固体火箭发动机药柱设计大作业

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，P4910.单根管状装药的设计过程？如何计算？参考2-4节，P6411.什么是线性粘弹性？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。

固体火箭发动机设计大作业固体火箭发动机是一种使用固体推进剂进行推力产生的火箭发动机。

它具有结构简单、操作可靠、推力大等优点，因此被广泛应用于火箭发射器、导弹和航天器等领域。

固体火箭发动机的设计是一个复杂的工程问题，需要考虑多个因素，包括推力需求、燃烧效率、结构设计等。

本次大作业将介绍固体火箭发动机的基本原理和设计要点。

首先，固体火箭发动机的基本原理是利用固体推进剂的燃烧过程产生大量高温高压的气体，通过喷射将气体排出来，产生推力。

固体推进剂通常由燃料和氧化剂组成，两者混合后形成可燃的固态混合物。

为了提高燃烧效率，常常会在固体推进剂中添加催化剂和增稠剂等辅助物质。

在固体火箭发动机的设计过程中，推力需求是一个重要的考虑因素。

推力需求取决于所需运载物的质量和所需达到的速度，因此需要根据具体的任务要求来确定推力大小。

通常情况下，固体火箭发动机的推力较大，可以通过增减推进剂的数量来调整推力大小。

燃烧效率是另一个需要考虑的因素。

燃烧效率的高低直接影响到发动机的性能。

为了提高燃烧效率，在设计时需要考虑以下几个因素：首先是固体推进剂的配方和比例，不同的配方和比例会影响燃烧产物的种类和产生速率；其次是燃烧室的设计，燃烧室的形状和尺寸会影响气体流动的速度和混合程度；最后是点火系统的设计，点火系统需要确保固体推进剂能够快速燃烧起来。

此外，固体火箭发动机的结构设计也是一个关键问题。

结构设计需要考虑发动机的重量和结构强度。

发动机的重量必须尽量减小，以提高火箭的有效载荷能力，因此需要选用轻质材料和合理的结构设计。

同时，发动机的结构需要足够强度，以承受高温高压的工作环境。

综上所述，固体火箭发动机的设计涉及到推力需求、燃烧效率和结构设计等多个方面。

通过合理的设计，可以实现高效、可靠的固体火箭发动机。

未来，固体火箭发动机还将继续发展，以满足更高的推力需求和更高的燃烧效率要求，为火箭发射器、导弹和航天器等提供更好的动力支持。

固体火箭发动机固体火箭发动机定义与原理固体火箭发动机为使用固体推进剂的化学火箭发动机。

固体推进剂点燃后在燃烧室中燃烧，化学能转换为热能，生成高温高压的燃烧产物。

燃烧产物流经喷管，在其中膨胀加速，热能转变为动能，以极高的速度从喷管排出而产生推力。

固体推进剂有聚氨酯、聚丁二烯、端羟基聚丁二烯、硝酸酯增塑聚醚等。

固体火箭发动机组成固体火箭发动机由药柱、燃烧室、喷管组件和点火装置等组成。

药柱是由推进剂与少量添加剂制成的中空圆柱体（中空部分为燃烧面，其横截面形状有圆形、星形等）。

药柱置于燃烧室（一般即为发动机壳体）中。

在推进剂燃烧时，燃烧室须承受2500～3500度的高温和102～2×107帕的高压力，所以须用高强度合金钢、钛合金或复合材料制造，并在药柱与燃烧内壁间装备隔热衬。

点火装置用于点燃药柱，通常由电发火管和火药盒（装黑火药或烟火剂）组成。

通电后由电热丝点燃黑火药，再由黑火药点火燃药拄。

喷管除使燃气膨胀加速产生推力外，为了控制推力方向，常与推力向量控制系统组成喷管组件。

该系统能改变燃气喷射角度，从而实现推力方向的改变。

药柱燃烧完毕，发动机便停止工作。

固体火箭发动机的优缺点分析及适用范围固体火箭发动机与液体火箭发动机相比较，具有结构简单，推进剂密度大，推进剂可以储存在燃烧到中常备待用和操纵方便可靠等优点。

缺点是“比冲”小（也叫比推力，是发动机推力与每秒消耗推进剂重量的比值，单位为秒）。

固体火箭发动机比冲在250～300秒，工作时间短，加速度大导致推力不易控制，重复起动困难，从而不利于载人飞行。

固体火箭发动机主要用作火箭弹、导弹和探空火箭的发动机，以及航天器发射和飞机起飞的助推发动机。

固体火箭发动机的关键设计固体火箭发动机药柱燃烧过程中燃面面积的精确计算在固体火箭发动机设计中一直占有重要地位，国内外学者对此也提出了很多计算方法，像通用坐标法、有限元素法和边界坐标法等，但这些方法基本都是数值法，其输入复杂，无法显示燃烧过程中燃面的精确变化，计算精度不高且容易产生燃面波动。

固体火箭发动机药柱的设计已知：药柱ɸ =200mm，L=500mm，水下航行器采用双推力且F1=25kN，t1=0.5s；F2=8kN，t2=2s求: 药柱的材料，以及药柱的尺寸。

查知资料：双基推进剂（均质推进剂），其主要由硝化纤维素、硝化甘油（NG）和一些添加剂组成。

理论比冲为1660~2150牛·秒/千克，实际比冲一般为1666～2156N.s/kg，密度1.54~1.65克/立方厘米。

燃烧速度一般为5～40mm/s（6.86MPa）。

采用参数：比冲i=1905牛·秒/千克，ρ=1.60克/立方厘米，燃速v=18mm/s，装填系数ŋ=0.91。

设计思路：既然是双推力系统，则可设计两种不同空心直径的药柱由于采用侧面内外双向均质燃烧，所以可以根据药柱肉厚控制燃烧时间，两种药柱同时燃烧0.5s并产25kN推力，肉厚小的先燃完，肉厚大的继续燃烧2s并产生8kN推力。

