固体燃料火箭发动机学习笔记

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。

高一化学火箭推进剂知识点火箭推进剂是火箭发射过程中所使用的燃料和氧化剂的总称，是火箭发射过程中最重要的组成部分。

它们通过燃烧反应产生大量的高温气体，推动火箭向前飞行。

火箭推进剂可以分为固体推进剂和液体推进剂两类，下面将详细介绍这些知识点。

1. 固体推进剂固体推进剂是由固体燃料和氧化剂组成的推进剂。

固体推进剂具有结构简单、储存方便等特点，在火箭发射中被广泛应用。

（1）固体燃料：固体燃料是固体推进剂中的能量来源。

常见的固体燃料有硝化棉、硝化甘油等。

固体燃料一般为颗粒状或块状，具有一定的稳定性和可燃性。

（2）氧化剂：氧化剂是固体推进剂中与燃料一起进行燃烧反应的物质。

常见的氧化剂有硝酸铵、高氯酸铵等。

氧化剂通常能够为燃料提供足够的氧气，使其能够充分燃烧。

2. 液体推进剂液体推进剂是由液体燃料和液体氧化剂组成的推进剂。

由于液体燃料和液体氧化剂的物理性质较固体推进剂更加复杂，液体推进剂相对固体推进剂来说具有效率高、推力大等优点。

（1）液体燃料：液体燃料是液体推进剂中的能量来源。

常见的液体燃料有液氢、液氧等。

液体燃料具有较高的燃烧效率和能量密度。

（2）液体氧化剂：液体氧化剂是液体推进剂中与燃料一起进行燃烧反应的物质。

常见的液体氧化剂有液氧、高浓度硝酸等。

液体氧化剂能够为燃料提供丰富的氧气，使得燃烧反应更为充分。

3. 火箭推进剂的选择在选择火箭推进剂时，需要考虑多个因素，包括推力需求、航天器重量、尺寸限制、安全性等。

不同的推进剂在性能、成本和操作上存在差异，需要根据具体需求和情况进行选择。

4. 火箭推进剂的燃烧反应火箭推进剂的燃烧反应是推动火箭运行的关键过程。

燃烧反应产生的高温气体通过喷射口排出，产生反作用力推动火箭向前飞行。

燃烧反应的速率和能量释放量对火箭的性能有直接影响。

5. 火箭推进剂与环境火箭推进剂的燃烧反应会产生大量废气和废渣，对环境造成一定的影响。

为了减少环境污染，需要对火箭推进剂进行合理的设计和处理，确保尽量降低对环境的影响。

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）。

工程热力学固体火箭发动机工作原理及特点工程热力学固体火箭发动机是一种重要的推进器，其工作原理和特点对于火箭技术的研究和应用有着重要的意义。

本文将深入探讨工程热力学固体火箭发动机的工作原理和特点。

一、工作原理工程热力学固体火箭发动机的工作原理是基于火箭发动机的基本原理。

当工程热力学固体火箭发动机启动时，首先点火引发固体燃料的燃烧反应。

在燃烧过程中，固体燃料迅速分解产生大量高温燃气，同时释放出大量热能。

这些燃气在燃烧室内高速喷射，产生巨大的反作用力，推动火箭发动机加速前进。

在燃烧室内，高温燃气与喷嘴壁面接触，使得燃气进行膨胀，同时通过喷嘴的收缩使得气流速度增大。

这种膨胀和加速的作用使得燃气排出喷嘴，推动火箭前进。

工程热力学固体火箭发动机的推力主要来自于离子推动力，即通过高温高速的排气流使得火箭产生反作用力。

二、特点1. 燃料高能量密度：相比其他类型的火箭发动机，工程热力学固体火箭发动机的燃料具有更高的能量密度，能够提供更大的推力。

