火箭发动机工作原理本文包括：
1. 1. 引言
2. 2. 推力和固体燃料火箭
3. 3. 液体推进剂及其他类型的火箭
4. 4. 了解更多信息
5. 5. 阅读所有太空学类文章
空探索了。它的神奇之处很大程度上是因为
它的复杂性。太空探索是非常复杂的，因为
其中有太多的问题需要解决，有太多的障碍
需要克服。所面临的问题包括：
太空的真空环境
热量处理问题
重返大气层的难题
轨道力学
微小陨石和太空碎片
宇宙辐射和太阳辐射
在无重力环境下为卫生设施提供后勤保障 但在所有这些问题中，最重要的还是如何产生足够的能量使太空船飞离地面。于是火箭发动机应运而生。
一方面，火箭发动机是如此简单，您完全可以自行制造和发射火箭模型，所需的成本极低（有关详细信息，请参见本文最后一页上的链接）。而另一方面，火箭发动机（及其燃料系统）又是如此复杂，目前只有三个国家曾将自己的宇航员送入轨道。在本文中，我们将对火箭发动机进行探讨，以了解它们的工作原理以及一些与之相关的复杂问题。 火箭发动机基本原理
当大多数人想到马达或发动机时，会认为它们
与旋转有关。例如，汽车里的往复式汽油发动
机会产生转动能量以驱动车轮。电动马达产生的转动能量则用来驱动风扇或转动磁盘。蒸汽发动机也用来完成同样的工作，蒸汽轮机和大
多数燃气轮机也是如此。
火箭发动机则与之有着根本的区别。它是一种反作用力式发动机。火箭发动机是以一条著名的牛顿定律作为基本驱动原理的，该定律认为“每个作用力都有一个大小相等、方向相反的反作用力”。火箭发动机向一个方向抛射物质，结果会获得另一个方向的反作用力。
火箭发动机工作原
理
开始时您可能很难理解“抛射物质，获得反作用力”这个概念，因为这好像和真实情况不大一样。火箭发动机似乎只会发出火焰和噪音，制造压力，而与“抛射物质”没什么关系。我们来看几个例子，以便更好地了解真实情况：
如果您曾经使用过猎枪，特别是那种12铅径的大猎枪，那么您
就知道它会产生巨大的“撞击力”。也就是说，当您开枪时，
猎枪会狠狠地向后“撞击”您的肩膀。这种撞击力就是反作用
力。猎枪将31.1克的金属以大约1120公里/小时的速度沿某个
方向发射出去，同时您的肩膀会受到反作用力的撞击。如果您
开枪时穿着轮滑鞋或站在滑雪板上，枪会起到类似于火箭发动
机的作用，反作用力会使您向相反的方向滑动。
如果您见过粗大的消防水管喷水的场景，可能会注意到消防员
要花很大的力气才能抓住它（有时您会看到有两名或三名消防
员手持同一根消防水管）。水管发生的情况与火箭发动机类似。
水管向一个方向喷水，消防员们则运用自身的力量和重量来克
服反作用力。如果他们放开水管，那么水管会劲头十足地四处
乱撞。如果消防员全都站在滑雪板上，水管将推动他们以极快
的速度向后移动。
如果您吹起一个气球，然后放开它，那么它会满屋子乱飞，直
到里面的空气漏光为止，这就是您制造的火箭发动机。在这种
情况下，被抛射出去的是气球中的空气分子。与许多人的想法不同，空气分子其实是有质量的（请查看有关氦的页面，以便更好地了解空气质量的问题）。如果您让空气从气球的喷口中
喷出来，气球的其余部分则会向相反的方向运动。
太空棒球赛的场景
想像下面的情景：您穿着一套太空服，飘浮在航天飞机外的太空中，您的手中恰好有一个棒球。
如果您把棒球扔出去，反作用力会使您的身体朝与棒球相反的方向移动。身体离开的速度，是由您扔出的棒球的质量和您使它获得的加速度决定的。质量与加速度相乘即为作用力的大小(f=m*a)。无论您向棒球施加的力有多大，它和作用在您身体上的反作用力总是大小相等(m*a=m*a)。所以，我们不妨假设棒球的质量为1磅，而您的身体与太空服的总质量为100磅。您以9.75米/秒（33.8公里/小时）的速度将棒球扔出去。也就是说，您用手臂加速质量为1磅的棒球，使它获得33.8公里/小时的速度。您的身体将受到反作用力，但身体的质量是棒球的100倍。因此，它向相反方向运动的速度是棒球的百分之一，即0.098米/秒（0.338公里/小时）。
如果想让棒球产生更大的推力，您有两个选择：增大棒球的质量或提高它的加速度。您可以扔出一个质量更大的棒球，或接连不断地扔出多个棒球（增大质量），也可以用更快的速度将棒球扔出去（提高它的加速度）。不过，您能采取的方法也仅此而已。
NASA 供图
这是在美国密西西比州的汉考克郡进行的一次发
射测试中，
由一台远程照相机拍摄的航天飞机主发动机的特
写照片。
火箭发动机通常抛射的是高压气体形式的物质。发动机向某个方向喷出气体物质，以获得相反方向的反作用力。这些物质来自火箭发动机
燃烧的燃料。燃烧过程使燃料物质得以加速，使之以极高的速度从火箭喷口喷出。燃料在燃烧过程中由固态或液态转化为气体，但并不会使其质量发生变化。如果您燃烧一斤火箭燃料，那么就有一斤排出物以高温高速的气体形式从喷口喷出。形态发生了改变，但质量则保持不变。而燃烧过程会加快物质的速度。
下面我们来了解有关推力的更多知识。
火箭发动机的“力量”称为推力。在美国，推力的单位是“推力磅数”，而在公制中则以“牛顿”为单位（4.45牛顿的推力与1磅推力相近）。1磅推力相当于使地球上质量为1磅的物体克服重力作用以保持静止所需的推力。在地球上，重力加速度为9.8米/秒2。如果您带着一袋棒球（假设每个棒球的质量为1磅）漂浮在太空中，并且每秒扔出一个棒球，使它与您的相对速度为33.8公里/小时，那么每个棒球将产生相当于1磅的推力。如果您以67.6公里/小时的速度掷出棒球，那么您产生的推力为2磅。如果您以3380公里/小时的速度掷出它们（可能是用某种“棒球炮”来发射它们的），那么您将会产生100磅的推力，以此类推。
关于火箭，有一个有趣的问题：由于发动机抛射的物体实际上是有质量的，因此火箭必须携带这些质量。因此，我们假设您希望每秒掷出一个相对速度为3380公里/小时的棒球来生成100磅的推力，并持续1小时。这意味着您开始时必须携带3,600个质量为1磅的棒球（因为1小时有3,600秒），或总质量为3,600磅的多个棒球。由于您穿
