冲压火箭发动机技术简介1

火箭发动机的研究现状及其未来发展方向火箭发动机是航空航天领域的重要组成部分，决定着火箭的性能和发展方向。

本文将介绍火箭发动机的研究现状及其未来发展方向。

一、火箭发动机的研究现状1. 燃烧室技术的进步火箭发动机的燃烧室是其最核心的部件之一，决定了火箭的推力和效率。

近年来，燃烧室技术得到了快速发展，新型材料、制造工艺和设计方法的应用使得燃烧室的温度和压力承受能力大大提高，推力和效率也随之提高。

2. 新型推进剂的研究传统的火箭推进剂主要有液态氧和液态燃料，但受其重量和储运难以保证的限制，科学家们在研究和探索新型推进剂。

固态推进剂、氢气和氧气的混合推进剂、可回收的推进剂等均得到了一定的研究和应用，未来这些新型推进剂有望成为主流。

3. 高温材料技术的应用火箭发动机的高温材料应用水平也是决定其性能的关键因素。

以碳纤维为代表的高温材料在发动机壳体、导管、燃烧室等关键部件中得到了广泛应用，其轻质、高强度、高耐热性能优良，对于提高火箭发动机性能有极大的帮助。

二、火箭发动机的未来发展方向1. 可重复使用发动机随着航空航天技术的不断发展，未来火箭发射次数将不断增加，这就要求火箭发动机必须具有可重复使用的特性。

可重复使用发动机可以减轻一次性火箭发射的成本和对环境的影响，也有利于未来人类登陆月球和深空飞行等探索的实现。

2. 低碳环保发动机火箭发动机排放的废气对于环境和气候变化都产生了一定的影响，而且未来人类深空探索和星际旅行等需要大量的能源，因此低碳环保发动机的研究和开发变得尤为重要。

