固体火箭发动机设计复习题答案

1. 画简图说明固体火箭发动机的典型结构
参考书中的发动机图吧
2. 固体火箭发动机的质量比是什么？什么是质量比冲？
质量比：推进剂质量与发动机初始质量的比。

质量比冲：单位发动机质量所能产生的冲量。

3. 固体火箭发动机总体设计的任务是什么？
依据导弹总体提出的技术要求，选择并确定发动机总体设计方案，计算发动机性能，确定发动机主要设计参数、结构形式和主要结构材料，固体推进剂类别和药柱形式等。

在此基础上提出发动机各部件的具体设计要求。

4.请写出齐奥尔科夫斯基公式
式vm 中为导弹理想飞行速度，Is 为发动机比冲，mp 为药柱质量，mm 为发动机结构质量，ml 为导弹载荷量（除发动机以外的一切质量）
5.举出两种实现单室双推力的方案
（1）不改变喷管喉径，采用不同燃速的两种推进剂药柱，这两种药柱可前后放置，也可同心并列放置。

前者推力比受燃速比的限制较小，后者较大。

（2）不改变喷管喉径，采用一种推进剂的两种药形，通过燃面变化实现双推力。

该方法简单易行，但推力比调节范围较小。

（3）采用不同燃速的推进剂和不同药形，即同时用调节燃速和燃面的方法实现双推力。

该方法有较大的灵活性，推力比调节范围宽，实际应用较为广泛。

（4）采用可调喷管改变推力大小，可得到较宽的推力比调节范围，但结构复杂。

6.什么是最佳长径比？
最佳长径比——对应最佳直径的长径比
第二章
7. 什么是肉厚分数？
8.什么是装填密度、装填分数、体积装填分数？
ln 1p m s m L m v I m m ⎛⎫=+ ⎪+⎝⎭
9.星形装药燃面变化规律与几何参数的关系？
参考2-2节，P49
10.单根管状装药的设计过程？如何计算？
参考2-4节，P64
11.什么是线性粘弹性？
指当应力值低于某一极限值时，粘弹性态是近似线性的，即在给定的时间内，由阶跃应力所导致的应变与应力值成正比。

12.什么是时温等效原理？
各种温度条件下所获得的松弛模量（或其他力学性能数据），可以通过时间标度的适当移动而叠加；这也就是说，材料性能随温度的变化关系可以用改变时间标度相应地（等效）表示出来。

反过来，材料性能依赖于时间的变化，也可以靠改变温度条件相应地表示出来。

这种关系就叫做时-温等效原理
第三章
13.固体火箭发动机燃烧室的主要组成部分和功用。

对于贴壁浇铸推进剂药柱的燃烧室，通常由壳体、内绝热层和衬层组成；对于自由装填药柱的燃烧室，一般由壳体、内绝热层和挡药板组成。

壳体主要承受内压作用。

由于壳体还是弹体外壳的一部分，所以还要承受外载荷的作用。

内绝热层用来对壳体内壁进行热防护。

衬层的作用是防止界面间的分子迁移，使浇铸的药柱与内绝热层粘结更牢，并缓和药柱与内绝热层之间的应力传递。

挡药板用于防止自由装填的药柱的运动。

14.发动机燃烧室壳体受到的载荷有哪些？
分为内载荷、外载荷和连接载荷。

内载荷与发动机的工作有关，可分为静态和动态两种静内载：由燃气产生的内压、轴向推力和推力偏斜、惯性力以及温度梯度引起的热应力。

动内载：由点火冲击、内压瞬变、不稳定燃烧和推力终止引起的载荷
外载荷：发动机在贮存、运输、勤务处理、发射和飞行过程中，壳体会受到的各种外界静、动载荷
连接载荷：发动机上的辅助装置以及与壳体相连接的零、部件等对壳体作用的载荷
15.发动机燃烧室金属壳体应力分析的过程？连接处力的平衡方程和变形协调方程是什么？参考3-3节，P92
16.什么是网格理论？并利用网格理论对单一螺旋缠绕和螺旋加环向缠绕进行应力分析。

