固体火箭推进剂课件
固体推进剂火箭发动机的基本问题(上册)
固体推进剂火箭发动机的基本问题(上册)目录11前言11第一章固体推进剂火箭发动机介绍——概论131．引言152．固体推进剂发动机的描述和发展简史172.1 现代固体推进剂发动机的描述172.2 发展简史213．分类233.1 第一级火箭发动机（助推器）243.2 用作末级的火箭发动机和用作空间飞行器的火箭发动机263.3 卫星的运载火箭283.4 探空火箭293.5 起制导和控制作用的辅助火箭发动机303.6 飞机助飞火箭发动机323.7 军事上的应用323.8 其它方面的应用354．固体推进的重要性375．本书内容简介50第二章喷管流动和特征参数581．准一元流理论——等熵膨胀621.1 引言621.2 准一元流方程的推导631.2.1 质量守恒631.2.2 动量守恒641.2.3 能量守恒661.3.1 简化的守恒方程681.3 等熵流动681.3.2 一种热容量为常数的单组分理想气体69 1.4 喷管流动721.4.1 等熵流动中的壅塞721.4.2 拉瓦尔喷管中的流动741.4.3 激波751.4.4 喷管中的非一元流791.4.5 喷管流动公式821.5 推力及火箭的性能参数831.5.1 推力公式的推导831.5.2 理论推力公式；最大推力841.5.3 推力系数851.5.4 特征速度871.5.5 比冲881.5.6 其它性能和设计参数902．多组分反应气流的影响912.1 引言912.2 冻结或平衡等熵流动912.2.1 冻结流动922.2.2 平衡流动952.2.3 平衡喷管流动与冻结喷管流动性能的比较96 2.3 松弛流动973．两相流动效应993.1 引言993.2 理论；对性能的影响1003.2.1 无颗粒滞后的两相流动1003.2.2 有颗粒滞后的两相流动方程1023.2.3 无因次滞后参数τ1043.2.4 大滞后极限τ》11063.2.5 小滞后极限τ《11073.2.6 关于τ等于中间值的数值计算1083.2.7 本章第3.2.2节内理论中所忽略现象的影响109 3.3 对喷管设计的影响1103.4 实验结果1114．喷管热交换1124.1 引言1124.2 无冷却喷管壁中的非稳态热传导1144.3 通过附面层的稳态湍流热交换1154.4 热交换的进一步考虑1185．关于其它偏离理想条件的讨论1205.1 非一元流对喷管性能和设计的影响1205.2 附面层的生成1225.3 喷气流分离1245.4 向外的排气流与周围环境的相互作用1256．推力矢量控制1276.1 引言1276.2 机械控制面1286.3 流体喷射1296.3.1 现象描述1296.3.2 理论分析1316.3.3 与实验结果的比较1326.3.4 喷射流体的选择1346.3.5 热气活门1356.4 机械式与流体喷射式推力矢量控制的比较135 7．固体火箭发动机与喷管设计新概念的配合问题135第三章固体推进剂性能1431．引言1461.1 混合比的定义1471.2 推进剂和燃烧产物的组分1501.2.1 推进剂——均质推进剂和异质推进剂1501.2.2 燃烧产物1572．理论性能计算1612.1 平衡组分方程1612.1.1 基本组分的定义1612.1.2 控制方程——原子守恒方程和化学平衡方程165 2.2 平衡组分的简化计算1712.2.1 气态燃烧产物1712.2.2 含有一种凝结物质的燃烧产物1762.3 计算平衡组分的一般方法1782.3.1 哈夫法1792.3.2 怀特法1832.3.3 布林克莱法1862.4 将布林克莱法应用于含H、Li、Be、B、C、Al、N、Cl、O 和F的推进剂的示例1912.5 推进剂性能的计算1962.5.1 平衡混合物热力学1972.5.2 性能计算——绝热火焰温度；性能计算的一般问题；冻结喷管流动的性能；平衡喷管流动的性能；影响系数；某些推进剂的性能2002.6 关于导致最大性能的固体推进剂组分的研究2122.6.1 关于高能燃烧剂添加剂的研究2122.6.2 关于粘结剂的研究2142.6.3 关于氧化剂的研究2152.6.4 关于液体喷射的研究2172.6.5 备注2173.1.1 以压力测量为依据的方法2183．性能的实验测定2183.1 实验室方法2183.1.2 以速度测量为依据的方法2193.2 火箭发动机实验2223.2.1 普通的实验台2223.2.2 发动机中气体流速的测量2254．