这就要求火箭发动机能够利用可再生能源，如太阳能、风能等，减少废气排放和对环境的污染。

3. 燃烧室冷却技术的革新燃烧室的腐蚀和高温环境会对其造成一定的损伤和影响，因此燃烧室冷却技术的革新是一个重要的方向。

一些智能化燃烧室和液体金属冷却技术的应用，可以有效地减少燃烧室的烧损和延长发动机的使用寿命。

总之，火箭发动机的研究和发展一直是航空航天领域的热点和难点。

火箭发动机的设计和性能分析火箭发动机作为航天领域中至关重要的组件之一，其设计和性能对于宇航器的飞行和任务执行起着至关重要的作用。

本文将对火箭发动机的设计原理、性能要求以及性能分析方法进行探讨，以期为读者提供对火箭发动机的深入了解。

第一部分火箭发动机的设计原理火箭发动机是通过燃烧推进剂产生的喷射气流产生推力，从而推动宇航器飞行。

其基本组成包括燃烧室、喷管、燃烧剂供给系统以及起动装置等。

火箭发动机的设计原理主要包括推力平衡、喷管设计、燃烧室设计和燃烧剂供给等方面。

推力平衡是火箭发动机设计的关键步骤之一。

在设计过程中，需要通过调整燃烧室和喷管的结构参数，使得火箭发动机燃烧产生的高温高压气体能够顺利喷出，并且形成一定的喷射角度，从而产生推力。

喷管的设计中，需要考虑喷管入口和出口的形状，以及喷管的膨胀比等参数。

燃烧室的设计中，需要考虑燃烧室的容积、燃烧室壁面材料和冷却方式等因素。

燃烧剂供给系统的设计中，需要考虑燃烧剂的储存和供给方式，以及燃烧剂的流量控制等关键问题。

第二部分火箭发动机的性能要求火箭发动机的性能要求直接影响着宇航器的飞行性能和任务执行能力。

主要包括推力、比冲、工作时间和可调性等指标。

推力是火箭发动机的重要性能指标之一，它决定了火箭的加速能力和负载能力。

在设计过程中，需要根据任务需求和宇航器的质量，确定合适数值的推力。

比冲是火箭发动机的性能指标之一，表示单位质量推进剂所能提供的推力大小。

比冲越高，说明火箭发动机的推进效率越高。

比冲的提高对于提高火箭的有效载荷和续航能力具有重要意义。

工作时间是指火箭发动机能够持续工作的时间。

在实际任务中，往往需要火箭发动机能够连续工作一段时间才能完成任务，因此工作时间是一个重要的性能指标。

可调性是指火箭发动机在工作过程中能够适应不同工况的能力。

在不同飞行阶段和任务要求下，火箭发动机可能需要调整推力大小和工作时间等指标，以适应不同需求。

第三部分火箭发动机性能分析方法火箭发动机的性能分析是设计过程中不可或缺的一环。

带燃料及其氧化剂的火箭发动机技术综述作者：胡浩来源：《科学与财富》2017年第18期摘要：火箭发动机技术的发展是决定航天科技发展进步的关键因素，本文简要介绍了火箭发动机的原理、分类以及发展状况，并分析了在世界范围内以及中国国内火箭发动机专利申请趋势以及申请情况，简要描述该类技术的起源与技术演进路线，并对其技术发展做出展望。

关键词：火箭；推进剂；固体；液体；固液；膏体；凝胶1、序言火箭发动机技术作为航天运输和导弹发射的核心技术之一，它是一个国家科技实力的体现，代表了在航天和军事领域的技术水平，火箭发动机是各类火箭、导弹和航天器最主要的动力装置，它的发展对改善火箭、导弹和航天器性能起着十分重要的作用，因此，火箭发动机技术的发展是决定航天科技发展进步的关键因素。

从火箭推进剂类型上分为固体、液体、固液混合、膏体等类型。

2、火箭发动机的发展状况2.1火箭发动机的基本原理火箭发动机是喷气发动机的一种，将推进剂贮箱或运载工具内的反应物（推进剂）变成高速射流，由于牛顿第三运动定律而产生推力。

大部分火箭发动机都是内燃机，也有非燃烧形式的发动机。

内燃机形式的火箭发动机主要靠排出高温高速燃气来获得推力，推进剂（由氧化剂和燃料组成）在燃烧室中高压（10-200 bar）燃烧产生燃气，一般由喷注器、燃烧室（内装药柱）、喷管、推进剂供应系统和贮箱等组成。

2.2火箭发动机的分类火箭推进剂一般以某种形式大量存储在推进剂容器中，其主要成分为燃料和氧化物，两者燃烧反应生成大量高温气体，高温气体膨胀从火箭发动机喷嘴喷出，使火箭产生推力并不断加速。

推进剂是产生火箭发动机动力的源头，根据推进剂状态和类型，一般将火箭发动机分为固体、液体、固液混合和膏体等多种形式。

2.2.1固体火箭发动机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，一般使用固体推进剂药柱，药柱是由推进剂与少量添加剂制成的中空圆柱体，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。

