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北京航空航天大学2019－2020 学年第二学期期末《火箭发动机原理》考试卷（线上）班级______________学号 _________姓名______________成绩 _________2020年6月24日《火箭发动机原理》期末考试卷注意事项：（1）答题时请在自备答题纸上按试卷题目顺序注明大题编号（如编号“一、”）和小题编号（如编号“1、”），不必重新抄写题目内容。
（2）请顺序标注答题纸的页码。
一、名词解释……………………………………………………………(本题20分，每小题2分)1、火箭发动机2、推力室的推力3、推力室的比冲效率4、固体双基推进剂5、液体推进剂组元6、物质的标准生成焓7、定压绝热燃烧温度8、喷管的非设计度9、气流的恢复温度10、不稳定燃烧二、选择题(请选择每小题的最佳答案，并将对应的英文编号填入横线的空白上。
本题20分，每小题2分)1、先进液体运载火箭的发动机只能选择推进剂供应系统。
A 泵压式B 挤压式C 泵压-挤压混合式D 以上都不是2、正常情况下，固体火箭发动机的特征速度和比冲与液体火箭发动机相比较，前者的。
A 特征速度高，但比冲低B 特征速度高，比冲也高C 特征速度低，但比冲高D 特征速度低，比冲也低3、从双基推进剂各组元之间关系来看，可分别看作是主要的氧化剂组元和燃烧剂组元。
A 硝化棉和硝化甘油B 硝化甘油和硝化棉C硝化甘油和助溶剂D 以上都不是4、为了有利于液体推进剂的贮存和使用，希望其。
A 沸点高、冰点也高B 沸点高、冰点低C 沸点低、冰点高D 沸点低、冰点也低5、液氧液氢火箭发动机的化学当量混合比是。
A 1B 5C 8D 106、三硝基甲苯（TNT）的分子式为C7H6(NO2)3，其一般化学式和假定化学式分别是。
A C7H6O6N3和C31H26O26N13B C7H6(NO2)3和C31H26O26N13C C7H6O6N3和C30.702H26.316O26.316N13.158D C7H6(NO2)3和C30.702H26.316O26.316N13.1587、固体和液体火箭发动机燃烧室和喷管的热力计算中，。
多脉冲固体火箭发动机
1. 多脉冲原理，多脉冲固体火箭发动机的设计思想是通过在燃
烧室内设置多个燃烧室或者燃烧孔，使得推进剂在燃烧过程中产生
多个脉冲。
这种设计可以改变推进剂的燃烧速度和燃烧时间，从而
实现对火箭发动机推力和工作时间的控制。
2. 优点：多脉冲固体火箭发动机相比传统的单脉冲固体火箭发
动机具有以下优点：
推力调节能力强，通过控制不同燃烧室或燃烧孔的燃烧程度
和时间，可以实现对推力的精确调节，满足不同任务的需求。
提高火箭的适应性，多脉冲发动机可以适应不同的任务需求，如改变轨道高度、轨道倾角等，提高了火箭的灵活性和适应性。
减少结构负荷，多脉冲发动机可以减少火箭在发射过程中的
结构负荷，提高火箭的可靠性和安全性。
3. 应用领域，多脉冲固体火箭发动机主要应用于一些特殊任务，如轨道交会、星际探测等。
由于其推力调节能力强，可以精确控制
火箭的运行轨迹和速度，因此在这些任务中能够发挥重要作用。
4. 技术挑战，多脉冲固体火箭发动机的设计和制造相对复杂，需要解决多个燃烧室或燃烧孔之间的协调问题，确保各个脉冲的产生和传播能够协调一致。
此外，多脉冲发动机还需要解决燃烧过程中的热管理问题，以避免过高的温度对发动机产生不利影响。
总结起来，多脉冲固体火箭发动机是一种通过控制燃烧室或燃烧孔来产生多个脉冲的火箭发动机。
它具有推力调节能力强、适应性高等优点，主要应用于一些特殊任务。
然而，该技术还存在着一些挑战，需要解决相关的设计和制造问题。
