固体燃料冲压发动机大口径冲压炮弹弹道计算(3)
燃烧室的燃烧过程比较复杂，是研发固体燃料冲压发动机的一大技术难点。燃烧室内的燃烧情况不仅仅取决于推进剂，还取决于流动过程。在实际工作中，我们一般使用几何燃烧定律来近似的计算燃烧室内燃料的燃烧情况。几何燃烧定律：如果在装药的组成和物理化学性能处处均匀相同，全部燃烧且同时被点燃，燃烧面上各点处于相同的燃烧条件下，固体药柱的各点都将以相同的速度沿法线方向推移。即在燃烧过程中，燃料按平面层逐层燃烧。这样推进剂的燃烧速度我们称之为燃速。
图1.3 固体燃料冲压发动机燃烧室流场示意图
喷管：喷管是固体燃料冲压发动机的重要部件之一，它将燃烧室燃烧喷出的燃气热能转化为导弹飞行的动能，推动发动机前进。喷管工作过程：燃烧室内燃烧产生的高温高压的燃气，经过喷管的膨胀加速后，以超声速冲出发动机，获得推力。在冲压发动机中，喷管一直处在相当恶劣的环境下工作，所以，对喷管材料的要求和喷管设计、制造的要求非常高，它必须要有耐高温、抗燃气冲刷、耐腐蚀的性能。
目前，冲压发动机应用最为广泛的喷管就是拉瓦尔喷管，如图1.4所示。根据可压缩流体在变截面管道中的一文等熵流动规律可知，气流从亚音速加速膨胀为超音速的必要几何条件就是收敛扩张的喷管形状。亚声速气流在拉瓦尔喷管收敛段加速膨胀过程中，是不可能通过连续膨胀使得气流达到超声速的，气流会在某个截面达到声速（即Ma=1），这时称为流动的临界状态，此时出现流动壅塞。如果在临界截面之后扩张管道，则使得声速气流继续加速，从而使气流从加速到超声速。因此，拉瓦尔喷管最小截面就是临界截面，我们称之为喉部。不论在拉瓦尔喷管的收敛段还是扩张段中，整个喷管的流动都是加速膨胀的，而且随着流速的慢慢增大，其压强，温度以及密度也慢慢减小，将内能转化为气体的动能。
发动机喷管在满足内弹道性能要求的前提下，主要有两方面性能指标：
1、效率特性。喷管是发动机能量转化的主要部件，因此应当设计得效率越高越好。喷管效率是指喷管将高温高压的燃气转化为推力的效率。喷管效率对发动机比冲有着十分重要的作用。一般情况下，在燃烧室压强和喷管喉部面积不变的条件下，喷管的推力系数越大，喷管把燃气内能转化为发动机推力的效率就越高。
2、质量特性。工程上一般用冲质比来衡量喷管的质量特性。喷管冲质比定义：发动机总冲与喷管质量的比值。喷管的冲质比与喷管的工作状态也有很大关系，在近地面工作的喷管，扩张比一般较小；而在高空工作的喷管，扩张比一般较大，后者是前者的3-10倍。
图1.4 拉瓦尔喷管
1.2.3固体燃料冲压发动机的优点
固体燃料冲压发动机相对于其他发动机的优点：
1、结构简单部件较少、可靠性较高。固体燃料冲压发动机与吸气式航空发动机比较，既没有控制装置，也不需要燃料、空气流量调节装置。固体燃料冲压发动机自身没有活动组件，如此简单的结构决定了发动机的稳定可靠，而且又使发动机本身的消极重量很小，大大有利于提高射弹的射程。
2、高比冲。固体燃料冲压发动机中的氧化剂来源于迎面高速气流中氧气，其携带的推进剂一般仅为碳氢燃烧剂或者是含高能金属添加剂的燃烧剂。所以在携带相同质量的推进剂的情况下，采用固体燃料冲压发动机增程技术的炮弹，可以显著的提高炮弹的飞行速度，增强炮弹的机动性和突防能力，有助于提高炮弹射程、攻击速度以及增加敌方拦截的难度。