固体火箭发动机原理
第一章绪论
1.1绪论
火箭发动机：自身携带燃料和氧化剂的喷气发动机（推进剂燃烧不需要依靠空气中的氧气）吸气发动机：自身只携带燃料，燃烧所需要的氧化剂需要吸收空气中的氧气，吸气发动机只能在大气层中工作。
固体火箭发动机（solid propellant rocket engine）:使用固体推进剂，燃料和氧化剂预先均匀混合
液体火箭发动机（liquid propellant rocket engine）:使用液体推进剂（由液态燃料和液态氧化剂组成），常见的有单组元推进剂——肼，以及双组元推进剂——液氢和液氧
1.2 固体火箭发动机的基本结构和特点
固体火箭发动机的基本结构：固体推进剂装药、燃烧室、喷管、点火装置。
固体火箭发动机的类型：固体、液体、固液混合火箭发动机
固体推进剂（是固体火箭发动机的能源和工质）
种类：双基、复合、复合改双基推进剂
装药方式：自由装填（通常需要挡药板使药柱固定）、贴壁浇注
包覆层：用阻燃材料对装药的某些部位进行包覆，以控制燃烧面积变化规律
燃烧室（是固体火箭发动机的主体，装药燃烧的工作室）
特点：有一定的容积，且对高温高压气体具有承载能力
材料：合金钢、铝合金、或玻璃纤维缠绕加树脂成型的玻璃钢结构
形状：长圆筒型
热防护法：在壳体内表面粘贴绝热层或采用喷涂法
喷管（是火箭发动机的能量转换部件）
拉瓦尔喷管：由收敛段、喉部、扩张段组成
中小型火箭多采用锥形拉瓦尔喷管（收敛段和扩张段均为锥形）
大型火箭一般使用特型拉瓦尔喷管（扩张段为双圆弧、抛物线等）
喷管基本功能：
1.通过控制喷管喉部面积大小以控制排出的燃气质量流率，以控制燃烧室内燃气压强
2.利用先收敛后扩张的喷管结构使燃气由亚声速加速到超声速
喉部材料：（喷喉处工作环境恶劣，常发生烧蚀或沉积现象），需采用耐高温耐冲刷的材料，石墨、钨渗铜等
点火装置（提供足够的热量和建立一定的点火压强，使装药的全部燃烧表面瞬时点燃，尽早进入稳态燃烧）
组成：电发火管+点火剂（烟火剂或黑火药）
或点火发动机（尺寸较大的装药）
固体火箭发动机的特点：
优点：
1.结构简单（固体火箭发动机最主要的优点）。
与液体火箭发动机相比，不需要专门的贮箱、复杂的输运系统、调节系统和喷注系统。
2.维护操作简单。
装药成型后能长期贮存于发动机中，因此固体火箭发动机和导弹总是处于待发状态，只需进行简单操作就可发射。
而液体发动机发射前需对气路、液路、电路等系统进行全面检查。
3.火力侵袭力强，可采用多管发射装置发射。
4.固体推进剂密度高。（推进剂密度高，可以缩小固体火箭的体积，减轻火箭发动机结构的质量，从而提高飞行速度）
缺点：
1.能量较低，即比冲小。（比冲是衡量固体推进剂能量的主要指标，比冲小是固体火箭发动机最主要的缺点，目前无论双基、复合或复合改性双基推进剂，比冲均在1960-2700N.s/kg 之间，而液体火箭推进剂的比冲已经超过4500N.s/kg）
2.工作时间较短。
3.发动机的推力可调性差。
4.发动机工作压强较高。（高工作压强增加了燃烧室的强度负荷，导致飞行器的消极质量偏大）
固体火箭发动机的工作过程：（三个能量转换过程组成）
首先，推进剂在燃烧室中燃烧，将其化学能转换成燃烧产物的热能；
其次，燃烧产物在喷管中膨胀，将其热能转换成燃烧产物定向运动的动能；
最后，燃烧产物从喷管中喷出产生的直接反作用力对飞行器做功，将其定向运动的动能转换为火箭的飞行动能。
固体火箭发动机的主要性能参数：（推力、总冲量、比冲、密度比冲、燃烧时间、工作时间、推力系数等）
1.推力——火箭发动机产生的推动飞行器前进的力，由动推力和静推力组成。
动推力：由燃烧产物高速喷射产生，是推力的主要部分
静推力：压强差产生
2.总冲量：推力对整个工作时间的积分，反映发动机做功能力
3.比冲：单位质量推进剂产生的推力总冲量（不仅能衡量推进剂具有的能量，还能衡量发动机工作过程中的能量转化效率）
4.密度比冲：反映单位体积推进剂产生的总冲量（对于总冲量一定的发动机，推进剂密度越大，发动机装填的推进剂越多，则可以降低对比冲的要求）
第二章固体火箭推进剂
火箭发动机对固体推进剂的基本要求：
1.推进剂能量高。
2.推进剂燃烧性能好。
（表现在：a. 推进剂燃速稳定，有尽可能宽的燃速调节范围；
b. 燃烧室工作压强、装药初温及燃气流速对推进剂的燃速影响较小；
c. 推进剂能在很宽的使用温度范围内及较低的压强下稳定燃烧；
d. 燃烧产物无毒，无烟）
3.推进剂力学性能好。
4.推进剂贮存性能好。
5.安定性好。
根据固体推进剂的微观结构，分为均质推进剂和异质推进剂
均质推进剂：具有单相性，氧化剂和燃烧剂以化学形式化合而成，同一分子中既有氧化剂又有燃烧剂
异质推进剂: 具有多相性，氧化剂和燃烧剂机械混合而成
固体火箭推进剂的组成及制造工艺：
1.双基推进剂（DB——Double Base），属于均质推进剂
主要组元：NC（硝化棉）+NG（硝化甘油），属于固态溶液，能量低，密度小，腐蚀性小比冲：2158-2266N.s/kg
制造工艺：
中小型火箭装药——压伸法成型
大尺寸药柱——浇注法
注：增加硝化甘油含量可以提高推进剂的能量，但含量过高时，除了危险，还会造成“汗析”，使推进剂的贮存性能变坏；
双基推进剂能量不如复合推进剂能量高，但其燃烧产物烟少，不产生有腐蚀性的HCl，多用于中小型发动机中。
2.复合推进剂（Composite Propellant），属于异质推进剂
主要组元：氧化剂（AP）+黏合剂（HTPB、CTPB）+金属燃烧剂+微量组元
比冲：
氧化剂：AP（过氯酸铵）是目前应用最广泛的氧化剂，但其燃烧产物中的HCL与水生成烟雾，对发射装置腐蚀严重，且有毒。
黏合剂：通常是高分子化合物，它是复合推进剂的燃烧剂，也是复合推进剂的基体，提供推进剂燃烧所需的可燃元素（C、H、S、P等）以保证推进剂具有一定能量。常用的黏合剂有：PS（聚硫橡胶）、PU（聚氨酯）、PVC（聚氯乙烯）、CTPB（端羧基聚丁二烯）、HTPB（端羟基聚丁二烯）
金属燃烧机：加入是为了提高推进剂的能量和密度，金属燃烧机密度高，燃烧后会放出大量热量。
常用的复合推进剂：（复合推进剂通常以黏合剂来命名）
A.PS推进剂
B.PU推进剂
C.PVC推进剂
D.CTPB推进剂
E.HTPB推进剂
制造工艺：浇注法成型（广泛采用真空浇注）
3.复合改性双基推进剂（Composite Modified Double Base Propellant—简称“CMDB”），属于异质推进剂
比冲：2600-2650N.s/kg
主要组元（两个种类）：
A.（以AP为氧化剂）AP/CMDB推进剂
B.（以硝铵炸药HMX或RDX为氧化剂）HMX/CMDB推进剂、RDX/CMDB推进剂
注：HMX为奥克托今，RDX为黑索今
4.无烟、少烟推进剂（属于高能推进剂）
根据推进剂燃烧产物中烟的形成过程，烟分为：初烟和二次烟
A.初烟（三氧化二铝凝相颗粒是形成初烟的主要来源）
减少初烟的途径：降低燃烧产物中的凝相颗粒
B.二次烟（燃烧产物中的气态水是形成二次烟的主要来源）
减少二次烟的途径：消除燃烧产物中的气态水是不可能的，为此，减少气态水的可行途径是减少过氯酸铵含量或不用它作氧化剂，以减少或消除可促使气态水凝聚的HCL
无烟或少烟推进剂的组元：
氧化剂（RDX或HMX，注:AP不适用）+黏合剂（DB，即双基推进剂），也即RDX/CMDB和HMX/CMDB就是无烟或少烟推进剂
固体火箭推进剂对力学性能的要求：
有足够的抗拉强度、抗压强度、延伸率和弹性模量
对自由装填药柱：要求推进剂具有较高的弹性模量和抗压强度
对贴壁浇注装药：通常以低温延伸率和高温抗拉强度来评定贴壁浇注的力学性能
（注：贴壁浇注装药常以下列方式破坏A.装药破碎B.脱粘（装药与包覆层分离）
C.蠕变引起的过度变形）
第三章固体火箭推进剂稳态燃烧
重点：研究发动机各种工作条件对燃速的影响
对固体推进剂燃烧的要求：
1.燃烧稳定（使发动机工作正常是保持推进剂的稳态燃烧，稳态燃烧即：燃烧条件不随时间变化、燃烧过程稳定的自持燃烧）