计算过程：由于需保证药柱外侧面也可燃烧，则：ŋ=（π*D^2/4）/（π* ɸ^2/4）所以，D=191 mm当药柱燃烧1s时，要产生推力F1和F2，需满足：d=D-4*1*v=119 mmS=π*(D^2-d^2)/4=17530 mm^2L1=1*（F1-F2）/（i*ρ*S）=318 mmL2=（1*F2）/（i*ρ*S）=150 mmL=L1+L2=468 mm结合药柱燃烧时间t1和t2，可得空心直径为：d1=D-4*t1*v=155 mmd2=D-4*(t2+t1)*v=11 mm结论：由此，可得出药柱轴向剖面图如下：（注：该设计要求药柱燃速不能大于19 mm/s。

）（单位：mm）设计人：胡博设计日期：2015年3月31日。

word文档下载后可任意复制编辑第1章绪论1.1设计背景固体火箭发动机与液体火箭发动机和其他化学能火箭发动机相比，具有很多的优点，因而它被广泛的用作各类小型、近程的军用火箭和战术导弹的动力装置。

近几十年来，由于高能推进剂的出现，先进的装药设计和大型药柱浇注工艺的采用，优异的壳体材料和耐烧蚀材料的问世，以及高效而可靠的推力矢量控制装置的研制成功，已在很大程度上克服了固体火箭发动机的缺点，更由于其结构简单，使它在竞争中显示更加优势的地位。

目前，固体火箭发动机除了用于军事用途外，也用于其他的很多方向。

研制和使用新型的高能推进剂，进一步提高推进剂的综合性能，发展无烟推进剂是火箭推进技术主要的研究和发展方向。

总之，随着固体推进技术在航天领域和导弹技术中应用不断发展，会有更多的新课题出现，许多技术问题有待开发。

所以，对固体火箭发动机的研究有十分重要的意思。

1.2固体火箭发动机简介1.2.1 固体火箭发动机基本结构固体火箭发动机主要由固体推进剂、燃烧室、喷管和点火装置等四大部分组成。

图1.1为固体火箭发动机示意图。

1、推进剂装药装药是装入燃烧室中的具有一定形状和尺寸的推进剂药柱的总称，它是固体火箭发动机的能源。

由于装药的燃烧，化学能转化为动能，并且向外做工功，从而推动发动机的运动。

常用的固体推进剂有三类：双基推进剂、复合推进剂word文档下载后可任意复制编辑和改性双基推进剂。

固体推进剂包含有燃烧剂和氧化剂，它自身能够形成封闭的化学反应系统。

2、燃烧室燃烧室里面装载了固体推进剂，是发生化学反应的场所。

它主要由起支承作用的燃烧室壳体和起热防护作用的内绝热层组成，而燃烧室壳体一般由筒体和前后封头组成。

大部分燃烧室都制作成圆柱形，他是主要的受力场所。

燃烧室材料大多采用强度很高的材料，也有采用玻璃纤维缠绕加树脂成型的玻璃钢结构，以大幅度减轻燃烧室壳体的重量。

1——药柱；2——燃烧室；3——喷管；4——点火装置。

图1.1 固体火箭发动机示意图3、喷管在喷管里气流的势能转化为动能，从而使气流加速流动，并保持一定的燃烧室压力，它主要由壳体和热防护层组成。

固体火箭发动机药柱固体火箭发动机药柱是固体火箭发动机中最为关键和核心的部分，也是固体火箭发动机能否顺利发射，达到预期效果的重要因素之一。

固体火箭发动机药柱作为固体火箭发动机的核心组件，主要由推进剂和粘结剂组成。

推进剂是指具有高能量密度和释放速率的高能量物质，而粘结剂则是将推进剂和其它相关组件全部粘结在一起的辅助物质。

随着固体火箭技术的不断发展，固体火箭发动机药柱所采用的推进剂也在不断更新。

不同的推进剂根据其特点，分为多种类型，如坩埚推进剂、复合推进剂、混合推进剂等等，在推进剂性能方面都各自具有独特的优势和应用领域。

其中比较典型的混合推进剂，由于其能够同时兼顾推进剂与粘结剂的双重作用，被广泛应用于目前的固体火箭发动机药柱中。

混合推进剂的主要优势在于：相比其他推进剂，其存储和运输较为方便，且加工工艺上也较为简单，可以采用全自动化生产，从而有效降低了人工因素带来的误差，提高了生产效率和质量。

但是相比坩埚推进剂和复合推进剂，混合推进剂的燃烧速率稍弱，同时其比冲也较小，这也就意味着药柱所需要的推进剂和药柱本身的质量也较大。

因此，对于固体火箭发动机药柱来说，合理设计和合理选择是非常关键的。

此外，固体火箭发动机药柱在设计上还需要考虑到其各个方面的工艺可行性、生产成本、燃烧效率等方面，以确保药柱的质量与性能。

需要注意的是，在固体火箭发动机中，药柱往往是一次性的，因此其可靠性和稳定性非常重要。

一旦发生了问题，就可能会引发全面故障，甚至对发射任务带来影响。

总之，固体火箭发动机药柱不仅是整个发动机的核心部件，同时也是固体火箭技术发展的标志性代表，因此，在今后的发展中，其研发和创新仍然是科技工作者不断追求的目标。