理论与实验的比较227第四章发动机工作2301．引言2332．各种燃速规律2342.1 曾经提出过的燃速规律（某些参数的影响）2352.2 测定燃速的方法2393.1 端面燃烧药柱2423．发动机工作特性（压力和药厚随时间的变化）242 3.2 中心开孔的药柱2463.3 推进剂药柱的几何形状2543.4 球形药柱2683.5 双燃速固体推进剂药柱2713.6 关于发动机工作期间所得压力-时间曲线的备注281 4．在特定情况下发动机几何形状的最佳化2835．固体升华发动机2896．结束语292第五章稳态燃烧现象的实验研究2961．引言2972．双基均质推进剂的燃烧3002.1 研究均质固体推进剂的实验方法3012.2 实验结果3053．异质推进剂组分物理化学特性的确定3073.1 线性热分解率3083.1.1 测量装置3083.1.2 实验结果3153.1.2.1 燃烧剂3153.1.2.2 氧化剂3153.1.3 热分解测量的重要性3183.2 某些氧化剂的燃速3184．为分析异质固体推进剂燃烧机理而提出的模型实验323 4.1 氧化剂小球在气态燃烧剂气流中的燃烧3244.2 多孔芯燃烧器3304.3 气相中的化学反应动力学3344.4 压制的固体推进剂试件3354.5 金属的燃烧3425．关于异质推进剂燃烧机理的研究3445.1 直接方法3445.2 间接方法3555.2.1 低压区间3555.2.2 中等压力（5～50大气压）区间357 5.2.3 平台区间3615.2.4 高压（p＞100大气压）区间3645.3 关于燃烧区的总结365第六章固体推进剂稳态燃烧理论3711．气动热化学基本方程3741.1 引言3741.2 方程的由来3751.3 控制方程组的积分式3751.4 控制方程组的微分式3771.5 传递现象；反应率3791.6 热力学关系；变量数目的计算3821.7 交界面处的守恒条件3832．均质固体推进剂燃烧理论3852.1 绝热理论3852.1.1 简史3852.1.2 赖斯-金内尔及帕尔-克劳福德理论387 2.1.3 约翰逊-纳赫巴和斯波尔丁理论390 2.1.3.1 关于约翰逊-纳赫巴模型的定义390 2.1.3.2 控制气相问题的基本方程组3912.1.3.3 气相问题的边界条件3922.1.3.4 气相问题的无因次数学表达式3932.1.3.5 气相问题解的上下界3952.1.3.6 气相问题的迭代解3972.1.3.7 表面气化过程3992.1.3.8 无反向表面气化率定律的推导3992.1.3.9 表面平衡边界条件4012.1.3.10 中间表面边界条件4022.1.3.11 无反向表面气化过程的燃速与压力的依赖关系4042.1.3.12 约翰逊-纳赫巴关于过氯酸铵绝热燃速的研究结果4062.1.3.13 表面平衡的燃速随压力而变的关系4072.1.3.14 气相反应区的结构4102.2 非绝热理论4112.2.1 热损失的作用4112.2.2 热损失的类型4112.2.3 包括热损失的能量守恒方程4122.2.4 热损失对燃速影响的原因4132.2.5 热损失与表面温度的关系4142.2.6 在燃速分析中非绝热性所引起的修正4142.2.7 具有无反向表面率过程的非绝热分析4152.2.8 关于双特征值解的解释4172.2.9 约翰逊-纳赫巴非绝热理论与实验结果的比较417 2.2.10 具有表面平衡的非绝热性分析4193．复合推进剂某些组分的分解理论4203.1 引言4203.2 热板热分解理论4213.2.1 多孔板4223.2.2 不可穿透板4253.3 推进剂组分的热分解4253.3.1 燃烧剂组分4253.3.2 硝酸铵4263.3.3 过氯酸铵4284．异质固体推进剂燃烧理论4284.1 引言4284.2 两温概念4294.3 有关扩散火焰与预混火焰相互作用的概念4304.4 夹层燃烧模型4325．金属颗粒的燃烧理论4345.1 引言4345.2 各种燃烧金属性态的描述和分类4355.3 含有不挥发-不可溶氧化物的金属小球的燃烧理论438 5.3.1 稀异质扩散火焰4385.3.2 金属小球的燃烧4405.3.3 关于铝球燃烧改进的理论分析所应采用的假设4421976《固体推进剂火箭发动机的基本问题上》由于是年代较久的资料都绝版了，几乎不可能购买到实物。
固体推进剂的性能参数及其.
