長尾管噴管(tailpipe nozzle)在亞聲速或超聲速段設有一段導管的噴管。前者稱亞聲速長尾管，後者稱超聲速長尾管。對於亞聲速長尾管，其幾何形狀和摩擦效應對內彈道性能有影響。影響大小與尾管內徑D、長度與內徑比L/D及管壁相對粗糙度ε有關。
基本介紹
- 中文名：長尾管噴管
- 外文名：tailpipe nozzle
- 學科：航空工程
- 領域：航空航天
- 位置：亞聲速或超聲速段
- 範圍：部件設計
簡介,基本公式,長尾管噴管的熱燒蝕,展望,
簡介
長尾管噴管(tailpipe nozzle)在亞聲速或超聲速段設有一段導管的噴管。前者稱亞聲速長尾管，後者稱超聲速長尾管。對於亞聲速長尾管，其幾何形狀和摩擦效應對內彈道性能有影響，影響大小與尾管內徑D、長度與內徑比L/D及管壁相對粗糙度ε有關。L/D、ε越大，推力損失就越大。對於超聲速長尾管，超聲速燃氣在尾管內流動時，速變損失比較大，掛力損失更大，但它不影響燃燒室的工作狀態。這兩種長尾管都存在一個極限長度.如果超過這個長度，亞聲速長尾管會產生阻塞，超聲速長尾管會產生激波。亞聲速長尾管的發動機在戰術飛彈上運用較廣泛，在尾管周圍可安裝同軸環形助推器或其他彈上設備，使飛彈結構布局合理。彈體長度縮短，空間利用率高和質心位置變化量小。
基本公式
長尾管用在採用固體火箭發動機、機動性要求高的戰術飛彈上。所謂長尾管就是在拉伐爾噴管中間某一恰當位置加入一段等截面的長值管。嚴格的熱防護措施使長道管中的燃氣流動是有摩擦的絕熱管流, 其微分方程為
(1/λ-1)dλ/λ=Κξ/(k+1)·dl/D
式中λ為速度係數,k為燃氣的絕熱指數, ξ為燃氣與管壁的摩擦係數,l為等截面長直管的管長,D為長直管內徑。
式中的摩擦係數ξ, 對於粗糙管和工業光滑管有不同的變化規律。
對於粗糙管,如管壁粗糙度已定, 則ξ為一定的常數。對於工業光滑管, ξ是雷諾數的函式。
長尾管噴管的熱燒蝕
由於端面燃燒固體發動機的工作時間通常要比內孔燃燒的固體發動機長得多，一般都達到一、二百秒。因此，發動機殼體的熱防護問題變得突出起來，特別是對於帶長尾管的發動機來說，長尾管的熱防護問題更是一個需格外重視的問題。因為，長尾管殼體的內壁在發動機的整個工作時間內始終暴露在高溫、高壓的燃氣流中。同時，它還要長時間地承受帶有大量固體和液體顆粒的燃氣流的沖刷。從飛彈總體結構設計的需要來講，它總是希望長尾管的外徑越小越好。如此要求所帶來的結果就是，長尾管直段的內徑遠小於燃燒室的內徑，因而流經長尾管直段的燃氣流的流速通常較高，燃氣流對隔熱材料的燒蝕影響比較嚴重。
在某飛彈發動機的研製過程中，已多次發現長尾管直段的隔熱材料出現局部燒蝕和碳化嚴重的區域。此區域基本重複出現在距直段入口不遠處的地方。在隨後研製的某飛彈固體發動機中，由於對發動機的性能提出了更高的要求，使得發動機所採用的推進劑的比沖加大，工作中產生的燃氣的溫度更高，所含的固體和液體顆粒的比例也更大。這些因素使得長尾管直段的熱防護問題變得更為突出，並已造成數次該型號發動機在試車時因長尾管直段局部燒蝕嚴重而解體。在對試車成功的長尾管直段的軸向剖面觀察中發現，直段內襯材料的燒蝕和碳化程度沿著軸線方向的大小是不均勻的，燒蝕和碳化最為嚴重的地方往往出現在距直段來流入口約60毫米的區域。
展望
隨著對飛彈性能要求的進一步提高，固體推進劑的比沖還會加大，飛彈的結構重創也會繼續減輕，這些都將使進一步縮小直段外徑的長尾管的內部燃氣流場變得更為惡劣，迭而使得長尾管直段的熱防護面臨更為嚴峻的考驗。
