动力学与工程小论文-曹奇

动力学与工程小论文

曹奇本学期我的选择了老师的动力学与工程这一门选修课，本身自己对汽车，飞机之类的东西很感兴趣，所以希望到老师的课上学到更多关于这方面的东西。老师的课堂内容很充实，给我们介绍过很多有关内容，其中我对火箭结构那一节课影响比较深刻，所以打算就火箭展开我的小论文。

老师在那节课上给我们介绍了火箭的结构，为什么火箭要设计成那个样子，以及几个人类历史上火箭发射失败的结构原因，没想到小小天线的震动就能导致一个偌大的火箭飞行失败，我只能感叹，动力，结构等东西实在深奥，细致，不做到一定程度不能完成一些高精尖的工作任务。

由此，我打算在我的小论文中大概介绍一下火箭的动力由来，发动机。

查文献得知，火箭的发动机分为两种，固体火箭发动机和液体火箭发动机，其中，固体火箭发动机为使用固体推进剂的化学火箭发动机。固体推进剂有聚氨酯、聚丁二烯、端羟基聚丁二烯、硝酸酯增塑聚醚等。

固体火箭发动机由药柱、燃烧室、喷管组件和点火装置等组成。药柱是由推进剂与少量添加剂制成的中空圆柱体（中空部分为燃烧面，其横截面形状有圆形、星形等）。药柱置于燃烧室（一般即为发动机壳体）中。在推进剂燃烧时，燃烧室须承受2500～3500度的高温和102～2×107帕的高压力，所以须用高强度合金钢、钛合金或复合材料制造，并在药柱与燃烧内壁间装备隔热衬。

点火装置用于点燃药柱，通常由电发火管和火药盒（装黑火药或烟火剂）组成。通电后由电热丝点燃黑火药，再由黑火药点火燃药拄。

喷管除使燃气膨胀加速产生推力外，为了控制推力方向，常与推力向量控制系统组成喷管组件。该系统能改变燃气喷射角度，从而实现推力方向的改变。药柱燃烧完毕，发动机便停止工作。

固体火箭发动机与液体火箭发动机相比较，具有结构简单，推进剂密度大，推进剂可以储存在燃烧到中常备待用和操纵方便可靠等优点。缺点是“比冲”小（也叫比推力，是发动机推力与每秒消耗推进剂重量的比值，单位为秒）。固体火箭发动机比冲在250～300秒，工作时间短，加速度大导致推力不易控制，重复起动困难，从而不利于载人飞行。

另外还有液体发动机，液体火箭发动机是指液体推进剂的化学火箭发动机。常用的液体氧化剂有液态氧、四氧化二氮等，燃烧剂由液氢、偏二甲肼、煤油等。氧化剂和燃烧剂必须储存在不同的储箱中。

液体火箭发动机一般由推力室、推进剂供应系统、发动机控制系统组成。推力室是将液体推进剂的化学能转变成推进力的重要组件。它由推进剂喷嘴、燃烧室、喷管组件等组成，见图。推进剂通过喷注器注入燃烧室，经雾化，蒸发，混合和燃烧等过成生成燃烧产物，以高速（2500一5000米／秒）从喷管中冲出而产生推力。燃烧室内压力可达2O0大气压（约20OMPa）、温度300O～4000℃，故需要冷却。

推进剂供应系统的功用是按要求的流量和压力向燃烧室输送推进剂。按输送方式不同，有挤压式（气压式）和泵压式两类供应系统。挤压式供应系统是利用高压气体经减压器减压后（氧化剂、燃烧剂的流量是靠减压器调定的压力控制）进入氧化剂、燃烧剂贮箱，将其分别挤压到燃烧室中。挤压式供应系统只用于小推力发动机。大推力发动机则用泵压式供应系统，这种系统是用液压泵输送推进剂。

发动机控制系统的功用是对发动机的工作程序和工作参数进行调节和控制。工作程序包括发动机起动、工作。关机三个阶段，这一过程是按预定程序自动进行的。工作参数主要指推力大小、推进剂的混合比。

液体火箭发动机的优点是比冲高（25O～5OO秒），推力范围大（单台推力在1克力～700吨力）、能反复起动、能控制推力大小、工作时间较长等。液体火箭发动机主要用作航天器发射、姿态修正与控制、轨道转移等。

火箭这个对人类探索宇宙起到重要作用的机器的研究还有很长的路要走。听了老师的课，引发了我对火箭的兴趣，所以我从网上开始查阅一些资料，因为我们学的是动力学，自然从动力的由来发动机开始看起，推进剂燃料都是为了反冲力而服务的，最基本的原理就是反冲力。

又联系到老师的课堂上，有了动力，就需要稳定的结构才能飞行的稳定，其中要注意种种，比如我们学过的转动惯量等等。

上了老师的学习到了自己感兴趣的内容，以上是自己的反馈。