《火箭发动机》 7 内弹道

2009年10月第10期电　子　测　试ELEC TRONIC T ES TOct.2009No.10固体火箭发动机内弹道性能的仿真研究刘宝华1,杨志菊2(1辽宁葫芦岛市海军飞行学院教研部　葫芦岛　125000,2辽宁葫芦岛92941部队　葫芦岛　125001) 摘　要:研究发动机燃烧室内压强随时间变化的规律,是固体火箭发动机工作过程分析的主要方面,一般采用实验法可以获得直观可靠的数据,但实验法耗资大、周期长,不易操作。

本文根据零维内弹道数学模型,运用龙格库塔法及M A T L A B语言对某型固体导弹发动机内弹道工作过程进行数值仿真,画出燃烧室内压强随时间变化的曲线,并进一步分析得出影响发动机内弹道性能的因素,仿真结果与发动机燃烧室内工作情况相符,影响因素分析与实验相一致,为固体火箭发动机内弹道性能研究提供了参考。

关键词:发动机;内弹道;数值仿真;燃烧室中图分类号:T N957 文献标识码:BSimulate research of solide rocket eng ine inside trajecto ry characteristicLiu Baohua1,Y ang Zhiju2(1T eaching and scientific resea rch ministry,N aval Flying A czdemy,Huludao125001,China;292941U nit,PL A,H uludao125001,China)A bstract:Researching the rule of the pressure with the time changing o f the eng ine's firebox is the m ost aspect of analy zing the process o f the solid missile engine.Co mmo nly,experimenta-tion can achieve the intuitionistic and credible data,but this method consume m uch tim e and money,and not easy to manipulate.According to zero-dimensional inside trajecto ry numerical simulate model,to o ur co untry some ty pe solid missile engine,applacating Lo nger-Kuta me thod and the lang uage of m atlab launches the inside trajecto ry numerical simulate of the w o rking pro cess,and draw ed the burner pressure-time curve,passing further analy sis o uted the influence facto rs of inside trajecto ry characteristic.The result of simulatio n is consistent to the fact in en-gine's firebox and analysis of the influence facto rs is consistent to experim entation.It offer s a new idea to researching the capability o f the ballistic trajecto ry.Keywords:engine;inside trajectory;numerical sim ulate;firebox0　引 言固体火箭发动机内弹道学的核心是研究发动机燃烧室内压强随时间变化的规律,是固体火箭发动机工作过程分析的主要方面。