着太空服时的总质量只有100磅，于是您会发现“燃料”的质量远远大于有效负荷（也就是您）。实际上，燃料的质量是有效负荷的36倍。而这是个常见的现象。这就是为什么目前必须用一枚巨大的火箭来将一个质量很小的人发射到太空——火箭必须携带大量燃料。
航天飞机
您可以清楚地看到这个质量方程式在航天飞机上的应用。如果您曾经目睹过航天飞机的发射，您就知道其中包含三个部分：轨道飞行器
大型外贮箱
两部固体火箭助推器（SRB）
轨道飞行器的空载质量为165,000磅（
1磅
= 0.45公斤）。外贮箱的空载质量为78,100
磅。两部固体火箭助推器，每一部的空载质
量均为185,000磅。但接下来您必须向其中
装入燃料。每部固体火箭助推器将容纳100万磅燃料。外贮箱装有143,000加仑（1加仑 = 3.79升）液氧（1,359,000磅）和 383,000加仑液氢（226,000磅）。包括航天飞机、外贮箱、固体火箭推进器外壳和所有燃料在内的整个飞行器在发射时的总质量为440万磅。用440万磅将165,000磅送入轨道，这简直是天壤之别。说实话，轨道
飞行器还可以承载65,000磅的有效负荷（最大体积为4.5 x 18米），但质量的差别仍然很大。燃料的质量大约是轨道飞行器的20倍。
航天飞机的所有燃料都是从它的后部喷出的，喷射速度约为9600公里/小时（化学火箭通常的喷射速度在8,000至16,000公里/小时之间）。每次发射时，SRB大约燃烧两分钟，产生约330万磅的推力（整个燃烧过程的平均推力为265万磅）。三台主发动机（使用外贮箱中的燃料）大约燃烧八分钟，燃烧期间每台发动机产生375,000磅的推力。
固体燃料火箭：混合燃料
固体燃料火箭发动机是人类制造的第一种发动机。它在几百年前由中国人发明，从那以后一直得到广泛的应用。美国国歌（创作于19世纪初）中有“火箭发出红焰”（the rocket's red glare）这句歌词，它说的是用来发射炸弹或燃烧弹的小型军用固体燃料火箭。由此可以看出固体燃料火箭已经有了相当长的使用历史。
简单固体燃料火箭背后的原理十分浅显。您要做的就是制造出一种既能迅速燃烧又不会爆炸的物质。众所周知，火药会发生爆炸。火药由75%的硝石、15%的碳和10%的硫磺组成。在火箭发动机中，您不希望发生爆炸，而是想让能量在一段时间内均匀地释放出来。因此您可以将混合比例改成72%的硝石、24%的碳和4%的硫磺。这种情况下，您得到的不是火药，而是简单的火箭燃料。这种混合物的燃烧速度极快，
但如果采用了适当的装填方式，它就不会爆炸。下面是一幅典型的剖面图：
一枚固体燃料火箭在点火之前和之后的情景
您在左边看到的是点火之前的火箭。固体燃料用绿色表示。它是圆柱形的，中间被钻出一条管道。当您点燃燃料时，它将沿着管道内壁燃烧。在这一过程中，燃料会朝着外壳的方向向外燃烧，直到所有燃料燃尽为止。在小型火箭发动机模型或瓶式微型火箭中，燃烧的持续时间可能只有一秒钟或更短。在一部装有100万磅燃料的航天飞机SRB 中，燃烧过程将持续约两分钟。
固体燃料火箭：管道结构
当您阅读关于高级固体燃料火箭（如航天飞机的固体火箭推进器）的文章时，常会读到类似下面的内容：
各个SRB发动机中的混合推进剂是由高氯酸铵（氧化剂，占总
质量的69.6%）、铝（燃料，16%）、氧化铁（催化剂，0.4%）、聚合物（将混合物结合在一起的粘结剂，12.04%）和环氧固化
剂(1.96%)混合而成的。推进剂在前发动机段有一个十一角星形
的孔，而在每个尾段和后盖中，孔的形状则像截去两头的双圆
锥。这种结构能在点火时提供巨大的推力，并在升空50秒后降
低约三分之一的推力，以免在出现最大动态压力的时间段内使
飞行器处于超负载状态。
这段文字不仅讨论了混合燃料，而且还介绍了燃料中央所钻的管道的结构。“十一角星形的孔”如下图所示：
它的原理是增大管道的表面积，从而增大燃烧区域并进而提高推力。当燃料燃烧时，孔的形状会均匀向外扩展，形成一个圆形。对于SRB
来说，这种结构会为发动机提供较高的初始推力，而在飞行中段的推力则较低。
固体燃料火箭发动机有三个重要的优点：
简单
成本低
安全
它们也有两个缺点：
无法控制推力。
一旦点火，发动机就无法停止或重新启动。
这些缺点意味着固体燃料火箭只能用于短期任务（如导弹）或推进器系统。如果您需要控制发动机，则必须使用液体推进剂系统。下面我们来了解这方面的知识及其他可能的燃料。
1926年，罗伯特·高德（Robert Goddard）进行了第一台液体推进剂火箭发动机的测试。他的发动机使用了汽油和液氧。他还研究并解决了火箭发动机设计领域的许多基本问题，包括燃料抽运机制、冷却策略和导向装置的布局。这些问题也是导致液体推进火箭如此复杂的原因。
美国航空航天局(NASA) 供图
罗伯特·高德博士和他的液氧-汽油火箭，该火箭
采用了发射架，于1926年3月16日在美国马萨
诸塞州的奥本市发射。它只飞行了2.5秒，在爬升
了12.3米后，掉落在55.2米外的卷心菜菜田里。
火箭发动机的基本原理很简单。在大多数液体推进剂火箭发动机中，燃料和氧化剂（如汽油和液氧）会被抽取到燃烧室中。在那里，它们会燃烧并产生一股速度极快的高压热蒸汽。这些蒸汽流过一个喷口以便进一步提高它们的速度（喷出时的速度通常为8,000-16,000公里/小时）），之后就会离开发动机。下面这幅高度简化的图解显示了火箭发动机的基本组成部分。
这幅图没有将普通发动机的实际复杂性表现出来（请单击页面底部的链接，查看真实发动机的图片和说明）。例如，氧化剂或燃料往往是低温的液化气体，如液氢或液氧。燃烧室和喷口的冷却是液体推进剂火箭发动机的一大难题，为此，首先要让低温液体围绕温度极高的零件循环流动，给它们降温。泵必须产生极高的压力才能克服燃烧室中因燃料燃烧产生的压力。航天飞机的主发动机实际上采用了两级抽运流程，第二级泵是通过燃料燃烧来驱动的。所有这些抽运和冷却流程使普通的液体推进剂发动机看起来更像是一项杂乱无章的管道工程。液体推进剂火箭发动机可以使用各种类型的燃料组合。例如：液氢和液氧——用在航天飞机的主发动机中