火箭动力学考试试题及答案一、选择题1. 火箭被称为宇航飞行器的重要一环，最主要的作用是什么？A. 运送货物到国际空间站B. 进行载人航天任务C. 进行卫星发射任务D. 进行科学研究任务答案：C. 进行卫星发射任务2. 火箭是一种什么类型的动力机械？A. 内燃机B. 风力机械C. 电力机械D. 推进机械答案：D. 推进机械3. 在火箭发射过程中，燃烧室中产生的高温高压气体通过哪个组件排出？A. 导弹发射架B. 燃烧室喷管C. 导弹导航系统D. 火箭发动机答案：B. 燃烧室喷管4. 火箭发动机的推力可以由哪个因素决定？A. 燃料质量B. 燃烧时间C. 发动机尺寸D. 高温气体流速答案：D. 高温气体流速5. 火箭动力学是研究火箭在运行过程中的哪些力学问题？A. 质量、力和加速度B. 引力、运动和速度C. 重心、平衡和稳定性D. 飞行器、旋转和姿态控制答案：A. 质量、力和加速度二、简答题1. 请简要介绍火箭的基本组成部分。
答：火箭的基本组成部分包括以下几个方面：- 火箭发动机：负责产生推力的装置，通常由燃料和氧化剂的混合物在燃烧室中燃烧产生高温高压气体，通过喷管喷射出来，产生反作用力推动火箭运动。
- 容器结构：用于承载和保护火箭发动机和其他组件的器件，通常由轻量化的材料制成，如高强度合金或复合材料。
- 操纵系统：用于控制火箭的飞行姿态和轨迹，包括姿态控制推力装置、舵面、陀螺仪等。
- 燃料系统：供应燃料和氧化剂给火箭发动机，通常包括燃料和氧化剂的贮存装置、供给系统和喷射系统等。
- 电力系统：提供火箭所需的电能，用于操纵系统、通信系统、仪器测控等。
- 控制系统：包括自动控制和人工控制两种方式，用于监测和改变火箭状态，保证飞行安全和任务完成。
2. 火箭的推力是如何产生的？请简要描述推力产生的基本原理。
答：火箭的推力是通过燃烧燃料和氧化剂产生高温高压气体，并通过喷管喷射出来产生的。
推力产生的基本原理是根据牛顿第三定律，即作用力与反作用力大小相等、方向相反。
航天推进理论基础_西北工业大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.整体式固体火箭冲压发动机的关键技术之一是一次燃烧的燃气流量调节技术。
参考答案:正确2.离子推力器和霍尔推力器都需要中和器完成羽流中和功能。
参考答案:正确3.钡钨阴极和六硼化铼阴极是目前主要的电推力器中和器类型。
参考答案:正确4.在火箭发动机热力计算中，热力学数据是指比热、焓、熵等参数随温度的变化。
参考答案:正确5.常用的免费开源的热力计算软件是CHEMKIN.参考答案:错误6.在喷管流动过程中，产物热能转换为动能，转换过程中能量守恒但总焓不守恒。
参考答案:正确7.有关火箭发动机的喷气速度，下列描述正确的有：参考答案:火箭发动机的喷气速度就是喷管出口截面上燃气的流速。
8.液体火箭发动机再生冷却的特点有：参考答案:推力室结构质量大_热损失小_再生冷却推力室增加了推进剂供应系统的负担_对周围热影响小、发动机工作时间可以很长9.下列传热过程属于推力室再生冷却传热过程某环节的有：参考答案:高温燃气与推力室热壁之间的对流和辐射传热_推力室冷却通道与冷却液间的对流换热_冷却套外壁面与环境大气间的对流辐射10.燃气发生剂一般具有燃烧温度低、成气量小但燃烧残渣大的特点。
参考答案:错误11.影响火箭发动机推力的因素有：参考答案:喷管的质量流率_喷管的膨胀状态_发动机的工作高度12.推进剂燃烧产物的温度越高、平均分子量越小，则发动机的喷气速度越大。
参考答案:正确13.再生冷却是在推力室热壁的内表面采取的一种对流式冷却。
参考答案:错误14.贮箱增压系统的功能是为了保证推进剂贮箱内的压强维持在一定的水平。
参考答案:正确15.推进剂利用系统的功能是自动的进行推进剂组元混合比的调节，保证推进剂组元同时消耗完或者最小的剩余。
参考答案:正确16.根据吹除气源压力的高低，吹除系统可分为强吹和弱吹两大类。
参考答案:正确17.在热力计算中，1Kg推进剂总焓的国际制单位是：参考答案:千焦耳/公斤18.火箭发动机燃烧室热力计算遵循的基本原理有：参考答案:能量守恒原理_化学平衡原理_质量守恒原理19.对固体火箭发动机，将一维非定常内弹道计算方程组转化为一维准定常计算方程组的假设条件之一是：参考答案:燃气密度（推进剂密度）_装药通道横截面积的增量（装药通道横截面积）_装药通道内的燃气流速（当地声速）20.火箭推进剂的假定化学式：是把1kg推进剂看成是由基本元素组成的化合物的分子式。