2.燃烧效率高
3.燃气生成符合预定规律（燃气生成速率是通过推进剂燃烧速度和装药燃烧面积进行控制的）
几何燃烧定律：
固体推进剂的装药燃烧表面按平行层燃烧的规律燃烧
（平行层燃烧规律：若装药的组成结构、物理化学性质处处均匀一致，燃烧表面各点处于相同燃烧条件，全部燃烧表面同时点燃，则全部燃烧表面将沿其内法线方向，以相同的速度向装药内部退移）
燃烧速度（燃速）：单位时间内装药燃烧表面退移的距离，又称装药的法线燃速
肉厚：装药燃烧表面退移的距离
双基推进剂的稳态燃烧模型：两层火焰，属于预混燃烧
1.固相加热区：该区在稳态燃烧过程中的作用是积聚热量，为推进剂的热分解做准备。
2.凝聚相反应区（表面反应区）：该区中发生各组元的熔化、蒸发和升华，以及硝化棉、硝酸酯等大分子发生热分解反应。
3.混合相区（嘶嘶区）—又称为初始火焰区：该区固、液、气共存，该区释放的热量约占全部推进剂可释放热量的50%,形成了初始火焰。
4.暗区（该区的燃烧反应条件尚不充分，反应速度较慢，释放的热量还不足以使气体达到发光的程度，故称作暗区）。
5.火焰区（二次火焰区或燃气的发光区）：该区释放的热量约占推进剂全部可释放热量的50%,该区反应结束，温度也升至最高值，即燃烧温度，一般双基推进剂的燃烧温度为2400-3000K。
双基推进剂的稳态燃烧的基本结论：
1.双基推进剂的稳态燃烧是极其复杂的物理化学过程；
2.除固相加热区以外，其他各区均有化学反应；
3.反馈热流是保证燃烧持续稳定进行的基本因素；
4.燃气压强的影响：压强增大，气相反应加快，燃速增大，反之，燃速降低；
当压强降低到一定程度时，甚至会不出现火焰区，燃烧在暗区结束。临界压强（Critical Pressure）：为保证推进剂稳态燃烧所需的最低压强。
对于双基、改双基推进剂，临界压强为3-4MPa
对于复合推进剂，临界压强为5-6MPa
复合推进剂的稳态燃烧模型：
有两种模型：
1.粒装扩散火焰模型（气相稳态燃烧模型）—略
2.多火焰模型（凝聚相稳态燃烧模型），一层火焰，属于扩散燃烧
火焰结构：初焰（扩散火焰）、AP火焰（预混火焰）、终焰（二次扩散火焰）
A.初焰：过氯酸铵分解的富氧产物（CLO、OH、O2等）与黏合剂热解的富燃产物（CH4、C2H2、C等）之间发生化学反应形成的火焰。
B.AP火焰（过氯酸铵火焰）：过氯酸铵分解产物NH3和HCLO4之间反应形成的火焰，AP火焰属于预混火焰（Premixed Flame）（所谓预混火焰：即反应物预先混合均匀的燃烧反应称为预混燃烧，形成的火焰称为预混火焰）。
C.终焰：过氯酸铵分解的富氧产物与黏合剂热解的富燃产物之间的二次扩散火焰。
多火焰模型的基本结论（影响燃烧过程的因素）
最终燃烧温度：3200K以上；
燃烧室压强：低压下，气相反应速度慢，压强增大时，气相反应加快；
AP晶粒尺寸：AP晶粒越细，燃速加快；
金属铝：加入铝对推进剂影响不大，主要是用来提高推进剂的能量。
研究压强、侵蚀燃烧效应、装药初温和其他因素对固体推进剂燃速的影响：
1.压强对推进剂燃速的影响：
燃速定律：指燃速与压强的函数关系
类型：指数燃速定律、萨默菲尔德燃速定律
n : 燃速压强指数，反映燃速对压强的敏感程度，n越小，压强对燃速的影响越小，通常0 平台燃烧现象：在低压下，燃速和压强指数均较大，形成超速燃烧（Super-rate Burning）;在某一压强范围内，燃速基本不随压强变化，即n很小或接近于零，形成平台燃烧（Plateau-Burning）;在另一压强范围内，燃速却随压强升高而降低，即n<0，形成麦撒燃烧（Mesa-Burning） 平台推进剂：具有超速—平台—麦撒燃烧的推进剂，或只明显表现出平台燃烧的推进剂，称为平台推进剂（Plateau Propellant）。 平台推进剂的特点：n很小，燃速非常稳定。 2.侵蚀燃烧效应对燃速的影响 侵蚀燃烧效应（Erosive Burning）：平行于装药燃烧表面的燃气流速将使燃速增大。 注：并不是任何状态的平行气流都能产生侵蚀燃烧效应，只有当燃气流速大于某个值时，侵蚀燃烧效应才会出现，这个流速的临界值称为侵蚀燃烧界限速度。 侵蚀压强峰：发动机工作的初始阶段，装药通道截面积最小，气流速度大，因而侵蚀燃烧效应最严重，常引起压强急升，这种由侵蚀燃烧效应引起的压强急升称为侵蚀压强峰 侵蚀燃烧效应的危害（结果）： A.侵蚀压强峰提高了燃烧室的强度负荷，使发动机消极质量偏大 B.侵蚀燃烧效应引起的燃速增加缩短了装药燃烧时间和发动机工作时间，改变了预定的推力方案。 C.侵蚀燃烧作用下装药燃速沿轴向增大，导致装药肉厚不能同时烧完，使下游部分燃烧室壳体过早的暴露于高温高速燃气中，加大了燃烧室壳体的热负荷。 D.侵蚀燃烧效应严重时，发动机压强—时间曲线出现较长时间的拖尾现象，降低了发动机的总冲和比冲。 侵蚀燃烧效应的影响因素（原因）：燃气流速、燃气压强、推进剂性质、装药几何形状?平行于装药表面的燃气流速： 平行于装药表面的燃气流速是影响侵蚀燃烧效应的最主要因素，其中，界限流速越小推进剂越容易出现侵蚀燃烧效应。对于给定流动条件的发动机，界限流速越小，侵蚀燃烧效应越严重。 ?燃气压强 燃气压强增大，界限流速越小，侵蚀燃烧效应越大 ?推进剂的性质 推进剂的基本燃速（即无侵蚀燃速）越低，界限流越来越小，侵蚀燃烧效应越大 ?装药几何形状 结构越简单，侵蚀燃烧效应越不严重 侵蚀公式和侵蚀准则： 侵蚀公式：以侵蚀燃烧效应的主要影响因素为自变量的函数，有多种形式。 侵蚀准则：通过控制给定侵蚀公式中的某一自变量的大小以达到控制侵蚀燃烧效应的判别准则。 ●J准则（只考虑了燃气流速对侵蚀燃烧效应的影响） 令（喉通比）J =At/Ap2=q（λ2），即喉部截面积与装药末端（近喷管处）燃气通道截面积之比 J准则的实质：通过控制喉通比大小就可以控制装药末端的速度系数λ2，因而也就控制了装药通道内的燃气流速（λ2=v/a），最终达到控制侵蚀燃烧效应的目的. ●?准则（反映了燃气流速和压强对侵蚀燃烧效应的综合影响） 令（通气参量，也叫燃通比）? =Ab/Ap ,即装药通道内某截面x处的?值：是该截面上游的装药燃烧面积Ab与此处装药通道截面积Ap之比。 ?准则的实质：对某些双基推进剂而言，?越大表示侵蚀燃烧效应越严重，故可通过控制?值来控制侵蚀燃烧效应。 ?准则的优点：装药末端的Ab最大，装药燃烧开始时的Ap最小，所以通常取装药末端的初始?值来控制侵蚀燃烧效应，又由几何燃烧定律，任何形状装药的?值随时间变化的规律均可以通过装药形状和几何关系计算出来，于是初始?值和?随时间的变化很容易得到。 ?准则的缺点：对于相同的?值，推进剂能量、燃速不同时，对应的燃气压强和燃气流速可以有完全不同的值，因此不能用同一个?值来控制各种推进剂的侵蚀燃烧效应。 3.装药初温对燃速的影响 初温：发动机工作之前装药所处的温度，即环境气温。一般取-40℃-50℃作为固体火箭发 动机的初温使用范围。 初温对燃速的影响：有直接作用， 装药初温升高时燃速增大，燃烧室压强升高，推力增加，燃烧时间缩短； 装药初温降低时燃速减小，燃烧室压强下降，推力减小，燃烧时间变长。 注：通常，发动机点火前需要将其在特定恒温环境中保持足够长的时间，以保证推进剂装药均匀地达到预定的温度。 燃速温度敏感系数： 初温改变1℃所引起的燃速相对变化量，希望改值越小越好。 通常，燃速压强指数的减小不仅可以降低燃速对压强的敏感度，同时也使燃速对初温的敏感度大大减小。 提高燃速的物理方法：在推进剂中嵌入金属丝，利用金属丝良好的导热性增加气相区对固相的传热，从而提高装药燃速， 第六章喷管中的燃气流动过程 燃气在喷管中的流动： 属于理想气体的一维定常变截面等熵流动。 喷管的主要功能： 1.通过控制喉部面积的大小控制燃气的质量流率，是燃烧室内的燃气压强保持在预定水平，并保持装药的正常燃烧； 2.使推进剂燃烧产物由亚声速膨胀加速到超声速； 3.对用于控制的发动机。通过喷管实施推力大小和方向的控制。 火箭发动机燃气获得超声速排气流的条件： A.