汽油和液氧——用在高德制造的早期火箭中
煤油和液氧——用在阿波罗计划的土星五号大型推进器的第一
级中
酒精和液氧——用在德国的V2火箭中
四氧化氮/甲基肼——用在卡西尼号探测器的发动机中
其他可能的组合
我们经常见到化学火箭发动机靠燃烧燃料来产生推力。不过，还有许多其他方法可以产生推力。任何能够抛射物体的系统都能做到这一点。如果您能找到一种将棒球加速到极高速度的方法，那么您就有了一种可行的火箭发动机。这种方法的唯一问题是，棒球“排出物”（这里指让高速棒球运动的物质）会在太空中继续运动。由于这个小小的问题，火箭发动机设计师们倾向于让气体作为排出物。
许多火箭发动机的体积很小。例如，人造卫星上的姿态推进器无需产生太大的推力。人造卫星常用的一种发动机设计是高压氮气推进器，它完全不使用“燃料”，而只是通过喷口将罐中的氮气喷出。像这样的推进器不但能使太空实验室停留在轨道上，而且可以用在航天飞机和载人机动系统中。
人们试图在新的发动机设计中找到将离子或原子微粒加速至极高速度的方法，以便更有效地产生推力。NASA的“深空1号”将是第一艘用离子发动机作为推进装置的太空船。请访问此页面，了解关于等离子和离子发动机的其他讨论。
NASA供图
本图是一幅氙离子发动机的照片，是在NASA喷气推进实验室对该发动机进行的一次测试中通过真空室的观察孔拍摄的，在图中，发动机发射的带电原子发出微弱的蓝光。离子推进发动机是第一种用作太空船的主要推进手段的非化学推进装
置。
火箭的发射原理 航空和航天 航空和航天是当今人类认识和改造自然过程中最活跃，最有影响力，也最有发展前途的科学和技术领域，是人类文明高度发展的重要标志， 也是衡量一个国家科学和技术水平，以及综合实力的重要标志。 航空 航空是指载人或不载人的飞行器在地球大气层中的航行活动。航空活动的范围主要限于离地面30公里的大气层内。在大气层中航行的飞行器 （航空器），只要克服自身的重力就能升空。比空气轻的航空器，如气球、飞艇，用空气静力升空；比空气重的航空器，如飞机、直升机， 则要利用空气动力才能升空，风筝也是利用空气动力升空的一种最原始的航空器。可见，航空离不开地球的大气圈，也摆脱不了地球的引力 作用。 航天 航天是指载人或不载人的飞行器在太空的航行活动，也叫做空间飞行或宇宙航行。航天包括：环绕地球的运行、飞往月球或其它星球的航行 （包括环绕某一天体运行、从其近旁飞过或在其上着陆）、行星际空间的航行及飞出太阳系的航行。可见，航天活动的范围要比航空活动的 范围大得多。一类在太阳系内的航行活动叫做航天；一类，在太阳系以外的航行活动叫做航宇。 航天不同于航空，航天要在极高真空的太空以类似于自然天体的运行规律飞行。因此，航天首先，必须有不依赖空气，且具有巨大推力的运 载工具——火箭。 火箭的概念和原理 火箭是一种依靠火箭发动机喷射工作介质产生的反作用力推动前进的飞行器。 火箭的飞行原理是它借助了物体的反作用力，就像一只充足气体的气球，当我们把它从手中放开后，气球内的气体便顺着气球的气嘴喷出， 同时气球向前冲去。因自身携带氧化剂，用不着像飞机那样依靠大气中的氧，所以火箭可以飞出大气层，在真空条件下飞行。 火箭的三大系统 运载火箭是将人造卫星、宇宙飞船、空间站和宇宙探测器等航天器送入太空的运载工具，是人类一切航天活动的基础。它主要包括三大 系统：动力系统、结构系统和控制系统。 动力系统即火箭发动机系统，是火箭的动力装置，堪称火箭的心脏。它依靠推进剂在燃烧室内燃烧，形成高温高压燃气，通过喷管高速 排出后产生反作用力推动火箭前进。火箭发动机按使用推进剂的类别分为液体火箭发动机、固体火箭发动机、固液混合式火箭发动机三种。 结构系统通常称为箭体结构，它是火箭的躯体，用于连接火箭所有结构部段，使之成为一整体，具有良好的空气动力外形和飞行性能。 控制系统是火箭的大脑和神经中枢。火箭发射后的级间分离、俯仰偏航、发动机关机与启动、轨道修正和星箭分离等一系列动作，都依 靠控制系统完成。 推进剂——发动机的“食粮” 火箭发动机使用的燃料称为推进剂，堪称火箭发动机的“食粮”。目前，各国研制的运载火
1. 画简图说明固体火箭发动机的典型结构 参考书中的发动机图吧 2. 固体火箭发动机的质量比是什么？什么是质量比冲？ 质量比：推进剂质量与发动机初始质量的比。 质量比冲：单位发动机质量所能产生的冲量。 3. 固体火箭发动机总体设计的任务是什么？ 依据导弹总体提出的技术要求，选择并确定发动机总体设计方案，计算发动机性能，确定发动机主要设计参数、结构形式和主要结构材料，固体推进剂类别和药柱形式等。在此基础上提出发动机各部件的具体设计要求。 4.请写出齐奥尔科夫斯基公式 式vm 中为导弹理想飞行速度，Is 为发动机比冲，mp 为药柱质量，mm 为发动机结构质量，ml 为导弹载荷量（除发动机以外的一切质量） 5.举出两种实现单室双推力的方案 （1）不改变喷管喉径，采用不同燃速的两种推进剂药柱，这两种药柱可前后放置，也可同心并列放置。前者推力比受燃速比的限制较小，后者较大。 （2）不改变喷管喉径，采用一种推进剂的两种药形，通过燃面变化实现双推力。该方法简单易行，但推力比调节范围较小。 （3）采用不同燃速的推进剂和不同药形，即同时用调节燃速和燃面的方法实现双推力。该方法有较大的灵活性，推力比调节范围宽，实际应用较为广泛。 （4）采用可调喷管改变推力大小，可得到较宽的推力比调节范围，但结构复杂。 6.什么是最佳长径比？ 最佳长径比——对应最佳直径的长径比 第二章 7.什么是肉厚分数？ 8.什么是装填密度、装填分数、体积装填分数？ ln 1p m s m L m v I m m ??=+ ?+??