1 n
• 由σp及压力指数可求出πk值，常见推进剂的性能如表5.2所示。
表5.2 某些推进剂的性能
back
推进剂的性能调节
• 1能量性能调节 go • 2燃烧性能调节（燃速）go • 3力学性能调节
• （1）调节双基推进剂硝酸酯和硝化纤维素的用量 • 由纤维素经硝酸酯化获得的硝化纤维素的能量高低与生成硝 酸酯基的数目有关，一般用氮的质量分数ω（N)表示其酯化 度。 • 提高硝化纤维素中N的质量分数，能够增大推进剂的比冲， 双基推进剂使用的硝化纤维素中氮的质量分数一般在12.6％ 以下，过大不容易被溶剂塑化。
• 上述燃速公式是一个适用于火箭发动机使用压力范围的燃 速—压力关系式，对各种推进剂几乎都通用。 • 若将该式取对数，则得 • ln u＝ln u1＋nln p (5.9) • 对式（5.9)微分，得 • n＝d ln u /dln p (5.10) • 式（5.10）可以定义压力指数为燃速对压力的敏感度。 • 推进剂的燃速压力指数n是表征推进剂燃速与压力关系的重要 参数。 • n的大小不仅与推进剂的种类、组分有关，而且与压力的大小 有关。 • 不含催化剂的推进剂的n值为0.5～1，平台双基推进剂的压力 指数接近于零，复合推进剂的n值为0.2～0.5，NEPE推进剂的 n值为0.55～0.68。back
back
• • • •
2密度比冲 密度比冲定义为 Iρ＝ISP·ρ (5.4) 式中：Iρ－密度比冲（N· s/m3）；ISP－推进剂的比冲 （N· s/kg）；ρ－推进剂的密度（kg/m3） back
• 3特征速度 • 特征速度是描述推进剂做功能力的一个重要参数，定义为燃 烧室的压力和喷管喉部截面积的乘积与质量流量之比，表示 为 • c*＝PC· At/m (5.5) • 式中：c*—特征速度（m/s )；Pc—燃烧室内的压力（MPa）； At—喷管喉部截面积（m2）；m—质量流量（kg/s）。 • 由于燃气产物在喷管截面处的质量流量与燃气的密度、速度 和截面积有关，特征速度c*虽然其量纲具有速度的特征，但 所反应的是燃烧室条件下推进剂本身释放的能量和做功的能 力，与喷管结构无关，是衡量推进剂能量的一个方便有效的 参数。back
固体推进剂
——美国高能ETPE层状发射药及装药研究为电热化学炮的发展提供了有力支持
从上世纪末开始，美国就在为未来武器系统（电热化学炮）研制采用无溶剂法 制造的高能量、高性能拼合式夹层（co-layered）ETPE发射药。该新型发射药采用 高密度含能热塑性弹性体（ETPE）粘合剂，已制成含BAMO-NMMO、增塑剂 （BDNPA/F）和RDX的4种快燃配方（密度为1.6675g/cm3，火药力为1267.17J/g, 火焰温度为3252K）以及含RDX、NQ和BAMO-NMMO的3种慢燃配方（密度在 1.5923～1.6159g/cm3之间，火药力为1022.45或1050.92J/g,火焰温度为2473K或 2543K）。
赫，现有的防空系统几乎无法防御。
——美国推出多种不敏感推进剂
包括： 端羟基聚醚（HTPE）复合推进剂 钝感NEPE推进剂 钝感低特征信号XLDB推进剂 这些推进剂明显改善钝感特性，能量水平和其他性能无显著下降。 美国研制了HTCE/聚醚推进剂和ARC-9131推进剂（5%Al、65%硝胺、PEG、 混合硝酸酯），它们也具有良好的不敏感特性
此外，美国陆军研制的ETPE层状高能发射药引入纳米含能材料，具有高能量 （火药力约为1300J/g）、低毒和不敏感等优势； 法国成功研制出NENA基高能层状发射药； 荷兰采用计算机软件控制，扩大层状发射药的同步挤出规模。
火箭推进剂