超音速飞行器的推进技术探讨在现代航空航天领域，超音速飞行器一直是研究的热点和重点。

而推进技术作为超音速飞行器的核心关键，其发展和创新直接决定了飞行器的性能和应用前景。

要理解超音速飞行器的推进技术，首先得清楚什么是超音速。

当飞行器的速度超过音速，也就是大约 340 米每秒时，就进入了超音速状态。

在这种高速下，空气阻力急剧增加，对推进系统提出了极高的要求。

目前，常见的超音速飞行器推进技术主要包括冲压发动机和火箭发动机。

冲压发动机是一种利用高速气流的冲压作用来压缩空气，并与燃料混合燃烧产生推力的发动机。

它的优点是结构相对简单，没有复杂的压气机和涡轮部件。

在超音速飞行时，冲压发动机的效率较高，能够提供强大的推力。

冲压发动机又分为亚音速燃烧冲压发动机和超音速燃烧冲压发动机。

亚音速燃烧冲压发动机在飞行速度较低时表现较好，但当速度超过一定值后，其性能就会受到限制。

而超音速燃烧冲压发动机则能够在更高的速度下保持高效工作，是未来超音速飞行器推进技术的重要发展方向之一。

火箭发动机则是依靠自身携带的氧化剂和燃料产生推力。

它不受大气条件的限制，能够在大气层内外工作，为飞行器提供强大的动力。

但火箭发动机的燃料消耗较大，工作时间相对较短，成本也较高。

在实际应用中，为了实现更好的性能，常常会采用组合式的推进系统。

例如，在飞行器起飞和加速阶段，使用火箭发动机提供强大的推力，当达到一定速度后，切换到冲压发动机，以提高续航能力和效率。

除了上述两种主要的推进技术，还有一些新兴的研究方向也值得关注。

比如等离子体推进技术，它利用等离子体的电磁作用产生推力，具有高比冲、响应快等优点，虽然目前还处于研究阶段，但有望为未来的超音速飞行器提供新的动力选择。

此外，超燃冲压发动机中的燃料喷射和燃烧控制技术也是研究的重点。

要实现高效稳定的燃烧，需要精确控制燃料的喷射时机、位置和量，同时优化燃烧室的设计，以确保充分燃烧和能量释放。

在推进系统的材料方面，由于超音速飞行时会产生极高的温度和压力，对发动机的材料性能提出了苛刻的要求。

本科毕业论文(设计)题目：超燃冲压发动机原理与技术分析学院：机电工程学院专业：热能与动力工程系2010级热能2班姓名：王俊指导教师：刘世俭2014年 5 月28 日超燃冲压发动机原理与技术分析The Principle and Technical Analysis ofScramjet Engine摘要通过对超燃冲压发动机的基本原理与特点的介绍，比较了世界主要国家在超燃冲压理论研究与工程实际中的一些成果；结合高超音速空气动力学以及流体力学的一些基本原理，阐述进气道、隔离段、燃烧室、尾喷管的设计并进行性能分析；列举目前投入应用的几种主流构型及其选择依据；分析主要参数对超燃冲压发动机的影响；最后综合阐述超燃冲压发动机的发展趋势以及用途。

关键词：超燃冲压发动机性能分析一体化设计热循环分析Abstract:Introduction the basic principle and features of scramjet engine, comparison of major powerful countries’ theoretical researches and practical achievements on this project. Expound and analyses the design and property programmes of air inlet、isolator、combustion chamber、tailpipe nozzle with theories of hypersonic aerodynamics and hydrodynamics; Its application in several mainstream configuration and its choice; analysis of the effect of main parameters on the scramjet. Finally, the developing trend of integrated scramjet paper and usesKey words: scramjet engine property analysis integrating design Thermal cycle analys目录1 概述及原理 (1)1.1研究背景与意义 (1)1.2超燃冲压发动机基本原理 (3)1.3国内外相关研究概况 (5)1.4研究内容 (10)2系统一体化研究意义与总体热性能分析 (11)2.1系统一体化研究的意义 (11)2.2 总体热力性能分析 (12)3 超然冲压发动机核心部件设计与性能研究 (17)3.1 进气道设计与性能研究 (17)3.2 隔离段设计与性能研究 (18)3.3 燃烧室设计与性能研究 (20)3.4 尾喷管设计与性能研究 (23)4总结与展望 (28)5结语 (31)6参考文献 (32)1 概述及原理1.1研究背景与意义吸气式高超声速飞行器是指飞行马赫数大于6、以吸气冲压发动机与其组合发动机为动力、而且能在大气层和跨大气层中远程飞行的飞行器。

图文并茂6）进气道故事之－超燃冲压发动机，乘波器及脉冲爆震发动机超燃冲压发动机，乘波器及脉冲爆震发动机超燃冲压发动机－scram jet 现在让我们抛开那些千奇百怪的核动力发动机回归到飞机的进气道上面来。

前面讲解的所有飞机，从F－15到黑鸟，女武神，再到冲压发动机导弹，他们都有一个共同点：就是依靠进气道的特殊设计把超音速气流减速到亚音速，送给发动机，然后燃烧膨胀做功从尾部再以超音速喷出。