9.星形装药燃面变化规律与几何参数的关系？ 参考2-2节，P49 10.单根管状装药的设计过程？如何计算？ 参考2-4节，P64 11.什么是线性粘弹性？ 指当应力值低于某一极限值时，粘弹性态是近似线性的，即在给定的时间内，由阶跃应力所导致的应变与应力值成正比。 12.什么是时温等效原理？ 各种温度条件下所获得的松弛模量（或其他力学性能数据），可以通过时间标度的适当移动而叠加；这也就是说，材料性能随温度的变化关系可以用改变时间标度相应地（等效）表示出来。反过来，材料性能依赖于时间的变化，也可以靠改变温度条件相应地表示出来。这种关系就叫做时-温等效原理 第三章 13.固体火箭发动机燃烧室的主要组成部分和功用。 对于贴壁浇铸推进剂药柱的燃烧室，通常由壳体、内绝热层和衬层组成；对于自由装填药柱的燃烧室，一般由壳体、内绝热层和挡药板组成。 壳体主要承受内压作用。由于壳体还是弹体外壳的一部分，所以还要承受外载荷的作用。内绝热层用来对壳体内壁进行热防护。 衬层的作用是防止界面间的分子迁移，使浇铸的药柱与内绝热层粘结更牢，并缓和药柱与内绝热层之间的应力传递。 挡药板用于防止自由装填的药柱的运动。 14.发动机燃烧室壳体受到的载荷有哪些？
火发新技术课复习大纲 塞式喷管技术 1.塞式喷管的构成、主要结构参数的定义。 a)塞式喷管主要由内喷管和塞锥构成。 b)两个膨胀面积比：内喷管的扩张比εi，塞式喷管的总膨胀面积比εt 塞式喷管总膨胀面积比是传统喷管的扩张比具有相同的物理意义，均表 2. 型喷管，在低于设计高度上仍然具有高性能。 3.多单元塞式喷管的主要结构类型 多单元塞式喷管按照排列方式可以分为环形和线性两种。 a)环形包括环喉式、环簇式、环形（瓦状单元） b)线性包括直排式（瓦状单元）、直排式（三维内喷管）和环直形（瓦状 单元） 4.采用圆转方内喷管的必要性 1)能够保证喉部区域的热防护要求，圆形截面的冷却换热效果最好，强度 最高。 2)便于减少线性排列的多个单元推力室之间的间隙，还可更好地与塞锥贴 合 3)可以采用二维平板式塞锥型面，从而使得塞锥的设计加工都得到简化。特种推进技术 1.电推进与化学推进工作机制的区别是什么？ 电推进装置是利用电能加热或者直接加速推进剂，使得推进剂以高速喷
出产生反作用推力。然而在化学推进中，推进剂燃烧使化学能转化为热能，然后在喷管中膨胀加速，使热能转化为动能。并且在电推进中，能源系统和推进剂供给系统是相互独立的；而在化学推进中是一体的。 2.电推进的工作特点是什么？ 1)比冲高，大大节省推进剂质量，提高有效载荷比 2)推力小 3)比冲（或推力）越高，需要的功率越大 4)属外能系统，受总冲影响小 5)对于给定的控制时间，存在一个最佳比冲，使功率和推进剂质量流量最 小 3.典型的电推进推力器分类 按照加速机理的不同，一般可分为： 1)电热式推力器：电阻加热式推力器、电弧加热等离子体推力器和微波加 热等离子体推力器； 2)静电式推力器：霍尔推力器、离子推力器等； 3)电磁式推力器：PPT、SF-MPD、AF-MPD等； 4.微推进推力器分类 1)微电推进：电热式、静点式、电磁式； 2)化学微推进：固体微推进、液体微推进； 3)冷气微推进； 5.介绍不同种类电推进推力器的工作原理 1)离子推力器： 由阴极发射出的电子，在径向磁场的作用下在放电室以螺旋线的轨迹向阳极运动，在运动的过程中与中性推进剂粒子碰撞，使得中性原子 电离，电离的离子在加速栅极的作用下高速喷出产生推力。 2)霍尔推力器： 推进剂(通常是Xe)通过阳极喷射进入环形空间，在此气体被从外部空心阴极发出的逆向电子流所电离。 因径向磁场的作用，导致电子沿圆周方向作漂移运动，电子漂移运动形成的电流称为霍尔电流，它与径向磁场相互作用，产生沿轴向的电 磁加速力，使等离子体高速喷出，产生推力。 3)磁等离子体推力器（MPD）： ①有附加磁场的时候，推力产生的机理变得十分复杂，首先弧电流的周 向分量与附加磁场相互作用会产生轴向和径向的洛伦兹力，对推力有 直接和间接的贡献； ②其次，弧电流径向分量和自感应磁场强度的周向分量相互作用将产生 洛伦兹力的轴向分量； ③最后，弧电流的径向分量与磁场的轴向分量相互作用产生周向的洛伦 兹力使等离子体旋转，能量通过这种旋流作用部分转化为轴向推力； ④这样在有附加磁场的情况下，总推力应为这几个分量之和。
火箭发动机-原理-英汉专业单词
Chapter 1 Introduction （第一章绪论） principles of solid rocket motor solid rocket motor solid propellant rocket motor liquid propellant rocket engine hybrid propellant rocket engine ramjet primary propulsion （main motor）booster sustainer control motor pulse ignition motor rocket projectile artificial rainfall rocket bundled-style rocket booster spacecraft MLRS space shuttle vehicle extended range rocket-propelled grenade extended range guided munition guided projectile aeronautics and space missile conventional weapon civil application High-Tech weapon group target air inlet central inlet propellant working pressure working fluid 固体火箭发动机原理 固体火箭发动机 固体推进剂火箭发动机液体推进剂火箭发动机混合推进剂火箭发动机冲压发动机 主推进系统（主发动机）助推器 续航发动机 控制发动机 脉冲点火发动机 火箭弹 人工增雨火箭 捆绑式火箭助推器 飞船 多管发射火箭系统 航天飞机（太空梭） 火箭增程榴弹 增程制导弹药 制导炮弹 航空航天 导弹 常规武器 民用 高技术武器 集群目标 进气道 中心进气道 推进剂 工作压强 工作流体，工质 燃气 固体推进剂装药 点火器 燃烧室 喷管 锥形喷管 钟形喷管 双圆弧喷管
课程名称：固体火箭推进基础及发展 一、课程编码：0100029 课内学时：48学分：3 二、适用学科专业：航空宇航科学与技术，固体推进剂专业 三、先修课程：高等数学，大学物理，航空宇航推进原理，固体火箭发动机设计,气体动力 学基础，工程热力学，传热学等 四、教学目标 通过本课程的学习，掌握先进固体火箭推进的基本原理，并了解其它新型推进方式的概貌，提升学生对固体火箭发动机全方面的认识，为从事固体火箭发动机相关工作奠定基础。 五、教学方式 教学方法以讲授为主，结合教学内容适当安排讨论课，内容以本阶段的讲授的内容和安排的课外阅读材料为主。 六、主要内容及学时分配 A卷 1.固体火箭发动机的燃烧与流动4学时 1.1稳态燃烧 1.2非稳态燃烧 2.燃烧流场的现代诊断技术4学时 2.1燃烧流场的速度诊断 2.2燃烧流场的温度诊断 2.3燃烧流场的密度组分和浓度诊断 2.4凝相粒度及其尺寸分布诊断 3.固体火箭发动机的结构与材料4学时 3.1燃烧室壳体 3.2推进剂装药结构完整性分析 3.3喷管结构烧蚀 3.4壳体尾管的绝热层和包覆层材料 4.固体火箭发动机的喷焰特性4学时 4.1火箭发动机喷焰的排气特征效应 4.2排气特征的测量技术研究 4.3排气特征的预估技术研究 4.4减少排气特征效应的若干措施 5.新型固体推进剂4学时 5.1高能推进剂 5.2高燃速推进剂 5.3复合平台推进剂 5.4固体推进剂的安全性 5.5推进剂技术的发展趋势 6.固体火箭发动机的现代设计与评估技术4学时 6.1固体火箭发动机的现代设计技术
