火箭发动机基本原理与主要性能参数

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八、
推质比是火箭推进系统在静止条件下海平面推力与火箭结构质量之比。 由定义可写出下式 N=F/mg
F——
N
m——
kg
推质比反映了火箭推进系统设计质量的优劣及制造、结构材料的水平 推质比越大，则飞行器的加速度越大。它对火箭的性能有重要的影响， 直接影响着火箭的运载能力和飞行的稳定性，以及导弹的射程 。
① 当Ma<1
d u d A的符号相反 ，
说明气流欲加速时(d u>0)
d A<0,即喷管流动截面积逐
渐减小才使流速逐渐增加；② 当Ma>1时，即超音速流动时，欲使d
u>0
dA>0，即必须逐渐增大
流动截面积；③ 当Ma=1
d A=0,由前面
的①和②结论，流动截面必为最小截面，此时称为临界截面，或叫喉
我们称pe=pa条件下的状为设计状态，在喷管设计中常称此状态为完 全膨胀状态。该状态下的火箭发动机推力为特征推力，记为F°， F°=mue
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二、 推力系数
1 推力系数定义及表达式
推力系数定义为推力F与Atpc乘积成正比的比例系数，或者为火箭发 动机(推力室)推力F与喷管喉面At和燃烧室压强乘积之比。
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第二节 基本原理与基本关系式
一、火箭发动机的工作原理:
火箭发动机的工作过程可以概括为两个基本过程，即燃烧过程和流动 过程。
燃烧过程是在发动机的燃烧室中进行，将推进剂的化学能转变成热能； 流动过程是在喷管中完成的，燃烧产生的高温高压燃气(工质)进入管 ， 在喷管内膨胀加速，最后从喷管高速喷出。
1
火箭发动机的工作时间定义为： 从燃烧室初始压强建立到有效工作 终点压强之间的对应时间间隔 。
2 总冲
总冲是表示火箭发动机工作能力的指标。其定义为火箭发动机推力F
对工作时间ta的积分，以I
N·s ( kg·m／s )。
I=∫ta0Fdt
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五、 比冲
火箭发动机在稳态工作状态下，单位质量推进剂所产生的冲量定义为
发动机工作时 ，推进剂实际的混合比与额定混合比之差，称为混合 比偏差，记为Δk,即 Δk=k-kα
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部截面。
(2) 临界参数
它是指Ma=1时的流动状态下的气流参数，而这种状态叫临界状态。
(3) 喷管排气速度
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第三节 火箭发动机的主要性能参数
一、 推力
二、 推力系数
三、 特征速度
四、 总冲
五、 比冲
六、 发动机后效冲量
七、 效率
八、 推质比
九、 推进剂质量混合比
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推力表达式可写成F=cFAtpc
2 真空推力系数和特征推力系数
真空推力所对应的推力系数称真空推力系数 ，用cFV表示。 特征推力所对应的推力系数称特征推力系数，亦称最佳推力系数，用
c°F
3 影响推力系数的主要因素
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三、 特征速度
流量系数的倒数叫做特征速度，记为c*,
m／s
度量纲，所以称特征速度，但它并不具有真实速度的含义。c *值越
发动机的比冲，以ISP
N·s／kg ( m／s ) ，即
ISP=I/mp=∫ta0Fdt/∫ta0mdt
比冲是火箭发动机的重要性能参数，它直接影响着火箭的运载能力或 火箭的射程，也影响着火箭发动机的结构尺寸或结构质量。当总冲一 定，比冲越高，则所需的推进剂的质量可减少，其相应的结构尺寸和 结构质量就小；如果推进剂质量确定，比冲越高，则可提高火箭的射 程或增大火箭的运载能力。
一、 推力
1
火箭发动机(推力室)的推力定义是当火箭发动机工作时，作用在火箭 发动机(推力室)内、外壁所有表面上的作用力之合力
2 推力的表达式
F=∫e0pindA+∫e0pexdA
3 真空推力与特征推力
火箭发动机在真空环境中工作时发出的推力叫真空推力。真空推力表 达式为： FV=mue+Aepe
流动过程是工质的热能转变为动能。 因此，火箭发动机的工作过程是能量转换过程。
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二、理想火箭发动机
1.基本假设 2.理想火箭发动机的热力循环
三、喷管理论及基本关系式
1.一维定常熵流动的基本方程 2.热力学与气体动力学基本关系式
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3
(1) 喷管形状对流动的影响
大，表明推进剂的能量特性越大，燃烧室内的燃烧过程越完善。因而
它是评定火箭发动机燃烧室内部工作过程质量的指标，可以通过火箭
发动机的地面试验来求得实际的特征速度。
c*= At/mp∫ta0pdt=AtIp/mp mp——推进剂质量 ； Ip——发动机的压冲；
At——喷管喉部面积。
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四、 总冲
由冲量的物理意义可知，火箭发动机的推力与推力作用时间的乘积称 为发动机的推力冲量(或称总冲)
第三章 火箭发动机基本原理与 主要性能参数
第一节 火箭推进系统的分类与定义 第二节 基本பைடு நூலகம்理与基本关系式 第三节 火箭发动机的主要性能参数
第一节 火箭推进系统的分类与定义
一、 火箭推进系统的分类
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二、 火箭推进系统的定义
推进系统是指利用反作用原理为飞行器提供推力的一种装置(亦称动 力系统)，而火箭推进系统是一种喷气推进装置。自身携带能源和工 质，而不需要外界大气中的氧作为氧化剂而工作的喷气推进系统称做 火箭推进系统。凡用化学推进剂做能源的火箭推进系统，称为化学能 火箭推进系统。
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九、 推进剂质量混合比
推进剂质量混合比是液体火箭发动机的重要性能参数。定义为液体火
箭发动机氧化剂质量流量与燃料质量流量之比，记为k，即 k=m0 ／mf
式中〓m0——
kg／s
mf——
kg／s
液体火箭发动机经常用到余氧系数α。它的意义是： 推进剂实际混合 比与理论混合比的比值。表达式为： α=k／kt ，式中kt——理论混合 比。
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七、
效率分为热效率(内效率)、推进效率(外效率)和总效率。
1 热效率
影响发动机热效率的因素有： (1) 燃烧产物离解 (2)
(3)
热力学损失 (4) 喷管损失
2
推进效率又称“外效率”，表示发动机产生的喷气动能转变为推进功 的程度。
3 总效率
火箭发动机的总效率是热效率与推进效率的乘积。它表示推进剂完全 燃烧放出的热量转变为有效推进功的程度，实际上是比冲效率。
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六、 发动机后效冲量
不论液体火箭发动机或是固体火箭发动机，都存在一个后效冲量问题。 在对发动机发出关机指令后，液体火箭发动机内残余推进剂产生冲量； 而固体火箭发动机的药柱燃烧会有剩药产生冲量，皆称为后效冲量。 定义式为： Ic=∫tmtbF(t)dt
式中tb ——
s
tm ——
s
为了减少后效冲量及其偏差，通常对液体火箭发动机设置快速关机的 断流阀门等措施，对固体火箭发动机可采取推力终止装置等措施。