因此，固体火箭发动机常常被用于需要高推力的任务，如卫星发射和太空探索等。

2. 数量可控：固体火箭发动机的燃料形式是固态的，容易储存和运输。

同时，固体燃料的燃烧速度可以通过改变燃料的成分和结构来控制，从而实现对火箭推力和飞行参数的精确控制。

3. 启动简单可靠：相比其他类型的火箭发动机，工程热力学固体火箭发动机启动简单可靠。

只需对固体燃料进行点火，无需燃料供应系统和点火系统，提高了火箭的可操作性和安全性。

4. 结构简单紧凑：固体火箭发动机的结构相对简单，由燃烧室、喷嘴和固体燃料组成。

相比之下，液体火箭发动机需要燃料供应系统和液体氧化剂系统等复杂设备。

因此，固体火箭发动机具有更小、更轻、更紧凑的特点。

5. 使用寿命长：由于固体火箭发动机没有液体燃料的流失和蒸发问题，因此具有更长的使用寿命。

这使得固体火箭发动机适用于一些需要长时间运行的任务，如卫星定点轨道和深空探测等。

总结：工程热力学固体火箭发动机是一种重要的火箭推进器，其工作原理和特点使其广泛应用于卫星发射、太空探索等领域。

火箭燃料知识点总结1. 火箭燃料的分类火箭燃料可以分为固体燃料、液体燃料和混合动力燃料三种类型。

固体燃料是将固体燃料和氧化剂混合，在容器内制得的不易燃或不能燃的推进药剂，如硝化纤维素；液体燃料是指液氧、液氢等在火箭引擎两个独立独立的油箱中分别储存，而且一直处于液态的燃烧剂和氧化剂，分、别通过管道输往燃烧室中燃烧的推进剂；混合动力燃料是将固体氧化剂和液体或固体燃料混合后，装入火箭，而且燃烧采用自身氧化剂。

2. 固体燃料固体燃料由燃烧剂和氧化剂按一定的比例混合后填充到燃烧室中。

当点火时，化学反应放出大量的热量，产生高温、高压气体，推动火箭产生推力。

固体燃料的优点是结构简单、储存和操作方便，适用于一次性使用的小型火箭。

其缺点是推进性能较差，阻力较大。

3. 液体燃料液体燃料由液态的燃料和氧化剂进入燃烧室，经混合后点火产生推进力。

液体燃料的优点是推进性能好，重量轻，可以在飞行中随时调整推进力，适用于大型重复使用的火箭。

其缺点是操作复杂，储存和运输困难。

4. 混合动力燃料混合动力燃料是将固体氧化剂和液体或固体燃料混合后，装入火箭，而且燃烧采用自身氧化剂。

混合动力燃料是液体和固体两种推进剂的结合，能够兼具两种燃料的优点，适用于中小型火箭。

5. 火箭燃料的选择在选择火箭燃料时，需要考虑以下几个方面的因素：推进性能、储存和操作方便、重量轻、成本低、环境友好等。

根据具体的使用要求和工程需求，可以选择合适的火箭燃料。

6. 火箭燃料的推进性能火箭燃料的推进性能是指单位燃料的推进力和推力持续时间，是衡量火箭燃料优劣的重要指标。

一般来说，液体燃料的推进性能比固体燃料好，而混合动力燃料则介于两者之间。

7. 火箭燃料的储存和操作方便火箭燃料的储存和操作方便也是选择火箭燃料时需要考虑的因素之一。

固体燃料的储存和操作比较简单，适用于一次性使用的小型火箭；液体燃料的储存和操作比较复杂，需要特殊的储存设施和操作设备；混合动力燃料则介于两者之间，既可以保持固体燃料的简单性，又具有液体燃料的优点。

一、固体火箭发动机：由燃烧室，主装药，点火器，喷管等部件组成。

工作过程：通过点火器将主装药点燃，主装药燃烧，其化学能转变为热能，形成高温高压燃气，然后通过喷管加速流动，膨胀做功，进而将燃气的热能转化为动能，当超声速气流通过喷管排出时，其反作用力推动火箭飞行器前进。