6.2固体火箭发动机的现代评估技术 6.3固体火箭发动机的故障分析 6.4固体火箭发动机的参数辨识 7.现代战术导弹发动机的发展和固体火箭发动机的应用前景4学时 7.1战术导弹发动机的发展方向 7.2当前研究的重点 7.3固体短脉冲控制发动机 8.冲压发动机8学时 8.1冲压发动机的工作原理 8.2整体式冲压发动机的主要组成部件 8.3冲压发动机的发展 B卷 I Introduction2学时 II Overall Design Approach2学时III Propellant Properties and Selection2学时IV Ballistic Analysis and Grain Design2学时V General Procedure for a Propellant Grain-Design Optimization and Computer-Aided Preliminary Design2学时VI Some Specific Cases2学时七、考核与成绩评定 期末笔试：60% 平时分组讨论考核：20% 八、参考书及学生必读参考资料 1.Jensen,G.E and Netzer D.W.Tactical Missile Propulsion[M].Reston:Progress in Astronautics and Aeronautics,Vol.170，1996 2.阿兰.达文纳斯.固体火箭推进剂技术[M].北京：宇航出版社，1997 3.张平等著，固体火箭发动机原理，北京理工大学出版社，1992 4．李宜敏，固体火箭发动机原理北京航空航天大学出版社，1991 5.（苏）阿列玛索夫等著，张大钦等译，火箭发动机原理，北京：宇航出版社，1993 6．王守范编著，固体火箭发动机燃烧与流动，北京工业学院出版社，1987. 7.[美]萨顿G P，比布拉兹O著.火箭发动机基础.北京：科学出版社，2003. 九、大纲撰写人：王宁飞
火箭发动机工作原理本文包括： 1. 1. 引言 2. 2. 推力和固体燃料火箭 3. 3. 液体推进剂及其他类型的火箭 4. 4. 了解更多信息 5. 5. 阅读所有太空学类文章 空探索了。它的神奇之处很大程度上是因为 它的复杂性。太空探索是非常复杂的，因为 其中有太多的问题需要解决，有太多的障碍 需要克服。所面临的问题包括： 太空的真空环境 热量处理问题 重返大气层的难题 轨道力学 微小陨石和太空碎片 宇宙辐射和太阳辐射
在无重力环境下为卫生设施提供后勤保障 但在所有这些问题中，最重要的还是如何产生足够的能量使太空船飞离地面。于是火箭发动机应运而生。 一方面，火箭发动机是如此简单，您完全可以自行制造和发射火箭模型，所需的成本极低（有关详细信息，请参见本文最后一页上的链接）。而另一方面，火箭发动机（及其燃料系统）又是如此复杂，目前只有三个国家曾将自己的宇航员送入轨道。在本文中，我们将对火箭发动机进行探讨，以了解它们的工作原理以及一些与之相关的复杂问题。 火箭发动机基本原理 当大多数人想到马达或发动机时，会认为它们 与旋转有关。例如，汽车里的往复式汽油发动 机会产生转动能量以驱动车轮。电动马达产生的转动能量则用来驱动风扇或转动磁盘。蒸汽发动机也用来完成同样的工作，蒸汽轮机和大 多数燃气轮机也是如此。 火箭发动机则与之有着根本的区别。它是一种反作用力式发动机。火箭发动机是以一条著名的牛顿定律作为基本驱动原理的，该定律认为“每个作用力都有一个大小相等、方向相反的反作用力”。火箭发动机向一个方向抛射物质，结果会获得另一个方向的反作用力。 火箭发动机工作原 理
开始时您可能很难理解“抛射物质，获得反作用力”这个概念，因为这好像和真实情况不大一样。火箭发动机似乎只会发出火焰和噪音，制造压力，而与“抛射物质”没什么关系。我们来看几个例子，以便更好地了解真实情况： 如果您曾经使用过猎枪，特别是那种12铅径的大猎枪，那么您 就知道它会产生巨大的“撞击力”。也就是说，当您开枪时， 猎枪会狠狠地向后“撞击”您的肩膀。这种撞击力就是反作用 力。猎枪将31.1克的金属以大约1120公里/小时的速度沿某个 方向发射出去，同时您的肩膀会受到反作用力的撞击。如果您 开枪时穿着轮滑鞋或站在滑雪板上，枪会起到类似于火箭发动 机的作用，反作用力会使您向相反的方向滑动。 如果您见过粗大的消防水管喷水的场景，可能会注意到消防员 要花很大的力气才能抓住它（有时您会看到有两名或三名消防 员手持同一根消防水管）。水管发生的情况与火箭发动机类似。 水管向一个方向喷水，消防员们则运用自身的力量和重量来克 服反作用力。如果他们放开水管，那么水管会劲头十足地四处
1.课程属性 火箭武器专业（即武器系统与工程专业的火箭弹方向）的专业课程体系包括固体火箭发动机气体动力学、固体火箭发动机原理、火箭弹构造与作用、火箭弹设计理论和火箭实验技术。“固体火箭发动机气体动力学”属于专业基础课，是该专业的先修课程。 2.为什么要学习固体火箭发动机气体动力学课程 固体火箭发动机的工作过程是由推进剂燃烧和燃气流动构成的，燃气流动既是燃烧的直接结果，也是固体火箭发动机产生推进动力所需要的。因此，燃气流动是“固体火箭发动机原理”的重要组成部分。 “固体火箭发动机原理”课程将固体火箭发动机内的流动处理成燃烧室内的零维流和喷管中的一维流，如果不学习本课程，一方面不易理解固体火箭发动机内的流动过程，对学好“固体火箭发动机原理”课程是不利的；另一方面，对毕业后继续深造的学生而言，缺乏必要的气体动力学知识，难以深入开展本学科领域的基础理论研究，而本科毕业后直接从事固体火箭研制工作的学生将难以利用先进的计算工具进行工程设计与性能分析，不能适应时代发展和技术进步的要求。通过“固体火箭发动机气体动力学”课程的学习，学生既可以结合固体火箭发动机中的燃气流动问题，系统了解和掌握气体动力学的基本理论和计算方法，构建起完备的专业知识结构，同时也为学好后修课程奠定了坚实的理论基础，提高解决固体火箭发动机设计、内弹道计算、性能分析等实际工程技术问题的能力。 3.“固体火箭发动机气体动力学”的知识结构 把握课程的知识结构是学好“固体火箭发动机气体动力学”的前提。本课程由三个知识模块组成，即气体动力学基础知识、固体火箭发动机中一维定常流动和激波、膨胀波与燃烧波。 （1）气体动力学模块（14学时） 该模块由教材的第一至第三章组成，是相对独立、自成系统的知识模块，目的是建立起基本的气体动力学系统知识，为学习第二个知识模块奠定必要的气体动力学理论基础。该模块的主要知识点为 ?课程背景 ?流体与气体，气体的输运性质，连续介质假设，热力学基本概念与基础知识：系统，环境，边界，状态，过程，功，热量，焓，比热 比，热力学第二定律，理想气体，等熵过程方程，气体动力学基本 概念：控制体，拉格朗日方法，欧拉方法，迹线，流线，作用在流 体上的外力，扰动 ?拉格朗日方法与欧拉方法的关系，连续方程，动量方程，能量方程，熵方程 ?流动定常假设，一维流动假设，一维定常流的控制方程组，伯努利方程，气流推力，声速，对数微分，马赫数，马赫锥，理想气体一 维定常流的控制方程组，滞止状态，滞止过程，滞止参数，动压， 气体可压缩性，临界状态，最大等熵膨胀状态，速度系数，气体动 力学函数 （2）固体火箭发动机中的一维定常流动模块（8学时） 该模块为教材的第四章，是气体动力学知识在固体火箭发动机中的具体应用，分别针对喷管、长尾管、燃烧室装药通道展开讲述，最后简要介绍多驱动势广义一维流动。本知识模块的目的是为学生学习固体火箭发动机原理奠定理论基