固体火箭发动机内弹道学方丁酉固体火箭发动机内弹道学方丁酉近年来，随着航天事业的蓬勃发展，固体火箭发动机内弹道学成为越来越受关注的领域。

方丁酉，中国工程院院士、火箭技术专家，曾在这一领域做出了卓越的贡献。

本文将从简单到复杂、由浅入深地探讨固体火箭发动机内弹道学，以帮助读者全面、深入地理解这一话题。

一、固体火箭发动机内弹道学的概念固体火箭发动机内弹道学是研究固体火箭发动机内燃烧过程、燃料燃烧特性、燃烧产物排放、工作环境等方面的学科。

方丁酉指出，固体火箭发动机内弹道学是固体火箭技术中的重要基础理论，对于提高固体火箭发动机的性能、可靠性和运载能力具有重要意义。

二、固体火箭发动机内弹道学的理论基础在固体火箭发动机内弹道学的研究中，燃烧动力学是重要的理论基础之一。

燃烧动力学研究了燃料在燃烧过程中的变化规律，以及燃烧反应对火箭发动机内部气体流动和压力变化的影响。

燃烧产物排放和燃烧室内部气体动力学也是固体火箭发动机内弹道学的重要内容之一。

研究这些理论基础可以帮助我们更好地理解固体火箭发动机内部的工作原理和特性。

三、固体火箭发动机内弹道学的关键技术在固体火箭发动机内弹道学研究中，燃烧稳定性和效率是两个关键技术。

燃烧稳定性是指在固体火箭发动机工作过程中保持燃烧的稳定性，避免出现燃烧不均匀或燃烧失稳等问题。

而燃烧效率则是指在燃烧过程中尽可能提高燃料的利用率，减少燃料的浪费。

方丁酉在固体火箭发动机内弹道学的研究中，提出了一系列有效的技术方案，使固体火箭发动机在燃烧稳定性和效率方面取得了显著的进展。

四、固体火箭发动机内弹道学的应用前景固体火箭发动机内弹道学的研究成果已经在我国的航天事业中得到了广泛的应用。

在长征系列火箭、嫦娥探月工程等多个航天工程中，固体火箭发动机内弹道学的研究成果为提高火箭的性能和可靠性做出了重要贡献。

未来，随着我国航天事业的不断发展，固体火箭发动机内弹道学将继续发挥重要作用，推动我国航天事业迈向新的高度。

!计?算?星?型æ装痢?药?的?几?何?尺?寸?!参?数簓符?号?说μ明é!-----------------------------------------------------------------------------------!n表括?示?星?角?数簓,num表括?示?将?推?进?剂á沿?肉╝厚?方?向ç分?为a几?等台?分?,m表括?示?选?择?压1力 值μ大洙?小?!d表括?示?外猘径?,len表括?示?长¤度â,thet表括?示?星?边?夹D角?,epsilon表括?示?角?度â系μ数簓!r表括?示?过y度â圆2弧?半?径?,r1表括?示?星?角?圆2弧?半?径?,R0表括?示?通 ?用?气?体?常￡数簓!l表括?示?药?柱ê的?特?征é长¤度â,y0表括?示?初?始?特?征é参?数簓,y1表括?示?燃?尽?特?征é参?数簓!I0表括?示?总哩?冲?,F表括?示?推?力 ,Poc表括?示?燃?烧?室酣?的?工¤作痢?压1力!Isp表括?示?比括?冲?,density_p表括?示?密ì度â,k表括?示?比括?热â?比括?rspeed表括?示?燃?速ê，?pn表括?示?压1力 指?数簓!mpeff表括?示?有瓺效§装痢?药?量?,Cf表括?示?推?力 系μ数簓,Ctz表括?示?特?征é速ê度â,At表括?示?喉æ部?面?积y,a表括?示?燃?速ê系μ数簓!S表括?示?平?均ê燃?烧?面?积y,e1表括?示?平?均ê肉╝厚?,epsilon1表括?示?减?面?比括?epsilon2表括?示?增?面?比括?!foresmax表括?示?前©段?最?大洙?相à对?周ì边?长¤,backsmax表括?示?后è段?最?大洙?相à对?周ì边?长¤!smin表括?示?最?小?相à对?周ì边?长¤,thet1表括?示?周ì边?长¤取?得?最?小?值μ时骸?的?星?边?夹D角?!Ap表括?示?初?始?通 ?气?面?积y,J表括?示?初?始?通 ?气?参?量?,eta表括?示?装痢?填?系μ数簓,Af表括?示?剩骸?药?面?积y,etaf表括?示?剩骸?药?系μ数簓!de表括?示?每?一?份 肉╝厚?的?长¤度â,Sa表括?示?燃?烧?面?积y数簓组哩?Apa表括?示?通 ?气?面?积y数簓组哩?!------------------------------------------------------------------------------------program mainimplicit nonereal(kind=8),parameter :: Pi=3.14integer :: n,num,i,mreal(kind=8) :: d,len,thet,epsilon,r,r1real(kind=8) :: l,y0,y1real(kind=8) :: I0,F,Poc,Pe,R0real(kind=8) :: Isp,density_p,k,rspeed,Pnreal(kind=8) :: mpeff,Cf,Ctz,At,areal(kind=8) :: S,e1,epsilon1,epsilon2real(kind=8) :: foresmax,backsmax,smin,thet1real(kind=8) :: Ap,J,eta,Af,etafreal(kind=8) :: error,dereal(kind=8),allocatable :: Sa(:),Apa(:)!读á入?所ê需â要癮所ê用?参?数簓值μopen(3,file="design_parameter.dat")read(3,*) I0 !总哩?冲?read(3,*) F !推?力read(3,*) Poc !燃?烧?室酣?压1力read(3,*) Isp !比括?冲?read(3,*) density_p !推?进?剂á的?密ì度âread(3,*) k !比括?热â?比括?read(3,*) a !燃?速ê系μ数簓read(3,*) Ctz !读á取?特?征é速ê度âCtzread(3,*) Pn !压1力 指?数簓read(3,*) Pe !读á取?喷?管ì出?口ë的?压1力 Peread(3,*) R0 !读á取?通 ?用?气?体?常￡数簓R0read(3,*) d,r !读á取?装痢?药?直ª径?d和æ过y度â圆2弧?半?径?rread(3,*) epsilon2 !读á取?增?面?比括╡psilon2read(3,*) r1 !读á取?星?角?圆2弧?半?径?r1read(3,*) thet1 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subroutine!计?算?侵?蚀骸?比括?的?子哩?函ˉ数簓function fun(Sa,Apa,key)implicit noneinteger :: keyreal(kind=8) :: Sa,Apareal(kind=8) :: funif(key==1) thenif(Sa/Apa<=72.9) thenfun=1.0elsefun=1.3128-1.3249e-2*Sa/Apa+&1.5527e-4*(Sa/Apa)**2-4.3868e-7*(Sa/Apa)**3end ifelsefun=1.0end ifreturnend。