这样就经历了一个超音速－亚音速－超音速的过程。

这么的一减一加无形中就增加了阻力。

随着飞机飞行速度越来越快，阻力也不断升高，早晚会有一天，飞机的阻力会超过它的推力，这时候无论飞机怎么使劲，怎么多加燃料，速度就是上不去。

另一方面，冲压发动机把空气减速到亚音速后，压缩后的空气温度太高，无论怎么降温，效率都大大的下降，这就又遇到了一道速度门槛。

一般而言这道门槛大概发生在5马赫左右，所以超过5马赫的速度就不再叫超音速了（supersonic），而是叫做高超音速（hypersonic）。

对于高超音速飞行器而言，除了进气道外，他的尾喷管也需要有特殊考虑。

一般的发动机尾喷管有个收缩－扩展段，这么一缩一扩就能把亚音速气流加速成非常高的超音速气流从而推动飞机超音速飞行。

这个收缩扩展喷口也叫拉瓦尔喷管。

它最先由瑞典的发明家古斯塔夫·德拉瓦尔(Gustaf De Laval）在1897年发现的，现在已经成为航空发动机和火箭发动机的重要组成部件了。

发动机喷出的高温高压气流在喷管的收缩段，遵循流体在管中运动时，截面小处流速大，截面大处流速小的原则，就好比你打开水龙头，用手堵住喷口一半，水流就会喷的更快一样，把气流不断加速，到收缩短最窄的地方加速成超音速。

