227mm助推固体火箭发动机设计(5)
时间:2018-03-03 21:16 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
2.2.1 固体火箭发动机喷管材料的选择 上述燃烧室选择之材料，力学性能优异，完全胜任喷管基体材料之用，选用其作为喷管基体材料，有可在连接时与燃烧室材料有很好的相容性，何乐而不为，故喷管基体材料仍然选择30CrMnSiA。 2．3 固体火箭发动机推进剂的选择 固体火箭发动机一般选取已设计定型的推进剂。以设计之角度衡量，对推进剂提出以下要求： （1）能量尽可能高，即推进剂比冲量尽量大。显而易见，推进剂能量越大，同等质量下总冲越高，同等总冲下，质量越小，足可见其重要性。 （2）推进剂于燃烧室内正常燃烧之临界压强尽可能低。临界压强低，燃烧室装药正常燃烧所需文持之压力即低，燃烧室壳体壁厚可不必太厚，发动机之消极质量亦可减小。 （3）尽可能小的压强温度系数。燃烧室壳体强度之设计乃以高温最大压强为根据，故而在温度处于常温乃至低温时，压强温度系数高，强度储备过大，消极质量过大；然则压强温度系数小，各温度环境下强度储备差异不大，于各种工作状态之下消极质量变化就不会过大。 （4）物理化学安定性好，冲击摩擦感度小，强度好。此要求主要考虑推进剂之安全应用，于设计时务必考虑，尤其极端工作环境之下。 本设计之发动机直径中等，做助推之用，因此对发动机能量指标有所要求，宜选用复合推进剂，为增大燃面则选用星孔装药，是故根据直径与药型，选用贴壁浇注方式装填，于是综合装药情况，本设计选用推进剂为 ，其性质列表如下： (N•s/kg) C*（m/s） （g/cm³） K n 燃速公式(mm/s) 压强温度系数（ ） 2572.5 1480 1.77 1.25 0.3 0.0021 2．4 固体火箭发动机工作压力的选择 2.4.1 固体火箭发动机工作压力选择的原理 固体火箭发动机工作压力即指燃烧室之压力，其对固体火箭发动机基本性能有显著的影响，工作压力的合理选取是总体设计的重中之重，其余各项参量的预定与结构的设计大都务必参考工作压力。 燃烧室压强对于比冲有明显影响，本设计之功用为助推火箭，比冲尤为重要，关系到发动机设计的质量。燃烧室压强对比冲的影响是通过压强对推力系数以及特征速度的影响体现而出。一方面，如若燃烧室之压强较低（通常小于4MPa），推力系数敏感于燃烧室压强的变化，随着燃烧室压强的增大，推力系数由于燃烧室压强的变化将明显减弱，故而，燃烧室压强于推力系数之影响之角度考量，发动机工作压强不宜低于4MPa。另一方面，当燃烧室压强下降时，推进剂之燃烧效率亦下降，放热量减少，则特征速度亦减小，如是导致比冲量减小。反之，提高燃烧室之压强则推进剂之燃烧效率亦得以提高，比冲诚然增大。尽管，提高燃烧室之压强则燃气之离解受到抑制，则燃气之摩尔质量增大，但分析之结果显示其作用并不能导致比冲下降。综上之述及，提高燃烧室压强固然是有益于提高发动机比冲的。 因此，至于工作压力之选取也有两点要求： （1）选取之工作压力必须高于推进剂稳定燃烧之临界压强，这是显而易见的，临界压强是推进剂的固有属性，本设计所采用之推进剂为复合推进剂，一般复合推进剂之临界压强比较低，大部分介于2MPa到4MPa之间，这个压强，对于固体火箭发动机而言，是比较容易达到的。 （2）另一方面，由于固体火箭发动机作为动力装置，其工质量在助推阶段乃至助推结束阶段都是消极的，应尽力而使其减小，对于本设计之助推火箭，控制发动机质量则更为关键。然而，考虑发动机工作压强增大的过程，诚然壁厚持续增厚，然则如上所述，比冲将增大，此助推火箭所要求之技术指标为总冲，因此，推进剂的质量则是下降的，尽管发动机工作压强对喷管等部件的设计有所影响，但相对于壳体质量及推进剂质量而言则微乎其微，可不予考虑，发动机壳体壁厚与发动机装药质量随着工作压强的增大此消彼长，则固然存在一极值，此压强下，发动机壳体质量与发动机装药质量之和最小，这里可以近似的认为是发动机总质量的体现，此压强即设计所需之工作压强。这就是所谓重量比冲最大的原则。 (责任编辑：qin) |