喷管为先收敛再扩张的结构，即拉瓦尔喷管（几何条件） B.喷管出口截面压强≥外界反压（力学条件） 喷管的扩张比： 面积扩张比—Ae/At（Ae是喷管出口截面的面积） 直径扩张比（也叫直径比）—de/dt，即喷管出口截面与喉部截面的直径比。通常说的扩张比主要指直径比。 喷管的排气速度——即喷管出口截面的流速 排气速度： 结论：在喷管扩张段，λ>1，随着扩张比增大，则压强比减小，说明燃气膨胀越充分。 喷管排气速度的影响因素： A.推进剂性能 B.燃气在喷管中的膨胀程度 如何增大排气速度？ A.提高燃烧温度和降低燃气的摩尔质量； B.增大喷管的扩张比是减小压强比—>提高燃气膨胀程度,进而增大排气速度的有效措施。（注：扩张比不能过大，否则可能会导致喷管出口截面的燃气压强低于环境压强，可能会出现激波） 环境压强对拉瓦尔喷管内气体流动的影响：这里的外界反压是个变量，并不单一表示标准气温下的大气压强。 欠膨胀状态：喷管出口截面压强>外界反压，燃气在喷管内没有得到充分膨胀，流出喷管后仍会继续膨胀。 最佳膨胀状态：喷管出口截面压强=外界反压，也叫喷管的设计状态，燃气在喷管内得到了完全膨胀加速，气流流出喷管后既不会继续膨胀也不会受到压缩，此时的外界反压称为第一特征反压。 过膨胀状态：喷管出口截面压强<外界反压，超声速气流在流出喷管出口截面后将受到环境的压缩，即产生斜激波。说明燃气在喷管中膨胀程度过大（即膨胀过度造成喷管出口截面压强减小得太多），直到外界反压再次提升到某值时，斜激波变为覆盖在喷管出口截面的正激波，正激波前的流动为超声速，正激波后的流动为亚声速。在此，使喷管出口截面出现正激波时的外界反压值，称为第二特征反压。 激波吞入状态：当外界反压继续提高并超过第二特征反压时，由于激波的传播速度大于燃气流速，正激波将被喷管吞入并向喷管内部流动，若外界反压继续升高直至某值时，正激波正好移动到喉部截面，（喉部截面波前Ma=1，而激波产生的必要条件是Ma>1），此时激波消失，整个喷管内的流动变为亚声速流动。在此，使正激波正好移动到喉部截面时的外界 反压值，称为第三特征反压。 保持欠膨胀状态的反压上限值——第一特征反压 喷管内存在激波时反压所满足的下限值（或喷管出口获得超声速气流的反压上限值）——第二特征反压 喷管内存在激波时反压所满足的上限值——第三特征反压 第七章固体火箭发动机的性能参数 性能参数：推力、推力系数、特征速度、总冲、比冲、火箭的理想飞行速度 对火箭发动机性能参数的讨论是在以下假设基础上进行的： 喷管：等熵流动燃烧室：绝热流动 上述假设的过程是理想化过程。 1.推力（Thrust）: 推动火箭前进的力，由动推力和静推力组成。动推力是高速喷出的燃气产生的反作用力，是推力的主要部分，一般占总推力的90%以上，静推力由喷管出口截面燃气压强与环境反压的差产生。 真空推力（vacuum thrust）： 真空中环境压强为零，此时静推力达到最大值，称为真空推力。 注：真空推力是给定火箭发动机的最大推力。 所谓的给定火箭发动机，即火箭发动机的结构完全确定以后，其质量流率、喷管出口截面和扩张比都有确定的值，因此排气速度、喷管出口截面压强也是确定的，在这一情况下，推力公式中就只有环境压强为自变量。 最佳推力（optimum pressure）: 喷管出口截面压强等于环境压强时的推力，称为最佳推力。 注：火箭发动机在一定的高度下（即在环境压强一定），扩张比设计为最佳扩张比（即处于最佳膨胀状态时）时，使发动机的推力达到最大，该推力即为最佳推力。 最佳推力的推导情形：当火箭发动机在一定的高度下，给定了发动机燃烧室的参数（主要是燃烧室压强和燃烧温度）和喷管喉部面积时，喷管出口参数—喷管出口截面的压强、排气速度、排气面积都只与扩张比有关，所以，只要改变扩张比的值，就可以改变喷管出口参数，因而推力也随之变化，在这一情况下，推力公式中只有扩张比是自变量。 最佳扩张比：最佳膨胀状态的喷管所对应的扩张比叫最佳扩张比。 底部压强（Base Pressure）：通常，喷管出口截面的直径小于飞行器的底部直径，此时作用在喷管出口截面之外还有一个环形底部面积，作用在其上的压强称为底部压强。 底阻（Base Drag）：飞行器在空气中飞行时，在环形面积上产生的底部阻力，简称底阻。通常底阻较小。 2.推力系数Cf：表示单位喉部面积、单位燃烧室压强产生的推力，属于无量纲量。 推力系数的物理意义：表征燃气在喷管中膨胀的完善程度（压强比也可以表示），推力系数越大，表示燃气在喷管中膨胀的越充分，是衡量喷管能量转换效率的一个重要参数。 推力系数的影响因素： A.比热比：比热比对推力系数影响较小 B.喷管的扩张比：喷管的扩张比是推力系数的主要影响因素。 在一定的比热比、一定的外界环境压强下： 欠膨胀状态时，推力系数随扩张比的增大而增大； 最佳膨胀状态时（即扩张比等于最佳扩张比时），获得最佳推力系数； 过膨胀状态时，推力系数随扩张比的增大而减小。 实际发动机一般工作在推力系数变化较平缓的的欠膨胀状态下。 飞行高度增加，推力系数增大，真空时推力系数达到最大； 对每一个飞行高度，都有一个最佳推力系数，对应于最佳膨胀状态时； 最佳推力系数随火箭飞行高度升高而增大。 3. 特征速度（Characteristic Velocity ） 特征速度具有速度的量纲，故称为特征速度； 特征速度是表征推进剂燃烧产物特性的综合参数，既能衡量推进剂能量的大小，又能衡量推进剂化学能在燃烧过程中转换成燃烧产物热能的完善程度，即特征速度可以衡量推进剂能量及其在燃烧室中的燃烧效率（注意与推力系数区分）。 显然，推进剂能量越高，则特征速度越大。 固体火箭推进剂的特征速度一般在1400-1600m/s 之间。 4. 等效排气速度（Equivalent exhaust velocity ） 物理意义：将推力中的静推力部分折算为动推力，即假想火箭发动机的推力全部由动推力构成时所对应的排气速度。 欠膨胀状态时，等效排气速度>实际排气速度 最佳膨胀状态时，等效排气速度=实际排气速度 过膨胀状态时，等效排气速度<实际排气速度 通常，实际排气速度占等效排气速度的90%以上，故可近似认为等效排气速度≈实际排气速度，对小型发动机而言，可认为等效排气速度为常数。 等效排气速度既包括了特征速度所反映的燃烧能量特性，又包括了推力系数所反映的燃气膨胀程度，是一个全面评定发动机质量的性能指标。 5. 推力的影响因素：? =m c C F F * A. 推力系数（thrust coefficient ）： 表征燃气在喷管中膨胀的完善程度; 当喷管处于最佳膨胀状态时，推力系数最大，推力最大。 通常推力系数一般取1.5-1.6。 B. 特征速度（characteristic velocity ）： 表征推进剂能量的大小及其在燃烧室燃烧过程中的转换效率; 推进剂能量越高，燃烧越完善，能量转换效率越高，则特征速度就越大，从而推力也越大。 C. 质量流率（mass flow rate ）： 推力系数、特征速度在很大程度上都被限制在一定范围内，因而对推力的改变是有*c C v F eq = 限的。 欲大幅度调整发动机推力，主要还是依靠选择恰当的喷管质量流率..r A m b P ρ=： 改变推进剂燃速. r 和装药燃烧面积b A 是调节推力的主要方法，特别是后者，装药药型有侧燃、端燃、单根、多根及星孔装药等，均可调整装药燃烧面积以调整推力。 注：推力系数F C 描述流动，特征速度*c 描述燃烧。 总冲（Total Impulse ）：火箭发动机的推力F 对工作时间的积分 对于一定的总冲量，发动机的推力方案选择： A. 大推力、短工作时间—助推发动机（反坦克火箭通常都选择该方案） B. 小推力、长时间工作—续航发动机 C. 采用多级推力满足总冲要求 比冲（Specific Impulse ）:单位质量推进剂产生的推力总冲量。 火箭发动机的比冲与等效排气速度相等，因此比冲也能衡量推进剂能量大小和发动机工作过程中能量转换的完善程度，但通常采用比冲的概念来评定火箭发动机的性能。 