而超音速的流体在收缩段却不再遵循前面的原则，恰恰相反，截面小时流速小，截面大时流速反而大。

要想把超音速气流进一步加速，反而需要有一个扩展段来加速，有时候能加速到音速的好几倍，这样飞机就能进行超音速飞行了。

火箭发动机的构造火箭发动机是火箭的核心部件，负责产生推力以推动火箭飞行。

它的构造复杂，涉及到多个关键部件和工作原理。

火箭发动机主要由燃烧室、燃烧室壁、喷管和燃料供给系统等组成。

其中，燃烧室是火箭发动机的关键部件之一，也是推力产生的地方。

燃烧室内燃料与氧化剂混合并燃烧，产生高温高压气体，从而产生巨大的推力。

燃烧室壁则起到保护燃烧室的作用，防止高温高压气体对燃烧室的损害。

喷管是火箭发动机的另一个重要组成部分，用于将燃烧产生的高温高压气体加速排出，产生推力。

喷管通常分为扩张段和喷管喉部。

扩张段的作用是将高温高压气体加速扩张，从而提高喷气速度，增大喷气功率。

喷管喉部则是控制喷气速度和方向的关键部位，通过调整喷管喉部的形状和大小，可以实现推力的控制。

燃料供给系统是火箭发动机的另一个重要组成部分，负责将燃料和氧化剂供给到燃烧室中。

燃料供给系统通常包括燃料泵、氧化剂泵和燃料喷嘴等部件。

燃料泵和氧化剂泵负责将燃料和氧化剂从燃料箱和氧化剂箱中抽取出来，并通过高压输送到燃烧室中。

燃料喷嘴则负责将燃料和氧化剂喷射到燃烧室中，实现燃烧过程。

在火箭发动机的工作过程中，燃料和氧化剂经过燃烧室壁的细密孔隙进入燃烧室，混合并燃烧产生高温高压气体。

同时，燃料和氧化剂也通过燃料供给系统的输送管道进入燃烧室。

在燃烧过程中，燃料和氧化剂的比例和供给速度需要得到精确控制，以保证燃烧的稳定性和效率。

燃烧产生的高温高压气体通过喷管加速排出，产生巨大的推力，推动火箭飞行。

火箭发动机的构造和工作原理十分复杂，涉及到多个物理学和工程学原理。

设计和制造火箭发动机需要充分考虑燃烧室、喷管、燃料供给系统等多个关键部件的尺寸、材料和工艺等因素。

同时，还需要进行大量的实验和模拟计算，以验证和优化火箭发动机的性能和可靠性。

火箭发动机是火箭的核心部件，负责产生推力以推动火箭飞行。

它的构造复杂，涉及到多个关键部件和工作原理。

燃烧室、喷管和燃料供给系统是火箭发动机的主要组成部分，它们共同协作，通过燃烧产生的高温高压气体产生推力，推动火箭飞行。

超音速飞行器的推进技术发展趋势在现代航空航天领域，超音速飞行器一直是研究的重点和热点。

而推进技术作为超音速飞行器的核心组成部分，其发展对于提升飞行器的性能、拓展应用领域具有至关重要的意义。

一、当前主流的超音速飞行器推进技术目前，常见的超音速飞行器推进技术主要包括冲压发动机和火箭发动机。

冲压发动机具有结构相对简单、重量轻、成本低等优点。

在超音速飞行时，空气被高速压缩进入燃烧室，与燃料混合燃烧后产生推力。

然而，冲压发动机在低速时性能不佳，需要依靠其他动力装置将飞行器加速到一定速度才能有效工作。

火箭发动机则依靠自身携带的氧化剂和燃料产生推力，不受空气条件的限制，能够在大气层内外工作。

但火箭发动机的燃料消耗量大，工作时间相对较短，成本较高。

二、未来可能的技术突破方向1、组合动力技术为了克服单一推进技术的局限性，组合动力技术成为了未来的重要发展方向。

例如，将冲压发动机与火箭发动机相结合，或者将涡轮发动机与冲压发动机相结合。

在飞行器不同的飞行阶段，切换使用不同的动力模式，以实现更高效的飞行。

2、超燃冲压发动机技术的改进超燃冲压发动机是一种在超音速气流中进行燃烧的冲压发动机。

未来的发展重点在于提高燃烧效率、降低阻力和增强可靠性。

通过优化进气道设计、改进燃料喷射和燃烧控制等手段，有望进一步提升超燃冲压发动机的性能。

3、新型燃料和推进剂的研发寻找更高能量密度的燃料和推进剂对于提高推进系统的性能至关重要。

例如，研究新型的液氢燃料、高能合成燃料等，以及与之相匹配的高效燃烧技术。

4、电动推进技术的应用随着电动技术的不断发展，电动推进在超音速飞行器领域也展现出一定的潜力。

虽然目前电动推进系统的功率和能量密度还相对较低，但通过不断的技术创新，如新型电池技术、超导技术等的应用，未来可能会在小型超音速飞行器或辅助推进系统中发挥重要作用。

5、智能控制与优化技术利用先进的传感器和计算机技术，实现对推进系统的实时监测和智能控制。

根据飞行条件和任务需求，自动调整发动机的工作参数，以达到最佳的性能和效率。

火箭发动机的基本性能参数（1）推力火箭发动机的推力就是作用在发动机内外表面的各种力的合力。

图3-2所示为发动机的推力室，它由燃烧室和和喷管两部分组成。

作用在推力室上的力有推进剂在燃烧室内燃烧产生的燃气压力p e ,外界的大气压力p 0，以及高温燃气进过喷管以很高的速度向后喷出所产生的反作用力。

由于喷管开口，作用在推力室内外壁的压力不平衡，产生向前的一部分推力，加上喷气流所产生的反作用力，发动机推力的合力为 e e e A p p mu F )(0-+= （3.1） 式中，F 为发动机推力（N ）；m 为喷气的质量流率，即单位时间的质量流量(kg/s);e u 为喷管出口的喷气速度（m/s ）；p e 为推力室内燃气的压力（Pa ）；p 0为外界大气的压力（Pa ）;e A 为喷管出口的截面积（m 2）从公式（3.1）可知，火箭发动机的推力由两部分组成。

第一部分是由动量定理导出的mu e 项，它是推力的主要部分，占总推力的90%以上。

成为动推力。

它的大小取决于喷气的质量流率和喷气速度，前者实际上等于单位时间推进剂的消耗量。

为了获得更高的喷气速度，要求采用高能的推进剂，并使推进剂的化学能尽可能多地转换为燃气的动能。

第二部分是由于喷管出口处燃气压力和大气压力不同所产生的A(p 0p e -)项，与喷管出口面积及外界大气的压力有关，称为静推力。

显然，静推力随外界大气压力的减小而增大。

这是3.2.1节讲过的 火箭发动机的主要特点之一。

为方便起见，定义p e =p o 时发动机的工作状态为设计状态。

在设计状态下静推力等于零，总推力等于动推力，称之为特征推力或额定推力。

用F e 表示，则:F e =mu e (3.2)一般情况下，发动机的额定推力是不变的。

发动机在接近真空的条件下工作时，p 0 =0，这时的推力称为真空推力，发动机的推力达到最大值。

(2)冲量和总冲物理学中定义作用力和作用时间的乘积为冲量。

对于火箭发动机，推力与工作时间的乘积就是发动机的总冲量，简称总冲。