工作原理：1能量的产生过程2热能到射流动能的转化过程优点：结构简单，使用、维护方便，能长期保持在备战状态，工作可靠性高，质量比高。

缺点：比冲较低，工作时间较短，发动机性能受气温影响较大，可控性能较差，保证装药稳定燃烧的临界压强较高。

二、1.推力是发动机工作时内外表面所受气体压力的合力。

F=F 内+F 外 F=mu e +Ae(Pe-Pa) 当发动机在真空中工作时Pa=0.这时的推力为真空推力。

把Pe=Pa 的状态，叫做喷管的设计状态，设计状态下产生的推力叫做特征推力。

2.把火箭发动机动，静推力全部等效为动推力时所对应的喷气速度，称为等效喷气速度u ef 。

3影响喷气速度的因素来自两个方面：a).推进剂本身的性质b) 燃气在喷管中的膨胀程度3.流量系数的倒数为特征速度C ∗,他的值取决于推进剂燃烧产物的热力学特性，即与燃烧温度，燃烧产物的气体常数和比热比K 值有关，而与喷管喉部下游的流动过程无关。

4.推力系数C F 是表征喷管性能的参数，影响推力系数的主要因素是面积比和压强比。

当Pe=Pa 时，为特征推力系数，是给定压强比下的最大推力系数，Pa=0时为真空推力系数。

5.发动机的工作时间包括其产生推力的全部时间,即从点火启动，产生推力开始，到发动机排气过程结束,推力下降到零为止。

确定工作时间的方法：以发动机点火后推力上升到10%最大推力或其他规定推力的一点为起点,到下降到10%最大推力一点为终点,之间的时间间隔。

6.燃烧时间是指从点火启动，装药开始燃烧到装药燃烧层厚度烧完为止的时间，不包括拖尾段。

确定燃烧时间的方法：起点同工作时间，将在推力时间曲线上的工作段后部和下降段前部各做切线，两切线夹角的角等分线与曲线的交点作为计算燃烧时间的终点。

固体火箭发动机的基本结构：点火装置、燃烧室、装药、喷嘴构成。

固体火箭发动机的工作与空气无关常见的推进剂有：1.双基推进剂（双基药）2.复合推进剂（复合药）3.复合改进双基推进剂（改进双基药）直接装填！形式：自由装填：药柱直接放在燃料室贴壁浇筑：把燃料直接和燃烧室粘贴在一起（液体发动机发射前现场加注推进剂）固体火箭一旦制造完成即处于待发状态经过压身或浇注后形成的一定结构形式的装药我们叫他装药或者药柱药柱的燃烧面积在燃烧过程中随时间变化必须满足一定的规律完成特定任务所需要的。

装药面积的燃烧规律决定了发动机压强和推力面积的发展规律。

为了满足上述规律需要对装药的表面用阻燃层进行包裹，来控制燃烧面积变化规律。

药柱可以是：当根、多根，也可事实圆孔药，心孔药燃烧室是一个高压容器！装药燃烧的工作室。

燃烧时要求要求：容积、对高温（2000-3000K）高压气体(十几到几十兆帕)的承载能力与高温燃气直接接触的壳体表面需要采用适当的隔热措施高温高压燃气的出口作用：1.控制燃气流出量保持燃烧室内足够压强。

2.使燃气加速膨胀，形成超声速气流，产生推动火箭前进的反作用推力。

部件作用：进行能量转化工艺特点：形状：先收拢后扩张的拉瓦尔喷灌，由收敛段、头部、扩张段、中小型火箭，锥形喷管（节省成本和时间）工作时间长、推力大、质量流速大采用高速推进剂的大型火箭采用特制喷管（收敛段和和直线段的母线可能不是直线可能是抛物线双圆弧）仔细设计型面，提高效率作用：使燃气的流动能够从亚声速加速到超声速流喉部环境十分恶略，烧蚀沉积现象影响性能（改变喉部尺寸改变性能）。

其他内表面采用其他相应的防护措施。

短时间不用采用喉衬！点火装置！！电发火管+点火药装在盒子里大型发动机（直径比较粗长度比较长）用小发动机点燃，点火发动机可靠性最低的部件要求：战术火箭（-40度-55度都能点燃）点火药量选择很重要充气后再打开喷嘴能量转化过程1:推进剂部分化学能-燃烧产物热能能量转化过程2. 燃烧产物热能-射流的动能（喷管完成）能量转化过程3. 射流动能-（直接反作用力）-飞行器动能固体燃料发动机本质是：能量转换装置！固体火箭发动机的工作过程是复杂的，装药燃烧与燃气流动的复杂过程相互作用的过程！！燃烧与流动是固体火箭发动机所要解决的基本问题那些流动现象及其作用：燃烧产物的流动是燃烧的直接结果没有流动会造成发动机爆炸！！！适当的流动状态是燃烧得以稳定燃烧的条件。