比冲的影响因素：*c C I F sp = 推进剂能量（0RT ）、燃烧室压强0p 、燃烧产物在喷管中的膨胀程度、推进剂初温 A. 推进剂能量 推进剂能量越高，则特征速度越大，从而比冲越高； 提高推进剂能量的主要途径：提高燃烧温度、降低燃气摩尔质量 B. 燃烧室压强 扩张比一定时，提高燃烧室（combustor ）压强，则推力系数增大，从而比冲越高 注：发动机工作压强不宜低于4Ma; C. 燃烧产物在喷管中的膨胀程度 欠膨胀状态时，推力系数随扩张比的增大而增大，从而比冲随推力系数的增大而增大 过膨胀状态时，推力系数随扩张比的增大而减小，从而比冲跟随推力系数减小 最佳膨胀时，比冲达到极大值，成为最佳比冲，通常，在最佳扩张比附近选择喷管的扩张比，会获得较好的性能参数 D. 推进剂初温 初温越高则能量越大，从而特征速度增大，比冲越高 E. 其他因素：热损失、不完全燃烧等等 火箭的理想飞行速度： 即火箭只在发动机推力F 作用下获得的飞行速度。 火箭的最大理想飞行速度： 当推进剂燃烧结束即发动机停止工作时，火箭速度将达到最大值，称为火箭的最大理想飞行速度，又称主动段末速度。 )1ln(k p sp k m m I v += 火箭的最大理想飞行速度由比冲和火箭的质量比（mass ratio ）决定。 如何提高最大理想飞行速度？ A. 增大比冲； B. 增大火箭的质量比：增加装药量p m 或者减小发动机结构质量k m 。 注：对于降低火箭结构质量，可以采用多级火箭，主要结构有串联式、部分分级式、并联式、背驮式。火箭级数并不是越多越好，最合适的级数常取2-6级，最好不超过4级。 有效载荷比：有效载荷与起飞质量之比。 第七章固体火箭发动机的效率与实际性能参数 相应于固体火箭发动机的三种能量转换过程，存在三种能量损失： 1.推进剂的化学能不可能全部转换为燃气的热能和压强势能，其转换效率称为燃烧效率； 2.燃气的热能和压强势能不可能全部转换为燃气定向运动的动能，其转换效率为膨胀效率； 3.超声速燃气流动能不能全部转换成火箭的飞行动能，其转换效率称为推进效率。 外效率：发动机的推进效率发生在喷管出口，因此又称为发动机的外效率。 内效率：燃烧效率是在火箭发动机燃烧室和喷管中完成的，又称为发动机的内效率。 固体火箭发动机性能参数的修正： 修正系数=实际性能参数/理论性能参数 由于发动机的性能参数大都是发动机内部工作过程决定的，因此，修正系数主要是针对内效率进行修正，包括膨胀效率和燃烧效率，对应于燃气膨胀损失系数和燃烧损失修正系数。 第九章固体火箭发动机内弹道 固体火箭发动机内弹道：指发动机内部的工作过程 研究内容： 发动机在设计或非设计状态下燃烧室及喷管内流动参数随时间或空间的变化规律。 零维内弹道：将发动机内部参数看作平均值，主要解决燃烧室平均压强随时间的变化规律。 所谓零维，即认为燃烧室中各处的压强完全一致，是只与时间有关的燃烧室平均压强。 燃烧室压强是固体火箭发动机的重要参数，其主要影响表现在： 1.影响推力及其随时间变化的规律； 2.影响推进剂的燃速和发动机工作时间； 3.直接影响发动机比冲； 4.正常燃烧需要一定压强； 5.影响发动机的结构质量。 平衡压强：燃烧室压强处于平衡状态时的压强 平衡压强的影响因素：推进剂性质、发动机面喉比、初温 A.推进剂的性质 降低推进剂的燃速压强指数或采用平台推进剂有利于燃烧室压强的稳定； B.发动机面喉比 选定推进剂以后，选择适宜的面喉比是控制平衡压强的主要途径； C.推进剂初温 装药初温升高时燃速增大，燃烧室压强升高。 初温对压强的影响主要是初温影响燃速的结果。 减小初温对燃烧室压强，控制燃速温度敏感系数和降低燃速压强指数都十分必要。 固体火箭发动机压强—时间曲线的特征 A.上升段、平衡段、后效段特征分明； B.在发动机工作初期出现初始压强峰； 初始压强峰的缺点：初始压强峰较大时，提高了燃烧室强度负荷，导致发动机结构质量增加。优点：可以增加炮口速度，从而提高无控火箭密集度。 影响初始压强峰的因素：侵蚀燃烧效应、点火药量、发动机结构 其中，由侵蚀燃烧效应引起的初始压强峰又称为侵蚀压强峰。在发动机工作初期，装药通道最小，侵蚀燃烧效应最严重，由于燃气生成量增大引起压强升高。随着燃烧持续进行，由压强升高引起的喷管质量流率升高（通过喷管流出去的燃气量）使得压强趋于降低，其次燃烧过程中装药通道的通气面积增大，使得侵蚀燃烧效应减小，因而燃气生成量也减小，从而使压强降低。 因此，发动机工作初期的压强升降导致了初始压强峰的出现。 特殊装药发动机的内弹道： 火箭发动机通常可分为助推、续航、助推+续航等几种类型。为满足“助推+续航”要求，大多采用多级推力发动机。（注：多级推力发动机不同于多级火箭） 双推力（dual thrust）是多级推力发动机常用的推力方案，这种发动机启动后有一个工作时间较短的高推力助推段，在助推段结束时达到预定的飞行速度，然后在较长时间内形成一个低推力的续航段，用以进一步提高飞行器的飞行速度。 双推力发动机可分为双室双推力、两次点火和单室双推力三种结构形式。 双室双推力发动机：发动机由相互隔离的燃烧室和各自的喷管组成 两次点火发动机：由两个燃烧室和一个喷管组成，两个燃烧室可以采用完全独立的装药结构。 单室双推力发动机：共用一个燃烧室和喷管，采用不同的推进剂组合、不同燃烧的推进剂或不同的装药结构实现双推力。 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 考试剩余开始计时.. 答题卡 一、判断题 1 2 3 4 5 6 二、单项选择题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 三、解释题 1 2 四、问答题 1 已做未做 西南大学网络与继续教育学院课程考试 课程名称：(0962)《发动机原理》考试时间：90分钟满分：100分 考生姓名：周金平学号： 一、判断题(本大题共6小题，每道题2.0分，共12.0分) 1. 内燃机的换气损失包括：进气损失、排气损失和泵气损失三部分。 对 错 2. 由于车用发动机的功率和转速独立地在很大范围内变化，故其工况是面工况。 对 错 3. 国产汽油是以辛烷值来标号的。 对 错 4. 内燃机的扭矩储备系数指外特性上最大扭矩与标定扭矩之比。 对 错 5. 柴油机缸内的不均匀混合气是在高温、高压下多点自燃着火燃烧的。 对 错 6. 在进、排气门开、闭的四个气门定时中，排气提前角对充量系数的影响最大。 对 错 二、单项选择题(本大题共16小题，每道题3.0分，共48.0分) 1. 发动机排放中一氧化碳生成的机理中，不包括（）。 A.混合器不均匀 B.氧的浓度过高 C.燃料不完全燃烧 D.二氧化碳和水在高温时的裂解 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 2. 为了利用气流的运动惯性，在活塞运动到上止点以后，才关闭气门。从上止点到气门完全关闭之间的曲轴转角称为（）。 A.排气迟闭角 B.进气提前角 C.排气提前角 D.进气迟闭角 3. 为控制柴油机的压力升高率，应减少在着火落后期的（）。 A.可燃混合气的量 B.压力 C.温度 D.空气量 4. 浓混合气的过量空气系数是（）1的。 A.小于 B.大于 C.等于 D.不确定 5. 发动机增压就是增加进入发动机气缸的充量密度从而提高（），达到提高发动机功率，改善燃料经济性和排放性能的目的。 A.平均有效压力 B.排气压力 C.燃烧温度 D.燃油雾化程度 6. 汽油机的着火属于（）。 A.同时爆炸燃烧 B.扩散燃烧 C.低温多阶段 D.高温单阶段 7. 进气涡流是在进气过程中形成的绕（）旋转的有组织的气流运动。 A.气缸轴线 B.垂直于气缸轴线 C.气门轴线 D.气道轴线 8. 汽油机采用废气涡轮增压后，带来的主要问题包括（）、热负荷增加、反应滞后等。 A.燃烧温度降低 B.负荷降低 C.爆燃 D.排放增加 9. 汽油机（）是其燃烧的主要时期。 A.后燃期 B.着火落后期 C.明显燃烧期 D.缓燃期 10. 