强不p气断0=膨1在胀3. 加喷速管，在中喉部为达绝到临热界状、态无，出磨擦的等熵流动。 换注，意但 ：其一• 总定和的保ζ或持根ε由不据q变(λ。)以表可上得到假两设个速条度系件数，，其在它参喷数管也均通有两道个内相应，的解沿，x分轴别是取亚声d速x解段及微超声元速解体。来 反 的压变再化增 ，• 大 于， 是建喷 能立管 量内 方流正 程激可动波 写的移 成至基喉部本，方此时程喷管。内在气流x速与度为x+亚声d速x（处收燃敛段气）—压声强速（、喉部密）度—亚、声速温（度扩张、段）速。 对于组分• 和比度热与不变截的完面全积分别用
（1）喷管截面变化对流速的影响
由连续方程： d dV dA 0
V
A
由动量方程： M 2 dV d 0
V
两式消去
d
，得：
M2
1
dV V
dA A
M 2 1 dV dA VA
M＜1 V增大 dA＜0 p减小
M＞1 V减小 dA＜0 p增大
收敛段 进口截面
喉部 扩张段
收敛管道中的流动变化
与假设也是矛盾的。所以，流速也不可能增大； 那么能否维持M =1流动下去呢？这也是不可能的。因为截面积变化
喷管中燃气能量方程为
d (V 2 2
Ic )
0
对于组分和比热不变的完全 气体，其化学能不再变化，因此 可用物理焓H的变化来代替总焓 的变化，于是能量方程可写成
d (V 2 H ) 0 2
上式表明在一维定常绝能流动中，气体的焓 和动能可以互相转
换，但其总和保持不变。此式对有无磨擦的 情况都是适用的。
x
x
x
（2）动量方程
将 d ( pA AV 2 ) p dA 化简,
dx
dx
并引入 m AV Const 可得
mdV Adp
或
VdV dp 0
即作用在所取微元体内气体上的力应等于单位时间气体沿力 的方向上动量的变化。上式的负号表示动量的增量和力的增量正 好相反。
（3）能量方程
亚声(音)速流(M<1)和超声速流(M>1)对流 动参数变化的影响正好相反。
T/T0 /0 p/p0
M
012345678
（3）喷管流动的壅塞
从前面分析得知，亚声速流动在收敛 管道（dA<0）中将膨胀加速（dV>0）。 当亚声速流动马赫数达到M=1时，如果 管道继续收敛，流动速度将如何变化？
M1=1 dA<0
• 表示。
根据定常流动的假定，且由于 喷管内无燃气生成，则通过流动通 道各截面处气体的质量流量均相 等，故有
m : 气体的质量流量, kg / s
m VA Const
在dt时间内,微元 体中质量的变化量
( Adx)dt
tLeabharlann .在dt时间内, 气流m迁移使
m
微元体产生的质量变化量
.
( d x )(A A d x )d(xV V d x )d t
M2=?
首先，假设流速减小，dM <0，则有M2<M1，即声速流减速到亚声 速流动。但亚声速流动在收敛管道中应是加速的，即dM >0，这与假设
是矛盾的。所以，流速不可能减小； 其次，假设流速增大，dM >0，则有M2>M1=1，即声速流加速到
超声速流动。但超声速流动在收敛管道中应是减速的，即有dM <0，这
第四章喷管
• 喷管是火箭发动机的一个重要部件，它的主要功能有三个：
• 通过喷管喉部面积的大小控制燃气的流量，使燃烧室内的燃气保持 预定的压强，确保装药正常燃烧；
• 使推进剂燃烧产物通过喷管膨胀加速，将其热能充分转换为燃气的 动能，从而使发动机获得推进动力—推力；
• 在导弹发动机中通过喷管实施推力大小和方向的调节与控制。
<0
>0
>0
<0
dV/V
>0
<0
<0
>0
dM/M
>0
<0
<0
>0
由上表可得出如下基本规律： 压强（或密度）的变化方向与流速变化方
向总是相反的。故可将流动分为两 类：膨胀（dp<0）加速(dV>0)流动和压缩 （dp>0）减速(dV<0)流动，对应的管道 分别称为收敛与扩张管道。
截面积增大(dA>0)和截面积减小(dA<0)对 气体流动参数变化的影响正好相反。