单基固体火箭发动机是一种使用单基推进剂的化学火箭发动机。

单基推进剂由燃料、氧化剂和其他添加剂组成的固态混合物。

由于其成分和制作工艺的特殊性，单基推进剂具有较高的燃烧效率和能量水平，因此被广泛应用于火箭发动机中。

单基固体火箭发动机由燃烧室、喷管和点火装置等组成。

在发动机工作时，单基推进剂在燃烧室内点燃后迅速燃烧，产生高温高压的燃气。

燃气经过喷管加速后以高速排出，产生推力。

由于单基推进剂的燃烧速度较慢，因此发动机的燃烧室和喷管设计需要更加精确和优化，以确保燃气的高效流动和排出的顺畅。

此外，单基固体火箭发动机也有一些优点。

首先，它的结构简单，易于维护和操作。

其次，由于单基推进剂的燃烧温度较低，发动机的寿命较长，可靠性较高。

最后，由于其推进剂是固态的，因此不需要加压或输送管线，使得发动机的重量较轻。

然而，单基固体火箭发动机也有一些缺点。

首先，其推进剂燃烧速度较慢，可能导致发动机的燃烧效率和推力较低。

其次，单基推进剂的能量水平相对较低，可能无法满足某些高能要求的应用场景。

最后，由于单基推进剂中包含一些有毒成分，因此在生产和处理过程中需要采取一定的安全措施。

总的来说，单基固体火箭发动机是一种具有优缺点、适用于特定应用场景的化学火箭发动机。

固体火箭发动机工作过程固体火箭发动机是一种利用固体燃料进行推进的发动机，它在航天领域起着重要的作用。

固体火箭发动机的工作过程涉及到燃烧、推进、排气等多个步骤，下面将详细介绍固体火箭发动机的工作过程。

一、点火阶段固体火箭发动机的点火阶段是整个工作过程的起点。

点火前，需要进行一系列的准备工作，比如检查发动机的状态和性能，确保发动机处于正常工作状态。

当点火信号传递到发动机时，点火系统将引燃发动机燃料，点火者点火系统的同时，还会启动发动机的点火控制系统，以确保点火过程的准确性和可靠性。

二、燃烧阶段固体火箭发动机的燃烧阶段是指燃料在发动机内部燃烧释放能量的过程。

固体火箭发动机使用的是固体燃料，一般由燃料和氧化剂组成。

当点火后，燃料和氧化剂会在发动机内燃烧，产生大量的高温高压气体。

这些气体通过喷嘴喷出，产生的反作用力推动火箭向前运动。

三、推进阶段固体火箭发动机的推进阶段是指火箭在燃料燃烧产生的高温高压气体的作用下产生的推力。

推力是通过喷嘴喷出的高速气体产生的，喷嘴的设计和形状对推力的大小和方向有着重要的影响。

固体火箭发动机的推进力通常很大，可以达到数百吨或数千吨，这使得火箭能够克服地球的重力，进入太空。

四、排气阶段在固体火箭发动机的工作过程中，燃料燃烧后产生的高温高压气体需要及时排出，以保证发动机的正常工作。

排气阶段是指将燃烧后的废气排出发动机的过程。

排气通常通过喷嘴喷出，产生的高速气流将火箭推向前方。

排气过程中，需要注意排气的方向和速度，以避免对火箭和周围环境造成损害。

总结起来，固体火箭发动机的工作过程包括点火、燃烧、推进和排气等多个阶段。

在点火阶段，点火系统会引燃发动机的燃料。

在燃烧阶段，燃料和氧化剂会在发动机内燃烧产生高温高压气体。

在推进阶段，喷嘴会喷出高速气体产生推力。

在排气阶段，燃烧后的废气会排出发动机。

这些阶段相互衔接，共同完成固体火箭发动机的工作。

固体火箭发动机以其简单可靠的特点，在航天领域中得到广泛应用。