废气涡轮增压器中涡轮的功用是将废气所拥有的能量尽可能多地转化为涡轮旋转的 斯特林发动机原理图解 如图1 把橡皮绑在容器口上，我们能容易瞭解到受热时橡皮会膨胀(图2)，冷却时橡皮会缩收(图3)，这是加热时，内部气体压力作用在橡皮上(图2)，当然人的眼睛是无法看到气体压力的。 A2移气器 如果我们放入一个移气器(Displacer)到容器内(图4)，而这个移气器的直径比容器的内径小一些，当移气器自由上下移动时，即可以把容器内的气体挤下或挤上。这个时候，如果我们在容器底端加热，而在容器上端冷却，使上下两端具有足够的温差，即可看见此时橡皮会不断膨胀及收缩。其原理如下： 当移气器上移，容器内的气体被挤至容器底端，此时由於容器底端加热，因此气体受热，压力变大，此压力经由活塞与容器间的空隙传到橡皮，使得橡皮会膨胀(图5)。 相反的，若施以适当的力量把移气器下移，则容器内的气体被挤至容器上端，此时由於容器上端為冷却区，因此气体被冷却，使气体温度降低，压力变小，而使得橡皮会缩收(图5)。 如此，不断使移气器自由上下移动，即可看见此时橡皮会不断膨胀及收缩。 由此，可知移气器的功用主要在於移动气体，使气体在冷热两端之间来回流动。国立成功大学航太系郑金祥教授把 Displacer 命名為”移气器”，实在更為贴切，也比较不容易混淆，比较不会使人误以為它的作用跟输出功率的动力活塞一样。 A3 曲柄机构 要让移气器上下移动，只要将移气器与一曲轴连结(图6) 。当曲轴旋转时，移气器就会被带上及带下。将移气器与曲轴连结完毕之后，在容器底端加热上端冷却，只要用手转动曲轴，使得移气器移上及移下，此时橡皮便会重复膨胀及收缩(图7)。 A4 动力活塞 橡皮的膨胀及收缩运动，可以转换為动力输出，此时，橡皮的作用即如同一动力活塞。我们可以另加一根连桿接到上述的曲轴上，便可将橡皮的膨胀及收缩运动转换為曲轴的旋转运动。连接到移气器的曲轴部位与连接到动力活塞的曲轴部位必须呈固定的角度差，一般是90度(图8,9)。橡皮的膨胀及缩收所產生的曲轴的旋转运动提供了移气器上下移动的力量，多餘的力量则可以输出。必须注意的是，移气器本身不会动，而是被曲轴带动，动力来源是动力活塞。 发动机原理l两套试题以及答案(整理) 汽车发动机原理试题一（含答案） 一、单项选择题 1、高速柴油机的实际循环接近于（D） A、定压加热循环 B、定容加热循环 C、定温加热循环 D、混和加热循环 2、增加排气提前角会导致（C） A、自由排气损失增加 B、强制排气损失增加 C、提前排气损失增加 D、换气损失增加 3、汽油机早燃的原因是混和气（ C ） A、自燃 B、被火花塞点燃 C、被炽热表面点燃 D、被废气点燃 4、对自然吸气的四冲程内燃机，提高充气效率的措施中有（ D ） A、提高进气气流速度 B、加大进气迟闭角 C、提高进气管内压力 D、合理选择进气迟闭角 转角 C、大于180°曲轴转角 D、不小于180°曲轴转角 10、发动机的工况变化取决于其所带动的工作机械的（A） A、运转情况 B、功率情况 C、速度情况 D、传动情况 11、柴油机出现不正常喷射的各种原因中包括（C） A、高压油管过细 B、油管壁面过厚 C、喷油压力过高 D、喷油数量过多 12、描述发动机负荷特性时，不能代表负荷的参数是（ A ） A、转速 B、功率 C、扭矩 D、油门位置 13、汽油机的燃烧过程人为地分为（C） A、5个阶段 B、4个阶段 C、3个阶段 D、2个阶段 14、实际发动机的膨胀过程是（C） A、定压过程 B、定温过程 C、多变过程 D、绝热过程 15、发动机的整机性能用有效指标表示，因为有效指标以（ D ） A、燃料放出的热量为基础 B、气体膨胀的功为基础 C、活塞输出的功率为基础 D、曲轴输出的功率为基础 16、为了评价发动机进、排气过程中所消耗的有用功，引入的参数是（ A ） A、泵气损失 B、传热损失 C、流动损失 D、机械损失 17、柴油机间接喷射式燃烧室类型中包括下面列出的（D） A、半开式燃烧室 B、开式燃烧室 C、统一室燃烧室 D、预燃室燃烧室 18、发动机的外特性是一种（B） A、负荷特性 B、速度特性 C、调整特性 D、万有特性 19、柴油机的理想喷油规律是（B） 汽车构造大作业 班级建筑学22 姓名万家轩 学号 2120703033 日期 2014年5月16日 1.自主研发还是合资合作，阐述你对中国汽车工业发展的看法。 答：我觉得目前还是合资合作才可以促进中国汽车工业更快的发展。中国的汽车工业较西方国家和亚洲的某些发达国家晚了不少，现在虽然已经在飞速发展且国家也在大力支持民族汽车工业的发展，但是总体上依旧处于技术不如外国品牌先进，做工不如外国品牌精致，口碑不如外国品牌好，质量不如外国品牌稳定，售后不如外国品牌完善，甚至广告营销都不如外国品牌有新意的阶段，唯一相比外国品牌可能有的优势就是价格较亲民了。 汽车算是家庭里的大件，但很多人对汽车并不了解，所以买车的决定因素往往是价格，品牌，用途，质量这几个因素，所以中国车企应该抓住大多数消费者的心理，与外国车企合作，利用对方的口碑和关键技术来拉拢消费者，为自己的品牌打开这一重要瓶颈。同时继续研发核心技术，先让自己的技术迎合本国消费者的口味，做足市场调查，严把质量关，逐步改变中国国民对民族品牌的看法。 总之，自主研发和合资合作都是必须要走的路，只不过有先有后而已。 2.试述内燃机代用燃料的研究现状和重要性。 答：现状：目前国际上公认最有前途的内燃机清洁代用燃料是醇类燃料。我国是世界上研究和应用生物质燃料较早的国家之一。20 世纪40 年代中期即将酒精、发生炉煤气以及由桐油热裂成的燃油用于车用发动机上，并对菜籽油、大豆油及松根油等进行实验研究。长期以来对沼气的研究与应用进行得广泛而深入，全国都设立了沼气应用技术推广站。目前有一些地区不仅将沼气当作生活燃料，而且也用于内燃机。自70 年代末起，山西、四川、吉林及北京等省市对汽油甲醇混合燃料进行了初步实验研究。原国家科委在“六五”期间组织了M10~M15 的台架实验及车队使用实验研究。除了对甲醇、汽油混合燃料进行实验研究外，中国科学院工程热物理所和华中理工大学还分别对汽油机燃用100%的甲醇及在柴油机中掺烧甲醇进行了实验研究。与此同时，原国家科委组织了从煤中提炼甲醇等工艺技术的研究。天津大学、浙江大学、西安交通大学及山东工业大学等对在汽油机及柴油机中燃用甲醇进行了很多实验研究工作。 浙江大学还对氢气、液化石油气及煤粉浆进行过研究。贵阳山地农机研究所、上海内燃机研究所、上海交通大学及南京野生植物研究所等单位对可食用植物油及野生植物油在内燃机中的应用也进行了很多工作。解放军后勤工程学院军事油料应用教研室许世海等人以菜籽油为原料，与甲醇发生酯交换反应制备生物柴油，找到了合适的醇油比，得到的产品的主要理化指标达到0#柴油的使用标准。原国家科委组织的攻关项目，上述各单位以及国内其它有关单位的台架实验、环境保护等研究工作，都取得了很多有价值的成果。 重要性：醇类燃料主要是指甲醇、乙醇, 它们都具有使用、储存和运输方便的特点。醇类燃料作为柴油机的代用燃料有巨大的优越性, 特别是对于环境的改善作用来说, 柴油机使用醇类燃料可减少常规污染物( CO、HC、NOx、PM ) , 尤其是颗粒物的排放量, 降低烟度和致癌度。同时，世界上的石油及天然气资源开采加剧，因此，为保证未来交通运输以及国民经济的持续发展，研究与开发代用燃料是势在必行。 3.纯电动汽车、混合动力汽车和纯发动机汽车的各自发展前景及存在问题。 答：纯电动汽车：（1）前景：2010 年年初国际气候组织曾对40 名电动汽车相关行业专家进行访谈，结果表明充电基础设施建设的重要程度在电动汽车发展众多影响因素中排名第2，超过了购买价格因素，仅次于排名第1的电池技术提高因素。充电设施的基础性、关键性作用各方已达成共识。 从国外发展情况来看，尽管国外主要发达国家的充电设施建设还处于起步阶段，但是政府支持力度非常大。从国内发展情况来看，我国充电设施建设主要参与者包括国家电网公司、南方电网公司、普天海油、中石化、比亚迪等企业。 