第三节火箭推进剂Logo神十发射北京时间6月11日17时38分，神舟十号载人飞船在酒泉卫星发射中心发射升空，准确进入预定轨道，顺利将3名Logo航天员送入太空。
肼类燃料中毒机制；毒理作用；临床表现；诊断与治疗；本节内容1氮氧化合物毒理作用；临床表现；诊断、预防与急救2化学推进剂•液体推进剂使用最多的是肼类（偏二甲基肼，一甲基肼和肼）、四氧化二氮、液氢和液氧；其次为酒精、煤油、发烟硝酸、二乙烯三胺、三乙胺等。
•固体推进剂•固液推进剂•液固推进剂应用高能化学物质在火箭发动机中发生化学反应（燃烧）放出的能量作为动力能源，利用化学反应的产物作为工质的一种方式，称为化学推进剂液体火箭推进剂•具有火与爆炸的危险性•不同程度的毒性作用和腐蚀作用在研制、生产、运输、储存、转注、加注等作业中发生泄漏事故以及着火或爆炸事故，容易引起人员中毒，并可发生化学性腐蚀或灼伤作用，窒息作用，创伤和烧伤或冲击波伤等危害。
化学推进剂•液体推进剂•固体推进剂主要有聚丁二烯丙烯腈推进剂、高固体含量的端羟基聚丁二烯推进剂等。
•固液推进剂•液固推进剂一、肼类燃料肼（Hz）Diagram2三肼Diagram2甲基肼（MNH）偏二甲基肼（UDNH）肼类燃料的特性•无色、透明液体，具有强烈氨样或鱼腥样臭味；•易挥发，可与水、酒精、乙醚、苯及石油产物等任意比例混合；•较强吸湿性，其蒸气在空气中与水蒸气结合而冒白烟；•强还原剂，暴露在空气中能产生自氧化，与强氧化剂接触，立即自燃；•与氮氧化合物混合燃烧时分解为甲胺、氨、一氧化碳和氢氰酸等有毒气体。
肼类燃料的中毒机制•肼类推进剂属中等或高毒性化学品，经注射，其毒性大小顺序为：甲基肼>肼>偏二甲基肼。
肼类化合物呼吸道、皮肤、消化道CNS兴奋性↑导致肢体抽搐甚至全身痉挛性抽搐，出现癫痫样大发作的脑电图γ-氨基丁酸含量↓γ-氨基丁酸转氨酶活性↓腙反应吡哆醛、5-磷酸吡哆醛肼类燃料的代谢•Hz进入机体48h内，有25%-50%的Hz以原形自尿排泄；•MNH中毒后27h内，有25%-50%的MNH及其代谢产物自尿排出；•UDMH中毒后，有35%-45%以原形及其代谢产物形式排出。
第九章 固体火箭发动机燃烧
p r m
（9.1.2）
表征推进剂燃速对压强变化的敏感程度。
ln r n ln p T
（9.1.3）
3．燃速温度敏感系数 表征固体推进剂燃速对初温变化的敏感程度。
ln r p T 0 p
（9.1.4）
9. 2 双基推进剂稳态燃烧
假定燃烧表面上凝聚相化学反应为零级
（9.2.12）
p r As exp Es RuTs m
（9.2.13）
气相反应区温度（即嘶嘶区末端温度）由总能量守恒确定
Qs Q g cs c Tg T0 1 s c cp cp p Ts
（9.2.14）
1 Ru Tg
1 2
1 2 Ag exp E g
1 近似有 t ch Ag exp E g Ru Tg （9.3.6）
ch m Lch utch 2 Ag exp E g Ru Tg （9.3.7）
由式（9.3.1）和（9.3.7）
若 xi 0
uc p dT g Q g 1 exp xf dx uc s p
（9.2.8）
根据实验结果估算：
exp ucp x f 0
式（9.2.8）可简化为
于是扩散控制的火焰厚度为
d 2/3 m Ld ut d 5 / 3 D
由（9.3.1）和（9.3.11）
Ld c s Ts T0 Qs
（9.3.11）
T f Ts
1/ 3
5/6
D
1/ 2
（9.3.12）
NEPE推进剂ppt课件
能较高
4
NEPE推进剂概述