发动机设计复习整理⽕箭发动机设计复习提纲1．发动机总体参数有哪些？确定总体参数的依据是什么？固体⽕箭发动机详细设计步骤？总体参数：●总体结构形式的确定及主要结构材料的选择●推进剂的选择●装药型式●发动机直径和长径⽐的选择●燃烧室压⼒的选择●喷管膨胀⽐的选择总体参数的依据：1)发动机⽤途：发动机的⽤途主要指所⽤导弹的类型和级别2)性能指标：发动机总冲及其偏差，发动机⽐冲及其偏差，推⼒⽅案，发动机⼯作时间，推⼒控制，可靠性3)约束条件：总长，直径，质量，重⼼位臵，点⽕延迟时间，推⼒终⽌装臵的要求4)环境条件：贮存环境，运输环境，使⽤环境，飞⾏环境5)勤务处理及经济⽅⾯的要求详细设计涉及装药、内弹道、燃烧机理以及壳体受热、应⼒分析等等⼀系列设计、分析、计算过程。
整个计算过程包含着⼀系列的重叠和反复（与初步设计之间也存在反复）。
设计步骤：（1）推进剂热⼒计算：其⽬的是求得推进剂的热⼒学性质，为发动机性能预估中内弹道计算提供原始参数。
另外，有时还要求给出排出燃⽓的组成，作为考虑排⽓烟雾的依据。
（2）药柱设计：⼀般包含三个基本部分，⼏何形状设计、内弹道性能计算和结构完整性分析。
（3）燃烧稳定性分析：基于对不稳定燃烧机理的研究，配合先进的计算⽅法，⽬前对发动机内的燃烧稳定性可以进⾏预估性验算。
（4）发动机结构设计、受热及强度分析：包括燃烧室、喷管及点⽕器结构设计和发动机各部分的密封设计；⽽壳体和喷管设计则必然伴随着受热、选材、烧蚀及强度⽅⾯的考虑。
（5）流场分析。
2．由于发动机使⽤温度范围的不同会导致内弹道性能的不稳定，在结构上应采取什么措施？固体推进剂的燃速受初温影响⽐较严重，使⽤环境的温度不同，发动机内推进剂的燃速不同，从⽽导致发动机内弹道性能变化，此时可采⽤可更换喷管或可调喷管结构，改变喉部⾯积⼤⼩，与实际燃速相适应，以减⼩初温改变带来的影响。
3．弹道导弹发动机结构有何特点？（1）⼀般采⽤贴壁浇铸的内孔燃烧药柱，这样既可以实现⼤推⼒、长⼯作时间，达到射程远的⽬的；⼜解决了⼤尺⼨药柱的制造、⽀撑及室壁隔热问题。
航天推进理论基础_西北工业大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.航天推进系统，也称为：答案:航天发动机2.下列有关火箭发动机总冲的描述，正确的是：答案:总冲与等效喷气速度及推进剂装药量有关。
3.下列各参数中哪个参数是燃烧产物的输运参数？答案:产物的热传导系数4.固体火箭发动机燃烧室压强随时间的变化规律通常分为以下几个阶段：答案:压强上升段、稳定工作的平衡段和压强拖尾段。
5.在固体火箭发动机设计中，侵蚀燃烧常用的判断准则之一是：答案:喉通比J值准则6.液体火箭发动机再生冷却推力室的优点之一是：答案:热损失小、对其周围热影响小7.高超声速飞行器的机身与发动机高度一体化，而对高超声速飞行器进行受力计算时，算力体系划分的主要原则是：答案:算力不重不漏8.按照助推发动机与冲压发动机的集成方式，下列有关冲压发动机的分类，正确的是：答案:非整体式冲压发动机9.下列给出的各个电推力器中，属于电热式推力器的有：答案:电阻推力器10.下列给出的各个电推力器中，属于静电式推力器的有：答案:霍尔推力器11.对于液体单组元推进剂，要求具有：答案:良好的贮存性和高的稳定性良好的抗冲击、振动、摩擦能力良好的点火及分解性能成本低、与材料相容性好、毒性小等12.在下列有关对液体火箭发动机推力室工作过程主要特点的描述中，正确的有：答案:燃烧室内的推进剂流量强度高、燃烧组织困难燃烧室工作容积的热容强度大13.从气流的压缩形式上，冲压发动机超声速进气道可分为：答案:外压式进气道内压式进气道14.火箭组合冲压发动机（RBCC）的工作模态一般包括：答案:纯火箭模态超燃冲压模态亚燃冲压模态火箭引射模态15.组成霍尔推力器的主要基本部件有：放电通道外加磁场阴极中和器16.火箭飞行器的质量数的定义是火箭飞行器的消极质量与其初始质量之比。
答案:错误17.富燃料固体推进剂主要应用于固体火箭冲压发动机和固体燃料冲压发动机。
答案:正确18.临界温度是指气体能够液化的最低温度、而临界压强是指在临界温度下使气体液化的所需要的最大压强。
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）。
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？
