固體火箭發動機內彈道學

固體火箭發動機內彈道學是研究固體火箭發動機燃燒室內燃氣的生成、流動和排出規律的學科。

研究介紹

研究固體火箭發動機燃燒室內燃氣的生成、流動和排出規律的學科。這一學科的主要任務在於確定燃燒室壓力、燃氣流速度等與燃燒室設計參數之間的關係和計算發動機工作過程中燃燒室壓力-時間曲線。 燃燒室壓力是發動機工作的重要參數，與比沖、推力、燃燒特性、結構尺寸以及重量密切相關。通常燃燒室工作過程分為3個階段:點火起動段、穩態工作段和拖尾段。利用氣體狀態方程、連續方程、動量和能量守恆方程等基本方程分階段按發動機的結構特點(藥柱形狀、有無噴管等)和所用推進劑的性能可算出燃燒室壓力-時間曲線。

發動機穩態工作段的燃燒室平衡壓力是最有代表性的特徵參數。在藥柱燃燒面積變化不大的條件下，可以得到平衡壓力PC的表達式：

PC=r·c*ρp(Ab/At)式中r為燃速，C*為特徵速度,ρp為推進劑密度,以上三個參數主要取決於推進劑性質；Ab為推進劑藥柱燃燒面積，At為噴管喉部面積，這兩個參數是固體火箭發動機的設計參數。

影響燃燒室壓力的主要因素是燃速。燃速與壓力之間的關係可用經驗公式表達。如聖-羅伯特公式:和薩默菲爾德公式：,式中n為燃速壓力指數,a為燃速常數,aˊ和bˊ為表征推進劑組成成分物理性質的係數。當燃氣流速超過某一閾值時，燃速明顯增加，這種現象稱為侵蝕燃燒。由於侵蝕燃燒導致發動機性能很大變化，藥柱不再按平行層燃燒，燃速沿軸線向下游增大。因此計算侵蝕燃燒的燃燒室壓力時，可用侵蝕係數ε對燃速進行修正，即ε=r/r0，式中r為有侵蝕燃燒的燃速，r0為無侵蝕燃燒的燃速，ε 用半經驗公式估算。推進劑的初溫也影響燃速，若已知推進劑的溫度敏感係數(αT)和推進劑初溫時的燃速(r0),便可根據有關公式算出溫度T時的燃速，r=r0exp【αT(T-T0)】。已知燃燒室壓力PC及其隨時間的變化規律，即可求得發動機推力(F)及其隨時間的變化規律（F=CF·PC·At,式中CF為推力係數，At為噴管喉部面積）。

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