液体火箭发动机工作原理： 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200大气压（约200MPa）、温度300℃～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（250～500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。 液体火箭发动机是航天发射的主流，构造上比固体发动机复杂得多，主要由点火装置，燃烧室，喷管，燃料输送装置组成。点火装置一般是火药点火器，对于需要多次启动的上面级发动机，则需要多个火药点火器，如美国战神火箭的J-2X发动机，就具备2个火药点火器实现2次启动功能，我国的YF-73和YF-75也都安装了2个火药点火器，具备了2次启动能力；燃烧室是液体燃料和氧化剂燃烧膨胀的地方，为了获得更高的比冲，一般具有很高的压力，即使是普通的发动机，通常也有数十个大气压之高的压力，苏联的RD-180等发动机，燃烧室压力更是高达250多个大气压。高压下的燃烧比之常压下更为复杂，同时随着燃烧室体积的增加，燃烧不稳定情况越来越严重，解决起来也更加麻烦。目前根本没有可靠的数学模型分析燃烧稳定性问题，主要靠大量的发动机燃烧试验来解决。美国的土星5号火箭的F-1发动机，进行了高达20万秒的地面试车台燃烧测试，苏联能源号火箭的RD-170发动机，也进行了10多万秒的地面试车台燃烧测试，在反复的燃烧测试中不断优化发动机各项参数，
液体火箭发动机设计复 习题答案 Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】
第二章 1、总体对发动机设计提出的技术要求包括哪些方面； 飞行器总体对发动机设计提出的技术要求主要在发动机用途、工作性能、质量和结构尺寸、环境条件及经济性等方面，同时在设计任务书中给出对这些参数的具体要求，它们是发动机设计的主要依据。 2、液体火箭发动机系统设计主要有哪四个阶段； 发动机系统设计主要有：系统方案论证、系统方案设计、系统试验和系统定型四个阶段 3、液体火箭发动机主要参数的选择有哪些； 根据导弹或火箭总体设计部门提出的基本要求，可以设计选择发动机一系列可变参数，如推进剂的选择、混合比的选择、燃烧室压力的选择、喷管扩张比的选择、推进剂质量的选择、系统参数平衡等。 4、挤压系统分类、贮箱增压压力的确定； 分类：贮气系统、液体汽化系统、化学反应系统 确定：挤压式系统贮箱增压压力的提高会引起整个供应系统的质量大大增加（主要是贮箱 结构质量），所以挤压式系统的燃烧室压力都不取得很高。一般在比冲和质量的折中考虑下，选取一个合理的较低燃烧室压力，保证贮箱压力较低，同时设计时应力求减少供应系统的流阻损失。（《第2章液发系统设计》ppt P86）5、泵压式系统贮箱增压压力的确定；（《第2章液发系统设计》ppt P114）（1）保证泵不发生汽蚀（2）保证贮箱不破坏（3）对增压气瓶的影响
确定方法：计算得到按系统质量最轻条件的增压压力为P1，满足泵汽蚀条件的增压压力为P2。（1）P1≈P2；（2）P1＞＞P2；（3）P1＜＜P2。 综上所述，增压压力的选择应根据以上几个部件的总质量为最轻来确定，然后检验动力系统的工作是否满足来作适当的调整。 6、发动机混合比和推力矢量控制方案； 推力矢量控制：方法的选择取决于所需力矩的大小，也和发动机系统和结构方案有关。 （《第2章液发系统设计》ppt P133） （1）单推力室发动机：燃气舵、辅助射流、二次喷射控制、摆动推力室或喷管 （2）多推力室发动机：两室、三室、四室 发动机混合比：混合比开环控制（混合比控制的最简单形式是在推进剂主管路中设置适当尺寸的校准孔板。）、混合比闭环控制（《第2章液发系统设计》ppt P145） 7、挤压式系统管路特性和组元混合比的调整计算； 挤压系统的管路特性：就是推进剂管路系统的压力损失和系统中推进剂组元流量之间的函数关系。 组元混合比的调整计算：可采用下面两种方法：液路装节流圈、增压气路安装节流元件（《第2章液发系统设计》ppt P153） 8、液体火箭发动机控制系统设计的基本步骤； 第三章 1、推力室的组成
火箭发动机复习提纲 1、火箭发动机主要组成？工作过程？优、缺点？ 2、掌握表征火箭发动机性能的各主要参数的定义、计算公式、影响因素等，如推力（真空推力、特征推力、等效喷气速度）、推力系数、比冲、总冲、特征速度、工作时间、燃烧时间、点火延迟时间、冲量系数等。 1
3、按照推进剂的细微结构分类，双基推进剂和复合推进剂各属于什么推进剂？各自的基本组元？它们稳态燃烧过程的主要区别是什么？ 4、推进剂的燃速？常用的燃速公式？推进剂的燃速特性？确定燃速特性的主要方法？燃速与哪些因素有关？何谓燃速的温度敏感系数？ 2
5、液体火箭发动机推进剂供应系统的分类？泵压式的开式和闭式循环？各循环的工作原理图？ 6、何谓固体推进剂“几何燃烧规律”（或称“平行层燃烧规律”）？ 7、试证明喷管工作在完全膨胀（ P=a P）状态时产 e 生的推力最大。而为什么高空工作的二、三级喷管采用欠膨胀？ 3
8、掌握固体推进剂中双基推进剂的多阶段燃烧模型和复合推进剂的多火焰燃烧模型，以及固体推进剂的侵蚀燃烧现象和产生侵蚀燃烧的机理、判断准则、预防措施等。 9、喷管流动中的主要损失有哪些？产生二相流损失的主要原因？ 4
10、掌握固体火箭发动机热力计算（包括燃烧室热力计算和喷管热力计算）的主要任务、计算模型和主要的计算步骤等。 11、何谓平衡压强？试用图解法讨论平衡压强的稳定性条件？为了满足这个稳定性条件，对推进剂燃速特性（如n r=）应有什么要求？ ap 12、计算题，以固体火箭发动机性能参数和内弹道 5
性能计算为主，注意以下几点： （1） 熟记固体火箭发动机性能参数计算的一些简单公式（见P28，图2-13）。 （2） 熟记内弹道计算的平衡压强公式，并掌握影响平衡压强的主要因素 （3） 计算中注意公式中各参量的单位及单位的换算，以确保计算结果的正确性。 6
《火箭发动机原理》课程教学大纲 课程代码：110132307 课程英文名称：Solid Rocket Motor 课程总学时：32 讲课：32 实验：0 上机：0 适用专业：弹药工程与爆炸技术 大纲编写（修订）时间：2017.10 一、大纲使用说明 （一）课程的地位及教学目标 本门课程是弹药工程与爆炸技术专业的一门专业选修课。固体火箭发动机是卫星、火箭、飞机、导弹等产品的动力装置，它在现代科学技术研究，国民经济的发展，人们日常生活的改善等方面有着很大的利用价值，在本专业中对于火箭、导弹或炮弹增程有着极其重要的作用。 通过本课程的学习，学生将达到以下要求： 1．熟练掌握固体火箭发动机的基本结构、工作原理，燃气在喷管与燃烧室内的流动过程，掌握固体火箭发动机内弹道的计算方法。 2．掌握固体火箭发动机的总体结构设计方法。 3．要求学生能将所学知识灵活运用于产品的设计和生活实践当中。 （二）知识、能力及技能方面的基本要求 要求学生理解并掌握《火箭发动机原理》这门课程，使学生对固体火箭发动机有一定的认识。 1.掌握固体火箭发动机原理的主要内容，包括固体火箭发动机的工作原理、固体火箭推进剂以及固体火箭推进剂在燃烧室中的燃烧过程、燃气在喷管中的流动过程、固体火箭发动机性能参数、固体火箭发动机的热力计算、固体火箭发动机的内弹道计算方法等方面的知识。 2.掌握固体火箭发动机设计的主要内容，包括固体火箭发动机的基本结构，主要设计参量的选择，发动机结构的初步设计等。 3.了解固体火箭发动机的应用及发展趋势，并能用所学知识指导在本领域的技术研究和产品的设计。 （三）实施说明 1．教学方法：课堂讲授中重点对固体火箭发动机的基本概念，工作原理和设计方法进行讲解。培养学生的思考能力和分析问题的能力。在讲授中注意采用理论知识与实际应用相结合的方法，提高学生分析问题、解决问题的能力。 2．教学手段：在教学中主要采用电子教案、CAI 课件及多媒体教学系统等教学手段相结合。 （四）对先修课的要求 要求学生先修高等数学、理论力学、材料力学、流体力学、气体动力学、工程热力学、数值分析、机械设计、计算机基础等课程。 （五）对习题课的要求 通过对固体火箭发动机的基本结构与工作原理，固体推进剂的分类，内弹道计算及发动机的结构设计等内容有针对性的布置习题，以巩固和加强所学的理论。 （六）课程考核方式 1.考核方式：考查。 2.考试目标：重点考核学生对固体火箭发动机的基本概念，工作原理和设计方法的理解程度和掌握程度。