分为内载荷、外载荷和连接载荷。
内载荷与发动机的工作有关，可分为静态和动态两种静内载：由燃气产生的内压、轴向推力和推力偏斜、惯性力以及温度梯度引起的热应力。
动内载：由点火冲击、内压瞬变、不稳定燃烧和推力终止引起的载荷
外载荷：发动机在贮存、运输、勤务处理、发射和飞行过程中，壳体会受到的各种外界静、动载荷
连接载荷：发动机上的辅助装置以及与壳体相连接的零、部件等对壳体作用的载荷
15.发动机燃烧室金属壳体应力分析的过程？连接处力的平衡方程和变形协调方程是什么？参考3-3节，P92
16.什么是网格理论？并利用网格理论对单一螺旋缠绕和螺旋加环向缠绕进行应力分析。
参考3-6节，P110
17.内绝热层的炭化率的大小对绝热层的影响？
参考3-7节，P114
第四章喷管设计
4.1喷管设计主要包括哪几个部分？
气动设计：确定喷管内型面，以便热能以最大可能转化为动能；
热防护设计：选择烧蚀和绝热材料，确定厚度和结构，以保持工作中的喷管型面，并使支撑结构温度在允许范围内；
结构设计：即喷管支撑结构设计，将各个部分组成整体并承受热之外的全部内外载荷；
4.2喷管热防护材料分为哪两种？
（耐）烧蚀材料：石墨、难熔金属、碳/碳复合材料、陶瓷和陶瓷复合材料，用于喉衬、收敛段和扩张段的燃气边界层。
绝热材料：用于喉衬的背壁和烧蚀层背壁的绝热层。
4.3什么是可延伸出口锥？
可延伸出口锥是将大扩张比的的喷管分成2~3节，最小的一节像普通喷管一样与收敛段和喉衬连接在一起，为固定出口锥；其余的收藏在固定出口锥的周围，为可延伸出口锥。
使用时有作动机构延伸出去使得扩张比变大。
4.4可调节喷管（带有梨形体）的调节原理是什么？如何计算？
可调喷管的收敛段、喉部和扩张段由喷管壳体内壁和调节锥体外壁组成，二者所形成的最小面积即为喉部面积，通过调节锥体位置可以改变喉部面积，进而改变流动过程，达到改变推力的功能。
锥体位置及喉部面积之间的关系为（推导过程详见P133）：
(
)
1 12
2
tan
sin2
R
x R Rα
α⎫⎪⎪
⎝⎭
=-+
X——锥体位置R1——喷管壳体最小截面半径R2——锥形体最大半径
α——喷管扩张角At——可调喷管真实喉部面积
4.5推力向量控制装置分为几类？举出几种典型的推力矢量控制装置以及对轴向推力的影响。
分为机械类（固定喷管、可动喷管和辅助发动机）和流体喷射类（液体二次喷射和气体二次喷射）。
对于轴向推力的影响详见P137表4-4。
第五章
5.1什么是发动机的点火延迟时间和药柱点火延迟期？影响药柱点火延迟期的因素有那些？
点火延迟时间t di：从点火讯号或指令给出的时刻起，到初始压强Pi建立止期间所对应的时间。
除另有要求，可按照连续上升至0.3MPa计。
药柱点火延迟期t ign：从电发火管通电到发动机燃烧室压强达到额定工作压强值的75~80%（此时认为药柱被点燃了）之间的时间。
5.2什么是发动机的点火压强峰？影响因素有哪些？
点火压强峰是发动机点火时产生的压强急升，可达为平衡压强的1~5倍。
影响因素：
✧点火药量过多、点火药燃烧产物中气相成分较多、点火药燃速高或者药粒小会使
压力峰升高；
✧药柱初温高，点火加热期加长，压力峰越高；
✧燃烧室自由容积越小，喷管破裂压强越大，压力峰越高；
✧推进剂组分，复合推进剂的压力峰一般比双基药低。
5.3电发火管的构造？什么是电发火管的最小发火电流和最大安全电流？
最简单的电发火管是由电桥丝、热敏火药、防潮保护漆和引线四部分组成的。
最大安全电流：以大小不变的直流电流，给电发火管在无限长时间中通电，100%不发火的电流称为“最大安全电流”。
最小安全电流：在规定时间内使该批电发火管100%发火的最小直流电流。
I=（注意式子中K B为最大值）
B
5.4点火药的种类及其比较。
5.5为什么要用点火发动机？通常采用的点火发动机药柱具有什么特点？
大型火箭发动机的点火如果采用点火药盒的话，所需点火药的质量也很大，在点火的时候会产生很大的振动和冲击，甚至引起发动机的破坏。
为了有效安全地点火，使用点火发动机。
由于点火发动机工作时间很短，一般采用大燃面小肉厚的药柱型面（如车轮型），同时装药燃速很高，使药柱不至于过于薄而难以制造。