参考3-6节，P110
17.内绝热层的炭化率的大小对绝热层的影响？
参考3-7节，P114
第四章喷管设计
4.1喷管设计主要包括哪几个部分？
气动设计：确定喷管内型面，以便热能以最大可能转化为动能；
热防护设计：选择烧蚀和绝热材料，确定厚度和结构，以保持工作中的喷管型面，并使支撑结构温度在允许范围内；
结构设计：即喷管支撑结构设计，将各个部分组成整体并承受热之外的全部内外载荷；
4.2喷管热防护材料分为哪两种？
（耐）烧蚀材料：石墨、难熔金属、碳/碳复合材料、陶瓷和陶瓷复合材料，用于喉衬、收敛段和扩张段的燃气边界层。

绝热材料：用于喉衬的背壁和烧蚀层背壁的绝热层。

4.3什么是可延伸出口锥？
可延伸出口锥是将大扩张比的的喷管分成2~3节，最小的一节像普通喷管一样与收敛段和喉衬连接在一起，为固定出口锥；其余的收藏在固定出口锥的周围，为可延伸出口锥。

使用时有作动机构延伸出去使得扩张比变大。

4.4可调节喷管（带有梨形体）的调节原理是什么？如何计算？
可调喷管的收敛段、喉部和扩张段由喷管壳体内壁和调节锥体外壁组成，二者所形成的最小面积即为喉部面积，通过调节锥体位置可以改变喉部面积，进而改变流动过程，达到改变推力的功能。

锥体位置及喉部面积之间的关系为（推导过程详见P133）：
(
)
1 12
2
tan
sin2
R
x R Rα
α⎫⎪⎪
⎝⎭
=-+
X——锥体位置R1——喷管壳体最小截面半径R2——锥形体最大半径
α——喷管扩张角At——可调喷管真实喉部面积
4.5推力向量控制装置分为几类？举出几种典型的推力矢量控制装置以及对轴向推力的影响。

分为机械类（固定喷管、可动喷管和辅助发动机）和流体喷射类（液体二次喷射和气体二次喷射）。

对于轴向推力的影响详见P137表4-4。

第五章
5.1什么是发动机的点火延迟时间和药柱点火延迟期？影响药柱点火延迟期的因素有那些？
点火延迟时间t di：从点火讯号或指令给出的时刻起，到初始压强Pi建立止期间所对应的时间。

除另有要求，可按照连续上升至0.3MPa计。

药柱点火延迟期t ign：从电发火管通电到发动机燃烧室压强达到额定工作压强值的75~80%（此时认为药柱被点燃了）之间的时间。

5.2什么是发动机的点火压强峰？影响因素有哪些？
点火压强峰是发动机点火时产生的压强急升，可达为平衡压强的1~5倍。

影响因素：
✧点火药量过多、点火药燃烧产物中气相成分较多、点火药燃速高或者药粒小会使压
力峰升高；
✧药柱初温高，点火加热期加长，压力峰越高；
✧燃烧室自由容积越小，喷管破裂压强越大，压力峰越高；
✧推进剂组分，复合推进剂的压力峰一般比双基药低。

5.3电发火管的构造？什么是电发火管的最小发火电流和最大安全电流？
最简单的电发火管是由电桥丝、热敏火药、防潮保护漆和引线四部分组成的。

最大安全电流：以大小不变的直流电流，给电发火管在无限长时间中通电，100%不发火的电流称为“最大安全电流”。

最小安全电流：在规定时间内使该批电发火管100%发火的最小直流电流。

I=（注意式子中K B为最大值）
B
5.4点火药的种类及其比较。

5.5为什么要用点火发动机？通常采用的点火发动机药柱具有什么特点？
大型火箭发动机的点火如果采用点火药盒的话，所需点火药的质量也很大，在点火的时候会产生很大的振动和冲击，甚至引起发动机的破坏。

为了有效安全地点火，使用点火发动机。

由于点火发动机工作时间很短，一般采用大燃面小肉厚的药柱型面（如车轮型），同时装药燃速很高，使药柱不至于过于薄而难以制造。

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