NEPE 推 进 剂 ， 全 称 为 硝 酸 酯 增 塑 聚 醚 推 进 剂 （ Nitrate Ester Plasticized Polyether）。它于20世纪70年代末由美国赫克力斯公司研制 成功，80年代初开始使用的一种新型硝胺类固体推进剂，是当今世界上 公开报道中，已获得应用的能量最高的固体推进剂。NEPE推进剂是在 传统复合固体推进剂和双基推进剂的基础上，综合了二者的优点，即充 分发挥复合固体推进剂中聚氨酯粘合剂低温力学性能好及双基推进剂中 硝酸酯增塑剂能量高的特点，同时加入大量的高能炸药，如奥克托今 （HMX）和黑索金（RDX），从而制造的一种新型高能推进剂。NEPE 推进剂能量水平显著高于现有的各种推进剂，且力学性能良好，工艺、 弹道剂安全贮存性能满足生产和武器使用要求，应用于火箭、导弹武器 可以达到增加射程的目的，无论在战略战术导弹武器上都有广阔的应用 前景。美国已将此推进剂分别装配在MX、三叉戟Ⅱ、侏儒洲际导弹七 台导弹发动机上。
NEPE推进剂一般是以聚乙二醇(PEG)作为粘合剂的，因为 PEG与硝酸酯增塑剂之间的互溶性非常好，可以提高含能增塑剂 在推进剂中的含量，而且通过固化形成网络结构，具有良好的力 学性能。对于PEG粘合剂来说，虽然与NG的相溶性非常好，但 由于结晶度过高，导致体系发生相分离，影响推进剂的性能。
聚ε-己内酯也是较好的一种NEPE推进剂粘合剂，但是它内 能低，固体填量小。印度炸药研究与发展研究所例用端羟基聚丁 二烯和己内酯合成新型嵌段共聚物，该粘合剂固体填量高，与 NG相溶性好，能量水平接近于双基推进剂，是一种高性能NEPE 推进剂粘合剂。
多官能度异氰酸酯(N-100)、六次甲基二 异氰酸酯(HDI)
硝化棉(NC)、乙酸丁酸纤维素(CAB)
固体推进剂
固體推進劑20世紀前，黑火藥是世界上唯一的火箭用推進劑。
1888～1889年發明的雙基火藥在第二次世界大戰前，主要用作火炮發射藥。
1930年後，英、德兩國將此類雙基火藥擠壓成管狀，用作戰術火箭的推進劑。
1944年美國創制雙基推進劑鑄裝成型法，將雙基推進劑用於中程導彈。
1940年創制第一代瀝青、過氯酸鉀複合推進劑，為固體推進劑的發展提供新的途徑。
1947年，研製出第二代聚硫橡膠、過氯酸銨、鋁粉複合推進劑。
50年代，又相繼創用高分子膠粘劑聚氯乙烯、聚氨酯、聚丁二烯－丙烯酸、聚丁二烯-丙烯酸-丙烯腈、端羧基聚丁二烯和1962年創用端羥基聚丁二烯，製成固體推進劑，比40年代的複合推進劑的性能有所提高，至今仍被廣泛應用。
固體推進劑按其組成可分雙基推進劑、複合推進劑、複合雙基推進劑。
固體推進劑的理論比沖約為2157～2942N·s/kg，密度約為1.6～2.05g/cm3；適用的溫度範圍為-60～150°C；工作壓力的下限為0.1～3MPa。
雙基推進劑即雙基火藥，是由高分子炸藥和爆炸性溶劑，如硝化棉（見硝酸纖維素）和硝化甘油兩類爆炸基劑，再混入少量附加物溶解塑化而製成的，既用於發射藥，也用於推進劑。
1930年，英國和德國曾用於製造管狀火箭推進劑。
1935年，蘇聯曾用二硝基苯代替一部分硝化甘油製成火箭推進劑。
雙基推進劑的理論比衝量為2157～2300N·s/kg，密度為1.6g/cm3，工作壓力下限為2～4MPa。
雙基推進劑的配方雙基推進劑通常加入燃燒催化劑、製造工藝、燃燒性能和溶劑或助劑性質的不同可分為不同的類型。
按加入燃燒催化劑的不同區分，可分為不同的品號：加入石墨的稱為雙石推進劑（SS）；加入氧化鉛的稱為雙鉛推進劑（SQ）；加入氧化鉛的稱為雙鉛推進劑（SQ）；加入氧化鈷的稱為雙鈷推進劑（SG）；加入氧化鎂的稱為雙芳鎂推進劑（SFM）。
這些推進劑統稱普通雙基推進劑。
按成型工藝不同可分成兩種：一種是擠壓成型或壓伸成型（用螺旋式壓伸機或柱塞式壓伸機）工藝製成的推進劑稱為壓伸雙基推進劑；另一種澆鑄成型工藝製成的推進劑稱為澆鑄雙基推進劑。
固体火箭发动机学习资料