近几年来，我国已经投产了一定数量的充电站与充电桩，充电方式有快充、慢充、换电池等多种，先期的工作为后续建设提供了宝贵经验。目前，国家电网公司、南方电网公司、普天海油、中石化等企业已经与多数地方政府签订了战略合作协议，制定了较为明确的建设目标和计划，充电站建设开始呈现加速发展的势头。 （2）问题：虽然纯电动汽车已经有134年的历史，但一直仅限于某些特定范围内应用，市场较小。主要原因是由于各种类别的蓄电池，普遍存在价格高、寿命短、外形尺寸和重量大、充电时间长等严重缺点。 混合动力汽车：（1）前景：混合动力汽车的车载动力源有多种，蓄电池、超级电容、燃料电池、太阳能电池、内燃机车的发电机都可，同时电池可以十分方便地回收制动时、下坡时、怠速时的能量，内燃机可以十分方便地解决耗能大 第一章 1简述发动机的实际工作循环过程。 答: 2画出四冲程发动机实际循环的示功图，它与理论示功图有什么不同？说明指示功的概念和意义。 理论循环中假设工质比热容是定值，而实际气体随温度等因素影响会变大，而且实际循环中还存在泄露损失.换气损失燃烧损失等，这些损失的存在，会导致实际循环放热率低于理论循环。指示功时指气缸内完成一个工作循环所得到的有用功Wi,指示功Wi反映了发动机气缸在一个工作循环中所获得的有用功的数量。 4什么是发动机的指示指标？主要有哪些？ 答：以工质对活塞所作之功为计算基准的指标称为指示性能指标。它主要有：指示功和平均指示压力.指示功率.指示热效率和指示燃油消耗率。 5什么是发动机的有效指标？主要有哪些？ 答:以曲轴输出功为计算基准的指标称为有效性能指标。主要有：1）发动机动力性指标，包括有效功和有效功率.有效转矩.平均有效压力.转速n和活塞平均速度；2）发动机经济性指标，包括有效热效率.有效燃油消耗率；3）发动机强化指标，包括升功率PL.比质量me。强化系数PmeCm. 第二章 1为什么发动机进气门迟后关闭.排气门提前开启？提前与迟后的角度与哪些因素有关/ 答：进气门迟后关闭是为了充分利用高速气流的动能，从而实现在下止点后继续充气，增加进气量。排气门提前开启是由于配气机构惯性力的限制，若在活塞到下止点时才打开排气门，则在排气门开启的初期，开度极小，废弃不能通畅流出，缸内压力来不及下降，在活塞向上回行时形成较大的反压力，增加排气行程所消耗的功。在发动机高速运转时，同样的自由排气时间所相当的曲轴转角增大，为使气缸内废气及时排出，应加大排气提前角。 2四冲程发动机换气过程包括哪几个阶段，这几个阶段时如何界定的？ 答：1）自由排气阶段：从排气门打开到气缸压力接近于排气管内压力的这个时期。 强制排气阶段：废气是由活塞上行强制推出的这个时期。 进气过程：进气门开启到关闭这段时期。 气门重叠和燃烧室扫气：由于排气门迟后关闭和进气门提前开启，所以进.排气门同时 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？ 一、发动机的性能 一、解释术语 1、指示热效率：是发动机实际循环指示功与消耗燃料的热量的比值. 2、压缩比：气功容积与燃烧室容积之比 3、燃油消耗率：发动机每发出1KW有效功率,在1h内所消耗的燃油质量 4、平均有效压力：单位气缸工作容积所做的有效功 5、有效燃料消耗率：是发动机发出单位有效功率时的耗油量 6、升功率：在标定工况下，发动机每升气缸工作容积说发出的有效功率 7、有效扭矩：曲轴的输出转矩 8、平均指示压力：单位气缸容积所做的指示功 2、示功图：发动机实际循环常用气缸内工质压力P随气缸容积V（或曲轴转角）而变化的曲线 二、选择题 1、通常认为，汽油机的理论循环为（ A ） A、定容加热循环 B、等压加热循环 C、混合加热循环 D、多变加热循环 6、实际发动机的膨胀过程是一个多变过程。在膨胀过程中，工质（ B ） A、不吸热不放热 B、先吸热后放热 C、先放热后吸热 D、又吸热又放热 2、发动机的整机性能用有效指标表示，因为有效指标以（ D ） A、燃料放出的热量为基础 B、气体膨胀的功为基础 C、活塞输出的功率为基础 D、曲轴输出的功率为基础 5、通常认为，高速柴油机的理论循环为（ C ） A、定容加热循环 B、定压加热循环 C、混合加热循环 D、多变加热循环 6、实际发动机的压缩过程是一个多变过程。在压缩过程中，工质（ B ） A、不吸热不放热 B、先吸热后放热 C、先放热后吸热 D、又吸热又放热 2、发动机工作循环的完善程度用指示指标表示，因为指示指标以（ C ） A、燃料具有的热量为基础 B、燃料放出的热量为基础 C、气体对活塞的做功为基础 D、曲轴输出的功率为基础 2、表示循环热效率的参数有（ C ）。 A、有效热效率 B、混合热效率 C、指示热效率 D、实际热效率 3、发动机理论循环的假定中，假设燃烧是（ B ）。 A、定容过程 B、加热过程 C、定压过程 D、绝热过程 4、实际发动机的压缩过程是一个（ D ）。 A、绝热过程 B、吸热过程 C、放热过程 D、多变过程 5、通常认为，高速柴油机的理论循环为（ C ）加热循环。 A、定容 B、定压 C、混合 D、多变 《汽车理论实习》实习报告 别克凯越1.6LE-AT 2011款 综合性能分析 学院： 专业班级： 指导老师： 实习时间： 姓名：学号：成绩： 姓名：学号：成绩： 组员任务分配： 动力性，燃油经济性—— 制动性，操纵稳定性—— 目录 一、别克凯越1.6LE-AT 2011款动力性分析 (2) 1.发动机主要参数 (2) 2.参数计算 (3) 3.驱动力和行驶阻力平衡图 (6) 4.动力特性图 (7) 5.功率平衡图 (8) 二、别克凯越1.6LE-AT 2011款燃油经济性分析 (9) 1.百公里油耗估算 (9) 2.等速行驶百公里燃油消耗量计算 (12) 3.等加速行驶工况燃油消耗量的计算 (13) 4.等减速行驶工况燃油消耗量的计算 (15) 5.数据分析 (16) 三、别克凯越1.6LE-AT 2011款制动性分析 (18) 1.结构参数 (18) 2.参数分析 (18) 四、别克凯越1.6LE-AT 2011款操纵稳定性分析 (22) 1.结构参数 (23) 2.参数分析 (23) 一、别克凯越1.6LE-AT 2011款动力性分析 1.发动机主要参数 整车技术参数 动力参数 2.参数计算 （1）转矩和功率计算 根据发动机的最大功率max e P 和最大功率时的发动机转速p n ，则发动机的外特性的功率e P n --曲线可用下式估算： 23 max 12e e p p p n n n P P C C n n n ?? ??????=+- ? ? ? ???????? ? 汽油机中C1=C2=1， n 为发动机转速(r ／min), Pe max =81kw ， p n =6000r/min ； 发动机功率Pe 和转矩tq T 之间有如下关系：9549e tq P T n = 可得发动机外特性中的功率与转矩曲线： 汽车发动机原理试题（2002年） 姓名学号班级成绩 一、解释下列概念（本题30分） 1）平均有效压力 2）预混燃烧 3）有效燃油消耗率 4）机械效率 5）残余废气系数 6）火焰传播速度 7）爆燃 8）柴油机滞燃期 9）表面点火 10）理论空气量 11）过量空气系数 12）外特性 13）扫气系数 14）喷油规律 15）挤流 二、简要回答下列问题（本题25分） 1.何谓内燃机的充气效率？简述提高汽油机充气效率的主要途径。（5分） 2.内燃机的机械损失包括哪几部分？常用哪几种方法测量内燃机的机械损失？简述其原理。（10分） 3.对于电控柴油机何谓时间控制，高压共轨系统主要的优缺点？