火箭发动机.doc

火箭发动机科技名词定义中文名称: 火箭发动机英文名称: rocket engine 定义: 由飞行器自带推进剂,不依赖外界空气提供氧化剂的喷气发动机。所属学科: 航空科技(一级学科);推进技术与航空动力装置(二级学科) 本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布百科名片火箭发动机就是利用冲量原理,自带推进剂、不依赖外界空气的喷气发动机。目录简介火箭发动机工作原理 -发动机整体性能 -冷却 -机械问题火箭发动机-声学问题 -试车火箭发动机-安全性简介火箭发动机工作原理 -发动机整体性能 -冷却 -机械问题火箭发动机-声学问题 -试车火箭发动机-安全性?火箭发动机-化学问题?火箭发动机-点火?火箭发动机的分类?火箭发动机的优势?现代火箭发动机 ?世界知名火箭发动机展开编辑本段简介火箭发动机是喷气发动机的一种,将推进剂箱或运载工具内的反应物料(推进剂)变成高速射流,由于牛顿第三定律而产生推力。火箭发动机可用于航天器推进,也可用于导弹等地面应用。大部分火火箭发动机箭发动机都是内燃机,也有非燃烧形式的发动机。编辑本段火箭发动机工作原理大部分发动机靠排出高温高速尾气来获得推力, 固体或液体推进剂(由氧化剂和燃料组成)在燃烧室中高压( 10-200 bar )燃烧产生尾气。向燃烧室供入推进剂液体火箭通过泵将氧化剂和燃料分别泵入燃烧室,两种推进剂成分在燃烧室混合并燃烧。而固体火箭的推进剂事先混合好放入储存室,工作时储存室就是燃烧室。固液混合火箭使用固体和液体混合的推进剂或气体推进剂,也有使用高能电源将惰性反应物料送入热交换机加热,这就不需要燃烧室。火箭发动机火箭推进剂在燃烧并排出产生推力前通常储存在推进剂箱中。推进剂一般选用化学推进剂, 在经历放热化学反应后产生高温气体用于火箭推进。燃烧室化学火箭的燃烧室通常呈圆柱体形,其尺寸要满足推进剂充分燃烧, 所用推进剂不同,尺寸不同。用 L* 描述燃烧室尺寸公式这里: Vc 是燃烧室容量 At 是喷口面积 L* 的范围通常为 25-60 英尺( - m) 燃烧室的压力和温度通常达到极值,不同于吸气式喷气发动机有足够的氮气来稀释和冷却燃烧,火箭发动机燃烧室的温度可达到化学上的标准值。而高压意味着热量在燃烧室壁的传导速度非常快。喷嘴发动机的外形主要取决于膨胀喷嘴的外形:钟罩形或锥形。在一个高膨胀比的渐缩渐阔喷嘴中,燃烧室产生的高温气体通过一个开孔(喷口) 排出。如果给喷嘴提供足够高的压力(高于围压的 至3 倍),就会形成喷嘴阻流和超音速射流,大部分热能转化为动能,由此增加排气的速度。在海平面,发动机排气速度达到音速的十倍并不少见。火箭发动机一部分火箭推力来自燃烧室内压力的不平衡,但主要还是来自挤压喷嘴内壁的压力。排出气体膨胀(绝热)时对内壁的压力是火箭朝向一个方向运动,而尾气向相反的方向。推进剂效率要使发动机有效利用推进剂,需要用一定质量的推进剂产生最大可能压力作用于燃烧室和喷嘴,此外以下方法也能提高推进剂效率: 将推进剂加热到尽可能高的温度(使用高能燃料、氢,碳或某些金属如铝,或使用核能) 使用低比重气体(尽可能含氢) 使用小分子推进剂(或能分解成小分子的推进剂) 因为所有的措施都是出于减轻推进剂质量的考虑;压力与被加速的推进剂量成比例关系;也因为牛顿第三定律,作用于发动机的压力也作用于推进剂。废气出燃烧室的速度似乎是由燃烧室压决定的。然而该速度明显受上述三种因素影响。综合起来,排气速度就是检验发动机火箭发动机效率的最好证明。由于空气动力的原因,废气在喷口产生阻流效应。音速随温度平方根增长,因此使用高温尾气能提高发动机性能。在室温下,空气中的音速为 340 m/s ,而在火箭的高温气体中可达 1700 m/s 以上,火箭的大部分性能都是由于高温。加之火箭推进剂通常选用小分子, 这也使得在同等温度下, 废气中音速高于空气中音速。喷嘴的膨胀设计使排气速度翻倍,通常是 至2 倍,由此产生准高超音速排气射流。速度的增量主要由面积膨胀比决定,即喷口面积与喷嘴出口面积的比值。而气体的性质也很重要。大膨胀比的喷嘴尺寸更大,但能使废气释放更多的热,由此提高排气速度。喷嘴效率受工作高度影响,因为大气压力随高度升高而降低。但由于尾气是超音速的,因此射流的压力只会低于或高于围压,不能与之平衡。如果尾气压力以围压不同,喷嘴就可以称为完全膨胀,围压或过度膨胀。如果尾气压力以围压不同,喷嘴就可以称为完全膨胀反压力和最佳膨胀要获得最佳性能,尾气在喷嘴末端的压力需要与围压相等。如果尾气压力小于围压,运载器就会因为发动机前端与末端的气压差而