《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。

1 绪论内弹道（internal ballistics）是弹道的一部分，内弹道研究弹丸从点火到离开发射器身管的行为。

内弹道学研究对各种身管武器都有重要意义。

击发方法：任何类型的身管武器第一步需要击发火药。

最早的枪支、大炮由一个一端密封的金属管组成。

1.1 内弹道学研究对象内弹道学是研究发射过程中枪炮膛内及火箭发动机内的火药燃烧、物质流动、能量转换、弹体运动和其它有关现象及其规律的弹道学分支学科。

燃烧的发射药产生具有很高压力的气体，使弹丸加速穿过炮膛，直到以预定初速离开炮口。

初速是具有一定质量和形状的弹丸最终要达到的整个射程的基础。

在设计火炮时必须进行计算以保证最正常、最有效地产生所需要的初速。

发射装药产生的能量用于完成好几种工作。

大部分能量用于赋予弹丸速度。

能量还消耗在做下述功上：使弹丸旋转，克服弹丸与膛壁之间的摩擦力，使发射药和发射药气体在膛内运动以及使火炮后坐部分后坐。

有些能量还以热能的形式损失在身管、炮尾、弹丸和药筒（如果使用药筒的话）上。

发射过程都是从点火开始，通过机械击发、电热或其他方式将点火药点燃，所产生的高温气体及灼热粒子再点燃火药装药，迅即扩展到整个装药表面，并同时沿着药粒厚度向内层燃烧。

燃烧进行在一个封闭的空间中，这个空间前由弹丸的弹带封闭，后有火炮所采用的紧塞装置封闭，紧塞装置用于防止火药气体从后面逸出。

在发射药气体的压力达到能使弹丸运动的程度之前，发射药的燃烧速度与膛压增加的速度是成正比例的。

所谓“弹丸启动压力”就是指使弹丸开始向前运动的压力。

当弹丸沿身管向前运动时，供发射药气体占用的空间增大，因此膛压的增加速度减小。

当空间增加所导致的压力的增加相等时，膛压达到最大值。

自此以后膛压开始下降，同时弹丸却在继续加速，甚至在发射药全部燃尽后弹丸仍在继续加速，只是加速度逐渐减小，弹丸一出炮口即变为减速。

下图说明膛内压力、弹丸膛内行程和弹丸速度间的关系。

内弹道学的研究对象，主要是有关点火药和火药的热化学性质，点火和火药燃烧的机理及规律；有关枪炮膛内火药燃气与固体药粒的混合流动现象，有关弹带嵌进膛线的受力变形现象，弹丸和枪炮身的运动现象；有关能量转换、传递的热力学现象和火药燃气与膛壁之间的热传导现象等。