（10分） 三、选择正确答案（每小题1分，共10分） 1、当发动机压缩比增加时 a、汽油机爆震倾向增加，柴油机工作粗暴倾向增加 b、汽油机爆震倾向减小，柴油机工作粗暴倾向增加 c、汽油机爆震倾向增加，柴油机工作粗暴倾向减小 d、汽油机爆震倾向减小，柴油机工作粗暴倾向减小 2、一般汽油机和柴油机标定工况相比最高燃烧压力Pz和最高燃烧温度Tz是 a、Pz柴油机大于汽油机，Tz柴油机大于汽油机 b、Pz柴油机大于汽油机，Tz柴油机小于汽油机 c、Pz柴油机小于汽油机，Tz柴油机小于汽油机 d、Pz柴油机小于汽油机，Tz柴油机大于汽油机 3、当发动机燃料的自燃温度增加时 a、汽油机爆震倾向增加，柴油机工作粗暴倾向增加 b、汽油机爆震倾向增加，柴油机工作粗暴倾向减小 c、汽油机爆震倾向减小，柴油机工作粗暴倾向增加 d、汽油机爆震倾向减小，柴油机工作粗暴倾向减小 4、当发动机的点火提前角或喷油提前角增加时 a、汽油机爆震倾向增加，柴油机工作粗暴倾向也增加 b、汽油机爆震倾向增加，柴油机工作粗暴倾向减小 c、汽油机爆震倾向减小，柴油机工作粗暴倾向增加 d、汽油机爆震倾向减小，柴油机工作粗暴倾向减小 5、对于汽油机来说，最佳点火提前角如下变化 a、油门位置一定，转速增加时，最佳点火提前角不变， b、油门位置一定，转速增加时，最佳点火提前角减小， c、转速一定，负荷增加时，最佳点火提前角增大 d、转速一定，负荷增加时，最佳点火提前角减小 6、柴油机比汽油机经济性好的主要原因是 a、柴油机压缩比大，热效率高 b、柴油机机械效率高 c、柴油机转速低 d、柴油机功率大 7、我国柴油的标号是指 a、闪点 b、凝固点 c、十六烷值 d、10%馏出温度 8、汽车选配内燃机时，如果后备功率大，那么汽车在运行时 a、动力性好，使用经济性差 b、动力性好，使用经济性也好 c、动力性差，经济性差 d、动力性差，经济性好 9、当发动机转速不变，负荷增大时 a、汽油机α基本不变，柴油机α减小 b、汽油机α减小，柴油机α基本不变 c、汽油机α基本不变，柴油机α增加 d、汽油机α减小，柴油机α增加 10、当发动机油门位置固定，转速增加时 a、平均机械损失压力增加，机械效率减小 b、平均机械损失压力减小，机械效率增加 c、平均机械损失压力减小，机械效率减小 d、平均机械损失压力增加，机械效率增加 四、判断对错简述理由（本题10分） 1．内燃机转速一定，负荷增加时，内燃机的机械效率增加。 2．当汽油机转速一定，负荷增加时，最佳点火提前角减小。 3．增压柴油机比非增压柴油机气门叠开角大。 4．汽油机是量调节，柴油机是质调节。 5．内燃机的扭矩储备系数指外特性上最大扭矩与标定扭矩之比。 6．当汽油机油门位置一定，转速变化时，过量空气系数a基本不变。 7．当汽油机在使用中出现爆震，常用的消除办法是增加点火提前角。 8．内燃机的换气损失包括：进气损失、排气损失和泵气损失三部分。 9．为了减少柴油机燃烧噪声，应尽量减少其滞燃期中的喷油量。 10．高速小型柴油机通常采用浅盆型燃烧室。 北京交通大学 《汽车电子技术》综合性大作业 2017---2018第一学期教师：陈宏伟 学号13221023班级能动1401姓名王勉 经济型轿车机械式自动变速器初步设计 一、动力性换挡规律设计 首先计算轮胎直径。 根据轮胎型号：165/70R14 可计算出轮胎直径为：165*0.7*2+(14*25.4)= 586.6 mm 据此可算出各节气门开度不同转速发动机扭矩大小，可根据不同节气门开度各档位扭矩图得出如下图升档规律，动力性降挡规律是在动力 性升挡规律的基础上选择合适的收敛程度来进行计算，动力性降挡规律的确定采用以下的控制策略： 1.节气门开度在0到25之间时采用等延迟型降档规律，以舒适稳定 为主，延迟区间设为：1挡和2挡4km/h，2挡和3挡4km/h，3挡和4挡5km/h，4挡和5挡5km/h。 2.节气门开度在25到75之间采用收敛型降档规律，这种换挡规律 在大油门时降挡速差最小，升降挡都有较好的功率利用，动力性好，减小油门时，延迟增大，避免过多的换挡，且发动机可以在较低的转速下工作，燃料经济性好，噪声低，行驶平稳舒适。换挡规律的收敛程度用 K 进行评价： V n+1=(1?K)V n 式中V n+1为n+1挡时对应降档车速，V n为n挡时对应升档车速。通常K的取值应该小于0.4～0.45。本次报告在25%~75%取K=0.2。 3.节气门开度在75到100之间时采用等延迟型降档规律，以获得最 佳动力性， 延迟区间设置为3.96km/h。 二、AMT 总体方案设计 1.绘制所开发的 AMT 电子控制系统（包含被控对象）工作原理示意图， 第二章发动机的性能指标 1.研究理论循环的目的是什么？理论循环与实际循环相比，主要作了哪些简化？ 答:目的：1.用简单的公式来阐明内燃机工作过程中各基本热力参数间的关系，明确提高以理论循环热效率为代表的经济性和以平均有效压力为代表的动力性的基本途径 2.确定循环热效率的理论极限，以判断实际内燃机经济性和工作过程进行的完善程度以及改进潜力 3.有利于分析比较发动机不同循环方式的经济性和动力性 简化：1.以空气为工质，并视为理想气体，在整个循环中工质的比热容等物理参数为常数，均不随压力、温度等状态参数而变化 2.将燃烧过程简化为由外界无数个高温热源向工质进行的等容、等压或混合加热过程，将排气过程即工质的放热视为等容放热过程 3.把压缩和膨胀过程简化成理想的绝热等熵过程，忽略工质与外界的热交换及其泄露等的影响4.换气过程简化为在上、下止点瞬间开和关，无节流损失，缸内压力不变的流入流出过程。 2.简述发动机的实际工作循环过程。 四冲程发动机的实际循环由进气、压缩、燃烧、膨胀、排气组成3.排气终了温度偏高的原因可能是什么？ 有流动阻力，排气压力>大气压力，克服阻力做功，阻力增大排气压力增大,废气温度升高。负荷增大Tr增大；n升高Tr增大，∈+，膨胀比增大，Tr减小。 4.发动机的实际循环与理论循环相比存在哪些损失？试述各种损失 形成的原因。 答：1.传热损失，实际循环中缸套内壁面、活塞顶面、气缸盖底面以及活塞环、气门、喷油器等与缸内工质直接接触的表面始终与工质发生着热交换 2.换气损失，实际循环中，排气门在膨胀行程接近下止点前提前开启造成自由排气损失、强制排气的活塞推出功损失和自然吸气行程的吸气功损失 3.燃烧损失，实际循环中着火燃烧总要持续一段时间，不存在理想等容燃烧，造成时间损失，同时由于供油不及时、混合气准备不充分、燃烧后期氧不足造成后燃损失以及不完全燃烧损失 4.涡流和节流损失实际循环中活塞的高速运动使工质在气缸产生涡流造成压力损失。分隔式燃烧室，工质在主副燃烧室之间流进、流出引起节流损失 5.泄露损失活塞环处的泄漏无法避免 5.提高发动机实际工作循环效率的基本途径是什么？可采取哪些措施？ 答：减少工质比热容、燃烧不完全及热分解、传热损失、提前排气等带来的损失。措施：提高压缩比、稀释混合气等 6.为什么柴油机的热效率要显著高于汽油机? 柴油机拥有更高的压缩比， 7.什么是发动机的指示指标？主要有哪些？ 以工质在气缸内对活塞做功为基础，评定发动机实际工作循环质量的 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 2009春季学期《汽车发动机原理》期中考试试题 姓名：班级：学号： 一、单项或多项选择题（每题1分，共10分） 1．我国汽油标号如93＃代表汽油的（ b ）。 a）MON b）RON c）馏出温度d）粘度 2．我国柴油标号如0＃代表柴油的（ c ）。 a）闪点b）十六烷值c）凝固点d）饱和蒸汽压 3．转速不变，负荷增加时，（ c ）。 a）汽油机φa 增加，柴油机φa 基本不变 b）汽油机φa 减小，柴油机φa 增加 c）汽油机φa基本不变，柴油机φa 减小 d）汽油机φa 基本不变，柴油机φa 增加 4．下列替代燃料中，属于可再生能源的是（ b ）。 a）LPG b）BTL c）CTL d）CNG 5．机械损失功不包括（ b ）。 a）泵气损失功b）发电机消耗功c）冷却水泵消耗功d）活塞摩擦消耗功 6．汽油机采用“Downsizing”技术后，可以（ a, d ）。 a）增加升功率b）增加压缩比c）减小面容比d）减小摩擦损失 7．PFI汽油车加速时，为了保持化学计量比运行，燃油喷射量应该（ c ）。 a）不变b）减小c）增加d）先减小再增加 8．下列柴油机喷射系统需要调速的是（ a, c ）。 