态）物质。推进剂燃烧后烟雾的来源是固体推进 剂中金属
铝粉的燃烧产物Al2O3,以及作为推进剂的燃烧催 化剂和稳
定2020剂/5/15的金属(铅、铜、铁、锡、铬等)化合物的燃
导弹发动机多媒体教学课件
第三节 装药
装药的主要任务是在燃烧室外形尺寸 及质量 限定的条件下，进行药型、包覆及药柱的 结构完 整性分析，使推进剂按预期的规律燃烧， 以满足 内弹道性能的要求。
2020/5/15
导弹发动机多媒体教学课件
第二节 推进剂选择
• 减少雷达波衰减采取的措施 增加推进剂的氧化剂和燃烧剂之比，也 可以
通过减少金属含量来提高该比值，但这样 会降低
比冲； 向推进剂中加入电子清除剂附加物，即 在配
方中加入电子捕捉剂； 2020/5/1调5 整配方，使燃烧室和喷管出口温度降
2020/5/15
导弹发动机多媒体教学课件
第三节 装药
2020/5/15
导弹发动机多媒体教学课件
第三节 装药
助推器装药
助推器具有推力大，工作时间短的特点，为满足这些 要求，一般采用侧燃装药。
两种药型方案： 一是采用薄肉厚、大燃面的药型。如树枝型和车轮型 装药。这种药型要求用高能量、中等燃速的推进剂，如压 伸或浇铸双基类自由装填药柱； 二是采用大肉厚药型、贴壁浇铸装药。具有装填系数 较大的特点，但对推进剂的燃速提出了较高的要求。装药 裂纹及包覆层的脱粘问题是应着重解决的技术问题。
导弹发动机多媒体教学课件
第二节 推进剂选择
• 聚氨酯推进剂 主要是以聚氨酯弹性体为基体，在其中 分散
有一定力度的无机氧化剂盐、铝粉和其它 附加成
固体火箭推进剂课件
火药根据用途分:发射药（用于身管武器，枪 炮）和推进剂（用于喷气推进，如火箭、导 弹推进）
定义:在适当的外界能量作用下，自身能进行 迅速而有规律的燃烧，同时生成大量高温气 体的物质。
武器对火药的要求:1)自身含可燃元素和氧化 元素，不需外界供氧；2）可迅速点燃；3） 规律燃烧，放出大量的热和生成大量的气体； 4）性能稳定
固体推进剂
2005年11月25日
固体推进剂
专业: 飞行器动力工程 学时：48学时 主讲人：王革 教授 单位 ：哈尔滨工程大学航天工程系
一、基本知识
固体推进剂的基本概念 固体推进剂的发展与火箭技术 固体推进剂的要求 固体推进剂的分类 双基推进剂的组分 复合固体推进剂的组分 无烟、少烟固体推进剂
物理、化学安定性：要求固体推进剂有长的使用寿命 安全性能：在贮存、运输、装配过程中不发生燃烧和爆炸事故。在受到机械冲
击力时应有足够的稳定性。还应有高的自燃温度，以防意外着火事故。 经济性能：火箭技术的发展，注意力主要放在新技术应用上，飞行器的高性能
是设j计的准则，较少考虑经济性能。现在和未来经济性能是重要条件之一。经 济性能将成为一项重要指标。 燃烧产物无烟或少烟：易被敌人发现发射基地；某些用激光或红外光等制导的 导弹，烟雾会使光波衰减。 良好的工艺性能和重现性：
响大。
VmIslnM M0f IslnMfM fMp
Vm
火箭最大速度
Is
比冲，m/s或N﹒S/kg
M0
起飞时总质量 推进剂燃尽后火箭质量
M f 推进剂质量
M p 技术对固体推进剂的要求
（2）密度大 ：虽然密度是固体推进剂的物理量，但对于体积一定的发动机，推进 剂的密反愈大，能装填的固体推进剂装药量Mp越大，从齐奥尔科夫斯基公式可知， Vm也有提高，起着与提高能量等同的效果。
火箭发动机课件2014
返回
3.2 热力学基本方程
（1）一维定常等熵流动的基本方程 • 能量方程（对于绝热流动） 1 2 2 hx h y (v 2 y v x ) C p (Tx T y ) h v / 2 常数 2
固体火箭冲压发动机的特点