液体火箭发动机发展现状及发展趋势概述 摘要：介绍了液体火箭发动机的优缺点、工作原理，总结了大推力和小推力发动机的国内外发展现状，提出了未来液体火箭发动机的发展方向。 关键词：液体火箭发动机，推进系统，发展现状，发展趋势 1 引言 液体火箭发动机作为目前最为成熟的推进系统之一，具有诸多独特的优势，仍然是各国努力发展的主力推进系统，并且在大推力和小推力方面都取得了诸多成果，本文将美国、俄罗斯、欧洲、日本、中国等国家的发展状况进行了综述，目前美国仍然在大多数推进系统方面领先世界，俄罗斯则继续保持液体推进特别是大推力液体火箭方面的领先地位，欧盟和日本在追赶美国的技术水平，以中国为代表的第三世界国家也开始在液体推进领域同传统强国展开竞争。 2 定义与分类 液体火箭发动机（Liquid Rocket Motor）是指液体推进剂火箭发动机，即使用液态化学物质作为能源和工质的化学火箭推进系统。按照推进剂供应系统，可以分为挤压式和泵压式；按照推进剂组元可分为单组元、双组元、三组元；按照功能分，一类用于航天运载器和弹道导弹，包括主发动机、助推发动机、芯级发动机、上面级发动机、游动发动机等，另一类用于航天器主推进和辅助推进，包括远地点发动机、轨道机动发动机、姿态控制和轨道控制发动机等。 3 工作原理 液体火箭发动机工作时（以双组元泵压式液体火箭发动机为例），推进剂和燃料分别从储箱中被挤出，经由推进剂输送管道进入推力室。推进剂通过推力室头部喷注器混合雾化，形成细小液滴，被燃烧室中的火焰加热气化并剧烈燃烧，在燃烧室中变成高温高压燃气。燃气经过喷管被加速成超声速气流向后喷出，产生作用在发动机上的推力，推动火箭前进。
第22卷第1期2007年1月 航空动力学报 Journal of Aerospace Power Vol.22No.1 Jan.2007 文章编号:1000-8055(2007)01-0096-06 液体火箭发动机试验台贮箱 增压系统数值仿真 陈 阳1 ,张振鹏1 ,瞿 骞2 ,朱子环 2 (1.北京航空航天大学宇航学院,北京100083; 2.北京航天试验技术研究所,北京100074) 摘 要:在不考虑传热传质的情况下建立了一种简化的贮箱模型,并采用液体火箭发动机试验台气路系统通用模块化建模与仿真软件对容腔放气过程和某试验台贮箱增压系统在发动机点火工作段的增压过程进行了仿真,计算结果与分析解和试验结果获得了较好的一致,验证了软件的有效性和通用性.对两个系统的建模过程表明软件所采用的模块化建模与仿真方法适用于对复杂管网的建模,在液体火箭发动机系统仿真上具有较好的应用前景.对贮箱增压系统的仿真表明,合理设计P ID 控制参数并根据经验预置与额定流量相近的调节阀初始开度,对于提高增压系统起动过程的平稳性有利. 关 键 词:航空、航天推进系统;液体火箭发动机;试验台贮箱增压系统;数值仿真;P ID 控制中图分类号:V 434 文献标识码:A 收稿日期:2005-12-12;修订日期:2006-05-09 作者简介:陈阳(1979-),男,河南漯河人,北京航空航天大学宇航学院博士生,主要从事液体火箭发动机系统动力学与仿真研究. Numerical simulation for tank pressurization system of LRE test -bed CHEN Yang 1,ZH ANG Zhen -peng 1,QU Qian 2,ZHU Z-i huan 2 ( 1.School of Astr onautics, Beijing U niversity of A ero nautics and Astro nautics,Beijing 100083,China;2.Beijing Institute of Aerospace Testing Technolog y,Beijing 100074,China )Abstract:A simple mo del of propellant tank w as established by neg lecting m ass and heat transfer betw een the pr opellant and pressurant.T hen by employing the modular ization modeling and sim ulation softw are for liquid r ocket engine(LRE)test -bed g as sy stem(LRET-BMM SS -GS),blow dow n of a tank and pressurization of a LO 2tank pr essurizatio n sy stem during engine firing w ere simulated.T he sim ulation r esults ar e in g ood ag reem ent with the analytical solution and test data.Accordingly ,the softw are is validated to be effective and versatile.T he prog ress of m odeling tw o sy stems show s that the m ethod of M M S is suitable for modeling complicated LRE system and can be used to sim ulate all kinds of w orking pro cesses of LRE sy stem.T he simulatio n o f LO 2tank pressurization system indicates that PID control parameters should be set reasonably and the initial opening of pneumatic dia -phragm co ntrol valve should be adjusted to nom inal pressurant mass rate,w hich is effective to improv e stability of pr essurizatio n starting transient. Key words:aerospace propulsion system ;liquid rocket eng ine(LRE);tank pressur ization system of LRE test -bed;num erical sim ulation;PID co ntro l 液体火箭发动机试验台作为液体火箭发动机热试车与热检验的试验检测平台,为满足液体火 箭发动机的各种试验要求,需要在试验台设计阶段、安装调试阶段、热试车阶段开展全面的研究.