a）机械分配泵b）电控单体泵c）电控直列泵d）高压共轨 9．应用发动机VVT技术可以（ a, d ）。 a）提高充量系数b）减小过量空气系数c）减少机械摩擦损失d）降低排气损失10．提高循环等容度，意味着（ c ）。 a）增大加热量b）减少放热量c）靠近TDC加热d）靠近BDC放热 二、判断题（每题1分，共10分）（正确√，错误×） 1．燃料的C/H比越小，则燃料的燃烧越清洁，但燃料的热值越低。（×） 2．化学计量比GDI发动机不是稀燃，所以不能节能。（×） 3．在可变进气系统中，为利用波动效应，低速时使进气通过短管进入气缸，高速时使进气通过长管进入气缸。（×） 4．转速一定，负荷增加时，内燃机的机械效率增加。（√） 5．增大进气门晚关角有利于高速大功率，但会降低低速最大转矩。（√） 6．选择对转速不太敏感的燃料系统，可以使万有特性的最经济区域在横坐标方向变宽。（√） 7．化学安定性越差的燃料，辛烷值越低。（×） 8．内燃机的换气损失包括进气损失、排气损失和泵气损失三部分。（×） 9．轿车用发动机的额定功率一般按1小时功率进行标定。（×） 10．发动机缸内涡流比越大，则充量系数越小。（√） 兰州理工大学2015级线性系统理论大作业 线性系统理论Matlab 实验报告 1、在造纸流程中，投料箱应该把纸浆流变成2cm 的射流，并均匀喷洒在网状传送带上。为此，要精确控制喷射速度和传送速度之间的比例关系。投料箱内的压力是需要控制的主要变量，它决定了纸浆的喷射速度。投料箱内的总压力是纸浆液压和另外灌注的气压之和。由压力控制的投料箱是个耦合系统，因此，我们很难用手工方法保证纸张的质量。 在特定的工作点上，将投料箱线性化，可以得到下面的状态空间模型： u x x ?? ????+??????-+-=0001.0105.0002.002.08.0. []21,x x y = 其中，系统的状态变量x1=液面高度，x2=压力，系统的控制变量u1=纸浆流量u2=气压阀门的开启量。在上述条件下，试设计合适的状态变量反馈控制器，使系统具有实特征根，且有一个根大于5 解：本题目是在已知状态空间描述的情况下要求设计一个状态反馈控制器，从而使得系统具有实数特征根，并要求要有一个根的模值要大于5，而特征根是正数时系统不稳定，这样的设计是无意义的，故而不妨采用状态反馈后的两个期望特征根为-7，-6，这样满足题目中所需的要求。要对系统进行状态反馈的设计首先要判断其是否能控，即求出该系统的能控性判别矩阵，然后判断其秩，从而得出其是否可控。 Matlab 判断该系统可控性和求取状态反馈矩阵K 的程序,如图1所示，同时求得加入状态反馈后的特征根并与原系统的特征根进行了对比。 图1系统能控性、状态反馈矩阵和特征根的分析程序上述程序的运行结果如图2所示： 图2系统能控性、反馈矩阵和特征根的运行结果 汽车发动机原理 一、发动机实际循环与理论循环的比较 1.实际工质的影响 理论循环中假设工质比热容是定值，而实际气体比热是随温度上升而增大的，且燃烧后生成CO2、H2O等气体，这些多原子气体的比热又大于空气，这些原因导致循环的最高温度降低。加之循环还存在泄漏，使工质数量减少。实际工质影响引起的损失如图中Wk所示。这些影响使得发动机实际循环效率比理论循环低。 2.换气损失 为了使循环重复进行，必须更换工质，由此而消耗的功率为换气损失。如图中Wr所示。其中，因工质流动时需要克服进、排气系统阻力所消耗的功，成为泵气损失，如图中曲线rab’r 包围的面积所示。因排气门在下止点提前开启而产生的损失，如图中面积W所示。 3.燃烧损失 （1）非瞬时燃烧损失和补燃损失。实际循环中燃料燃烧需要一定的时间，所以喷油或点火在上止点前，并且燃烧还会延续到膨胀行程，由此形成非瞬时燃烧损失和补燃损失. （2）不完全燃烧损失。实际循环中会有部分燃料、空气混合不良，部分燃料由于缺氧产生不完全燃烧损失。 （3）在高温下，如不考虑化学不平衡过程，燃料与氧的燃烧化学反应在每一瞬间都处在化学动平衡状态，如2H2O=2H2+O2等，由左向右反应为高温热分解，吸收热量。但在膨胀后期及排气温度较低时，以上各反应向左反应，同时放出热量。上述过程使燃烧放热的总时间拉长，实质上是降低了循环等容度而降低了热效率。 （4）传热损失。实际循环中，汽缸壁和工质之间始终存在着热交换，使压缩、膨胀线均脱离理论循环的绝热压缩、膨胀线而造成的损失。 （5）缸内流动损失。指压缩及燃烧膨胀过程中，由于缸内气流所形成的损失。体现为，在压缩过程中，多消耗压缩功；燃烧膨胀过程中，一部分能量用于克服气流阻力，使作用于活塞上做功的压力减小。 二、充量系数 衡量不同发动机动力性能和进气过程完善程度的重要指标；定义为每缸每循环实际吸入气缸的新鲜空气质量与进气状态下计算充满气缸工作容积的空气质量的比值。 影响因素： 1.进气门关闭时缸内压力Pa 2.进气门关闭时缸内气体温度Ta 3.残余废气系数 4.进排气相位角 5.压缩比 6.进气状状态 提高发动机充量系数的措施 1.降低进气系统阻力 发动机的进气系统是由空气滤清器、进气管、进气道和进气门所组成。减少各段通路对气流的阻力可有效提高充量系数。（1）减少进气门处的流动损失1）进气马赫数M 不超过0.5受气门大小、形状、升程规律、进气相位等因素影响2）减少气门处的流动损失增大气门相对通过面积，提高气门处流量系数以及合理的配气相位是限制M值、提高充量系数的主要方法。增大进气门直径可以扩大气流通路面积；增加气门数目；改进配气凸轮型线，适当增加气门升程，在惯性力容许条件下，使气门开闭尽可能快；改善气门处流体动力性能。（2）减少进气道、进气管和空气滤清器的阻力 斯特林发动机的工作原理及应用前景 【摘要】随着全球能源危机的发展与环境的恶化，传统的化石燃料日益枯竭，且燃烧的排放物造成了温室效应、雾霾天气及极端的气候等人为的灾害，为了地球的可持续发展和人类生活水平的改善，人们清楚地认识到开发利用新能源的重要性。其中，可再生能源的利用越来越广泛，可再生能源对环境无害或危害极小，且资源分布广泛。越来越多的国家采取鼓励生产和使用可再生能源的政策和措施，中国也确立了到2020年可再生能源占总能源比重15%的目标。外部燃烧系统的作用是给闭式循环系统提供能源，闭式循环系统由冷腔、冷却器、回热器、加热器和热腔组成，工质在闭式循环系统中来回流动一次，完成一个斯特林循环。 【关键词】发动机；原理；前景 1 斯特林发动机闭式循环系统的组件简介 （1）冷腔处于循环的低温部分，和冷却器联接，压缩热量由冷却器导至外界，在压缩过程中有相当一部分工质居于冷腔。 （2）冷却器位于回热器和冷腔之间，功能是将压缩热传到外界，保证工质在较低的温度下进行压缩。 （3）回热器串联在加热器和冷却器之间，是循环系统的一个内部换热器，它交替从工质吸热和向工质放热，使工质反复地受到冷却和加热。回热器并不是必需装置，但它对发动机的效率影响极大。在往复式斯特林发动机中，回热器的使用既使斯特林循环的热效率明显提高，但又增加了工质的阻力和压力损失，工质吸热、散热交替进行，限制了斯特林发动机的转速，影响了功率的输出。因此，优化回热器的设计是斯特林发动机的核心技术问题。 （4）加热器加热器是将外部热源的热能传给工质，使其受热膨胀。加热器的一端与热腔联接，另一端与回热器联接。 （5）热腔始终处于循环的高温部分，连续地将外部热源传给工质，在膨胀时相当部分的工质居于热腔。因此其必须能承受高温和高压，大量的热损失是由热腔散失的。 2 斯特林发动机的基本结构 根据工作空间和回热器的布置方式，斯特林发动机可以分为α、β和γ三种基本类型。 α型斯特林发动机的结构最简单，具有两个汽缸，两个汽缸中间通过加热器、回热器、冷却器连通，热活塞和冷活塞分别位于各自的汽缸内，热活塞负责工质 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西南大学18秋《0962发动机原理》机考大作业
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