(1) 与火箭发动机相比较，SDR具有较高的比冲， 约为：600~1200s; (2) 与冲压发动机相比较，结构更简单、工作可靠性 更高。 固体火箭冲压发动机的应用 主要用于地空导弹、空空导弹， 如美国的地空导弹SAM-6（20世纪70年代）, 欧洲的Meteor（流星）超视距空空导弹(20世纪90年代)， 俄罗斯的R-77M （ 20世纪90年代）。
冲压发动机模式： Ma>3
按结构布局分为：串联式布局和并联式布局
串联式布局的TBCC
并联式布局的TBCC
特点
利用空气中的氧，能自主起飞和着陆，飞行轨迹灵活
潜在用途
轨道飞行器的第一级动力系统 低成本高速飞行试验平台的动力系统 高速侦察机的动力系统 高速巡航导弹的动力系统
1.4.2火箭基组合循环发动机(RBCC)
一种典型的RBCC方案
1.4.3涡轮基组合循环发动机（TBCC） TBCC(Turbine Based Combined Cycle) 定义：将涡轮或涡扇发动机和冲压发动机组合起来形成 的具有多种工作模式的发动机。
涡轮或涡扇发动机模式：起飞或加速段，Ma≤3
1.4 组合发动机
发动机之间优势互补，进一步提高性能
充分利用空气中的氧气，降低动力装置 的质量，提高有效载荷
比冲与飞行马赫数的关系
单一类型的发动机无法满足要求
空天飞机：飞行高度0~60km以上， 马赫数10以上 单级入轨飞行器（SSTO)
矿产
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
矿产
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
无论火箭总体设计人员还是固体火箭发动机设计工作 者必须对固体推进剂的性能，主要是能量、燃烧、力 学及贮存等性能有所了解。
固体推进剂的基本概念
火药：古代四大发明之一。火药过去泛指火 炸药，现代火药不包括炸药。
火药根据用途分:发射药（用于身管武器，枪 炮）和推进剂（用于喷气推进，如火箭、导 弹推进）
定义:在适当的外界能量作用下，自身能进行 迅速而有规律的燃烧，同时生成大量高温气 体的物质。
武器对火药的要求:1)自身含可燃元素和氧化 元素，不需外界供氧；2）可迅速点燃；3） 规律燃烧，放出大量的热和生成大量的气体； 4）性能稳定
60年代后期研制成了端羥基聚丁二烯推进剂。 80年代，NEPE推进剂（硝酸酯增塑的聚醚推进
剂），比冲可达2675m/s
火箭技术对固体推进剂的要求
能量特性的要求：
(1)比冲高： 比冲是固体推进剂能量的量度。根据齐奥尔科夫斯基公式，火箭发动机
中推进剂燃完时火箭速度达到最大值。火箭的最大速度与比冲成正比，对射程的影
固体推进剂的基本概念
固体推进剂可定义为本身含有氧化剂和燃烧剂、能够通过有规律地燃烧 释放出大量炽热气体、完成发射功的固态致密材料。
通常固体推进剂所进行的是快速的燃烧反应。但是，当激发反应的方式 或反应进行的环境条件不同，固体推进剂还可以发生缓慢的分解反应和 激烈的爆轰反应。
缓慢的分解反应在固体推进剂的加工、贮存和使用过程中都存在着，其 速度取决于环境温度、湿度及杂质等。常温下分解反应速度慢，短期内 难以觉察。升高温度可使反应速度加快。
固体推进剂
2005年11月25日
固体推进剂
专业: 飞行器动力工程 学时：48学时 主讲人：王革 教授 单位 ：哈尔滨工程大学航天工程系
一、基本知识
固体推进剂的基本概念 固体推进剂的发展与火箭技术 固体推进剂的要求 固体推进剂的分类 双基推进剂的组分 复合固体推进剂的组分 无烟、少烟固体推进剂
固体推进剂的发展
1942年美国开始了复合固体推进剂的研究。最初 的复合固体推进剂是用高氯酸铵为氧化剂，沥青 作燃烧剂并起粘合氧化剂的粘合剂作用。虽然这 种推进剂能量低，力学性能差，没有多少实用价 值。但它为发展固体推进剂开辟了新的途径。因 为这类推进剂装药用浇注方法制造，加大装药尺 寸不受限制