钝化处理在液体火箭发动机阀门中的应用 程亚威，李小明，张万欣，谢宁 （西安航天动力研究所，西安 710100） 摘要：在某液体火箭发动机的单向阀中，采用铍青铜材料制造的阀芯锈蚀问题成为影响产品性能 和质量的突出问题，通过对表面采用钝化、光亮两种处理方法的阀芯进行专门的抗腐蚀筛选试验，最终确定钝化处理工艺能满足使用要求。 关键词：火箭发动机；单向阀；锈蚀；钝化 Application of Passivatingtreatment to Liquid Rocket Engine Valves Cheng Yawei Li Xiaoming Zhang Wanxin Xie Ning (AASPT, XiAn, 710100,China) Abstract: In a liquid rocket engine using check valve, the corrosion problem of the valve plug made by beryllium bronze is an outstanding issues to affect the product performance and quality. The paper presents two treating methods-passivatingtreatment, brightening-to solve the corrosion problem, and confirms the passivatingtreatment can meet the operation requirements by a screening test. Keywords: liquid rocket engine; check valve; corrosion; passivatingtreatment 1．前言 铍青铜因其良好的耐磨、耐蚀、高强度、高硬度，在某液体火箭发动机的阀门中大量使用，尤其在有相对运动的摩擦副如阀芯、导向套、衬套等零件上广泛采用。但在实际生产中个别批次零件表面出现发绿、变黑、长毛等锈蚀现象，严重影响产品质量。 单向阀的阀芯（图1）是典型的故障零件，该阀芯采用铍青铜（QBe2 YS/T334-1995）材料。在首批交付中，阀芯表面未出现锈蚀现象，工作性能满足要求，但在随后一批交付中，阀芯在机加完成后待检时零件表面出现黑斑、发绿、长毛的锈蚀现象。对零件表面抛光去除腐蚀痕迹，然而表面状态维持不了一周又出现锈蚀。考虑到产品装配到交付发动机使用，贮存周期长，且阀芯导向面与相配合零件的径向间隙小，如果导向面表面有腐蚀物生成，可能导致阀芯卡死，使单向阀失效，为保证产品质量，必需彻底解决零件表面锈蚀问题，提高阀芯在产品长期存放时的可靠性。 为此进行专项试验，选择对零件表面进行钝化、光亮处理，通过对处理后的零件进行抗腐蚀筛选试验，确定零件最终采用的表面处理方法。 图1 单向阀阀芯 2．表面处理方法及筛选试验 2．1 锈蚀原因 铜的标准电极电位是＋0.34V，本身属耐蚀的钝态，铜及其合金在干燥大气中较稳定，理论上表面稳定是不易发生腐蚀的，因此在设计之初未对阀芯表面提出保护处理要求，首批交付时阀芯表面正常。在第二批阀芯出现锈蚀后了解到，其它曾经使用过该材料的零件在实际使用中也出现过表面
固体火箭发动机工作原理及应用前景浅析 摘要：本文主要介绍了固体火箭发动机的发展简史、基本结构和工作原理以及随着国民经济的日益发展，固体火箭发动机的应用前景。 关键词：火箭发动机工作原理应用 概述 火箭有着悠久的发展历史，早在公元九世纪中期人们便利用火药制成了火箭，并应用于军事。到了14～17世纪，火箭技术相继传入阿拉伯国家和欧洲，并对火箭的结构进行了改进，火箭技术得到进一步发展。19世纪早期，人们将火箭技术的研究从军事目的转向宇宙航行，从固体推进剂转向液体推进剂。到19世纪50年代，中、远程导弹和人造卫星的运载火箭，以及后来发展的各种航天飞船、登月飞行器和航天飞机，其主发动机均为液体火箭发动机，在这一时期，液体火箭推进技术得到了飞速发展。随着浇注成型复合推进剂的研制成功，现代固体火箭推进技术的发展也进入了一个新的时期。使固体火箭推进技术向大尺寸、长工作时间的方向迅速发展，大大提高了固体火箭推进技术的水平，并扩大了它的应用范围。 固体火箭发动机的基本结构 固体火箭发动机主要由固体火箭推进剂装药、燃烧室、喷管和点火装置等部件组成，如图一所示。 图一发动机结构图 1推进剂装药：包含燃烧剂、氧化剂和其他组分是固体火箭发动机的能源部份。装药必须有一定的几何形状和尺寸，其燃烧面的变化必须符合一定的规律，才能实现预期的推力变化要求。 2燃烧室：是贮存装药的容器，也是装药燃烧的工作室。因此不仅要有一定的容积，而且还需具有对高温、高压气体的承载能力。燃烧室材料大多采用高强度的金属材料，也有采用玻璃纤维缠绕加树脂成型的玻璃钢结构，可以大幅减轻燃烧室壳体的重量。 3 点火装置：用于点燃装药的装置。一般采用电点火，由电发火管和点火剂组成。
843 《火箭发动机原理》 考试大纲 一、考试内容： 根据我校教学及该试题涵盖专业多的特点，对考试范围作以下要求： 1、火箭发动机绪论：两次能量转换、固体火箭发动机的结构、固体和液体火箭发动机的优缺点。 2、火箭发动机的工作参数：推力、推力系数、质量流率、特征速度、总冲、比冲的概念；高度和膨胀状态对推力系数的影响；最大推力产生的条件；相关的计算。 3、固体推进剂：固体推进剂的分类；推进剂的主要成分和作用；推进剂的加工工艺；衡量推进剂的能量标准；双基推进剂的贮存安定性问题。 4、火箭发动机燃烧室热力计算：燃烧室热力计算的内容、模型和计算步骤；固体推进剂的假定化学式；GIBBS自由能法和布莱克林法的计算思路；输运过程。 5、喷管流动过程：冻结流动和平衡流动；喷管流动的热力计算方法；发动机冲量系数；喷管流动所包含的损失；二相流损失的概念和形成喷管二相流损失的原因。 6、固体推进剂的燃烧：双基推进剂的多阶段模型；复合推进剂的多火焰模型；燃速的温度敏感系数；侵蚀燃烧概念、机理以及对发动机性能产生的影响；压强对双基和复合推进剂燃烧的影响机理；异常燃烧；平台燃烧；平台推进剂。 7、固体火箭发动机内弹道计算：平衡压强的概念、公式及计算；燃烧室压强的稳定性条件；燃喉比K、喉通比J和波别多诺斯采夫准则的概念和物理意义；燃气流动和侵蚀燃烧对平衡压强的影响；一维内弹道的计算方法；点火延迟。 8、液体火箭发动机系统：开式循环和闭式循环。 9、液体推进剂：常用的液体推进剂，化学当量比和余氧系数。 10、推力室工作过程：推力室的气动区域划分；燃烧准备过程；雾化作用和雾化质量的影响因素；韦伯数；平均直径。 11、推力室的冷却：再生冷却；表面沸腾换热。 二、参考书目