固体火箭发动机零维两相内弹道研究陈军【摘要】为方便应用两相内弹道流动模型对火箭发动机进行性能预示以及提高性能预示精度,利用火箭喷管内的两相流动性能计算公式,建立了零维两相内弹道模型,包括零维两相内弹道微分方程和平衡压强公式,给出了模型中涉及到的两相特性参数的计算方法.相比于一维两相内弹道模型,该零维内弹道模型简单且满足必要的精度,适于工程应用的快速估算.利用该模型对某远程火箭发动机进行了内弹道计算与分析,计算结果与实验数据吻合良好,表明该两相内弹道模型可以有效地降低纯气相模型引起的理论与实际之间的模型偏差,有利于快速计算固体推进剂火箭发动机的两相内弹道参数以及提高预示精度.%To predict internal ballistic properties with two-phase flow for convenience and to improve prediction precision of internal ballistics in solid rocket motor(SRM),a model of zero-dimensional two-phase internal ballistics was built.The model includes internal ballistic differential equation and corresponding equilibrium pressure formula,and the computational methods of twophase property parameters in the model were pared with one-dimensional twophase internal ballistic model,the model is very simple and more suitable to quick computation in project applications,and more accurate.Based on the model,an internal ballistic computation and analysis for a long-range solid rocket engine were carried out.The computed results accord well with experimental data.The zero-dimensional two-phase internal ballistic model can availably reduce theoretical error caused by single-gas-phase model.By the model,two-phase internal ballisticproperties can be quickly computed,and the prediction precision of internal ballistics in SRM can be improved.【期刊名称】《弹道学报》【年(卷),期】2013(025)002【总页数】5页(P39-43)【关键词】内弹道;两相流;固体火箭发动机;固体推进剂【作者】陈军【作者单位】南京理工大学机械工程学院,南京210094【正文语种】中文【中图分类】V435随着高能推进剂在火箭发动机中的普遍应用，两相流动对发动机性能的影响越来越受到重视。

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1、李宜敏等，《固体火箭发动机原理》，北京航空航天大学出版社，19912、狄连顺等，《火箭发动机原理》，国防科技大学讲义3、刘国球主编，《液体火箭发动机原理》，宇航出版社（导弹与航天丛书），1993火箭发动机喷管维基百科，自由的百科全书渐缩渐阔喷管，颜色从绿到红显示流速近似增长趋势火箭发动机喷管是用于火箭发动机的一种（通常是渐缩渐阔喷管）推力喷管。

一、引言固体火箭发动机内弹道学方丁酉，是一门深奥而又具有重要意义的科学。

固体火箭发动机是航天领域中不可或缺的一部分，其内弹道学方丁酉的研究对于提高火箭发动机的性能和可靠性具有重要意义。

在本文中，将深入探讨固体火箭发动机内弹道学方丁酉的重要性、原理和应用。

二、固体火箭发动机内弹道学理论的重要性固体火箭发动机内弹道学方丁酉，是对固体火箭发动机内部燃烧过程的运动状态、燃烧特性、瞬态过程等进行研究的学科。

通过对固体火箭发动机内弹道学方丁酉的研究，可以深入了解燃烧室内各种参数的变化规律，确定燃烧室内流场的性质，以及改善发动机的设计和性能等方面提供重要参考。

固体火箭发动机内弹道学方丁酉的研究对提高火箭发动机的推进效率、降低燃料消耗、提高火箭发射成功率等具有重要意义。

通过对固体火箭发动机内弹道学方丁酉的研究，可以进一步提高火箭的响应速度和控制精度，提高火箭的战场生存能力和作战效能。

固体火箭发动机内弹道学方丁酉的研究内容主要包括燃烧室内燃气运动的多相流动、燃烧过程的热力学性质、燃烧产物的组成及其对流场和燃烧室壁面的影响等。

通过对这些内容的研究，可以从微观和宏观两个层面全面了解固体火箭发动机内弹道学方丁酉的运行机理，进而进行针对性的改进和应用。

固体火箭发动机内弹道学方丁酉的原理在航天领域中有着广泛的应用。

在燃烧室内燃气运动的多相流动方面，可以通过优化燃烧室的结构和燃烧室内部的燃烧过程，提高火箭的推进效率；在燃烧产物的组成及其对流场和燃烧室壁面的影响方面，可以减少火箭发动机的燃料消耗，提高火箭的响应速度和控制精度等。

四、固体火箭发动机内弹道学方丁酉的个人观点对于固体火箭发动机内弹道学方丁酉这一学科，我个人认为其研究的深入和广泛应用，对于航天领域的发展和火箭技术的提升有着极其重要的作用。

只有通过对固体火箭发动机内弹道学方丁酉的深入研究，才能够更好地理解火箭发动机内部燃烧过程的运动状态、燃烧特性、瞬态过程等，从而更好地改进火箭的设计和性能，提高火箭的推进效率、降低燃料消耗、提高火箭发射成功率等。