1947年美国制成了聚硫橡胶复合固体推进剂，成 为第一代的现代复合固体推进剂，以后又发展了 聚氨脂，接着又相继出现了改性双基推进剂，聚 丁二烯—炳烯酸推进剂、聚丁二烯—丙烯酸一丙 烯睛推进剂以及端羧基聚丁二烯推进剂．
固体推进剂是发动机工作的能源和工质源。
固体推进剂的重要性
为了完成某飞行任务，发动机设计者必须根据总体部 门提出的要求，如总冲量、发动机工作时间、尺寸限 度、重量限度、贮存期限、贮存条件、运输条件、使 用条件等，选择一种能量性能与燃烧速度范围能符合 要求的固体推进剂及其装药的药型，然后根据使用条 件和受载情况对所设计的装药进行结构完整性分析， 以鉴定推进剂力学性能是否符合要求。设计的最后阶 段通常要对所选固体推进剂的燃烧性能和力学性能作 小量调整，或对发动机计作某些修改，以设计出满足 要求、性能良好的同体火箭发动机。
固体火箭发动机的组成及工作过程
固体火箭发动机主要是由固体推进剂、燃烧室、喷管和点火装 置四部分组成的。
固体发动机的整个工作过程则由固体推进剂装药的点火过程、 燃烧过程及燃气在喷管内的流动过程构成。
固体推进剂在燃烧室内燃烧，由化学能转换为热能．生成高温 高压燃气，燃气通过喷管膨胀加速，将热能转换成动能．高速 向后喷出的燃气给发动机一个反作用力，即推力，它是火箭导 弹推进的动力。
固体推进剂的发展
最早的固体推进剂是我国古代四大发明之一的 黑火药。黑火药的配方：它是用15％的木炭作 为燃烧剂，75％硝酸钾作氧化剂。10％的硫磺 既是燃烧别又将粘结木炭和硝酸钾的作用。黑 火药能量低，强度差，不能制成较大的药柱。 1888年瑞典科学家诺贝尔以硝化甘油增塑硝 化纤维素制得了双基火药，主要用于枪炮武器。 1935年苏联的科学家用添加燃烧稳定剂和催 化剂的方法降低了双基火药完全燃烧的临界压 强，首先将双基推进剂用作火箭发动机的装 药．这种火箭弹在第二次世界大战中发挥了威 力。但是双基推进剂笛要用棉纤维(或木纤维) 和动物脂肪作为原料。
用硬金属撞击固体推进剂，在足够的撞击能作用下，或者用猛炸药引爆 等条件下，固体推进剂也会发生爆轰。
固体推进剂的基本概念
燃烧和爆轰的主要区别在于：
（1）能量传播的方式不同： 燃烧时反应区的能量是通过热传导和辐 射的方式传人相邻未反应区而引起下一层反应的。爆轰的传播是以冲 击波的强烈的高温、高压作用而进行的。 （2）传播速度不同 ： 燃烧传播速度通常约为每秒几毫米到几百毫米， 爆轰反应传播速度一般高达每秒数千米． （3）传播速度受外界条件的影响不同 ： 固体推进剂的燃烧速度与外 界条件(温度、压强)有密切关系，如在大气中燃烧，燃速很慢；而在 密闭容器中高压条件下燃烧时，燃速急剧地增大。爆轰过程由于其传 播速度极快，几乎不受外界条件的影响．对一定的爆炸物质，在固定 的装药密度下爆轰速度是一个常数。
固体推进剂的基本概念
（4）反应产物的运动方向不同： 燃烧过程中反应区内 燃烧产物运动方向与燃烧波阵面的传播方向相反，因 而燃烧波阵面内的压强较低。温轰时，反应区内爆轰 产物运动方向与爆轰波的传播方向相同．爆轰波阵面 内的压强可高达数十万个大气压．
固体推进剂的三种化学变化形式在性质上虽然不同， 但它们之间有着密切的联系．固体推进剂缓慢的分解 反应在一定条件下可以转变为燃烧；燃烧在一定条件 下又可以转变为爆轰。这种相互区别又相互转化的关 系具有十分重要的意义。
响大。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
VmIslnM M0f IslnMfM fMp
Vm
火箭最大速度