固体火箭发动机原理PDF电子书下载

第一章 绪论 1

1.1火箭发动机概述 1

1.2固体火箭发动机发展简史 3

1.3固体火箭发动机的基本组成和工作过程 4

1.4固体火箭发动机的特点 6

一、固体火箭发动机的主要优点 6

二、固体火箭发动机的主要缺点 6

1.5固体火箭发动机的应用范围 7

一、是各种军用火箭弹和导弹的动力装置 7

二、在宇宙航行中的应用不断增加 7

三、是飞行器上面级发动机的首选动力装置 8

四、是各种飞行器辅助发动机的首选动力装置 8

五、有广阔的民用前景 9

1.6固体火箭发动机技术的发展动向 9

一、固体火箭发动机设计技术的发展 9

二、固体推进剂的发展 11

三、发动机可控能力的改善 12

四、发动机燃烧理论与诊断技术的发展 13

五、发动机计算机辅助设计与仿真技术的发展 14

习题 15

第二章 固体火箭发动机的主要性能参数 16

2.1推力与喷气速度 16

一、推力 16

二、喷气速度 20

三、有关推力的讨论 21

2.2喷管质量流率与特征速度 22

一、喷管质量流率 22

二、特征速度 24

2.3推力系数 25

一、推力系数 25

二、喷管面积比Ae/At与压强比Pe/Pc 26

三、CF与Ae/At及Pa/Pc的关系 29

2.4最大推力 34

2.5发动机的高度特性 38

2.6总冲和比冲 41

一、总冲 41

二、比冲 42

2.7发动机性能参数的实际值 45

2.8发动机设计质量系数 47

2.9发动机及推进剂的性能对火箭飞行器性能的影响 48

一、火箭飞行器的运动方程 48

二、火箭飞行器的性能参数和质量参数 50

三、发动机及推进剂的性能对火箭飞行器性能的影响 50

习题 52

第三章 固体推进剂 54

3.1概述 54

3.2双基推进剂 56

一、组成 56

二、制造工艺 59

3.3复合推进剂 62

一、组成 62

二、制造工艺 66

3.4改性双基推进剂 68

3.5其它固体推进剂 68

一、燃气发生剂 68

二、富燃推进剂 69

三、膏体推进剂 69

四、NEPE推进剂 69

五、四组元推进剂 70

3.6固体推进剂的性能 70

一、能量特性 70

二、力学性能 71

三、燃烧特性 71

四、贮存安定性 72

五、安全性能 72

六、经济性能 73

七、工艺性能 73

八、低特征信号性能 73

3.7固体推进剂发展特点 73

习题 75

第四章 固体火箭发动机燃烧室的热力计算 76

4.1燃烧室热力计算的理论基础 76

一、发动机热力计算的任务 76

二、燃烧室热力计算的理论模型 76

三、推进剂总焓 77

四、固体推进剂的假定化学式 79

4.2燃烧室热力计算的控制方程组 83

一、质量守恒方程 84

二、化学平衡方程 85

三、能量守恒方程 92

四、燃烧室热力计算的一般步骤 92

4.3计算平衡组分的化学平衡常数法 94

4.4计算平衡组分的最小吉布斯自由能法 101

一、目标函数——系统的吉布斯自由能方程 101

二、求解条件极值问题的拉格朗日乘数法 102

三、方程组的线性化及其求解 103

4.5计算平衡组分的布林克莱法 106

一、组分的组成方程 106

二、质量方程 112

三、化学平衡方程 113

四、布林克莱法求燃烧产物平衡组分 114

4.6绝热燃烧温度及燃烧产物特性参数计算 120

一、绝热燃烧温度 120

二、燃烧产物的热力学性质 122

三、燃烧产物的熵 125

四、燃烧产物的输运性质 126

4.7特征速度与燃烧室中的性能损失 132

一、理论特征速度 132

二、实际特征速度与燃烧室中的性能损失 133

4.8热力学数据库使用介绍 134

4.9典型热力计算软件介绍 137

一、CHEMKIN 137

二、CEA 139

三、Canters 142

习题 143

第五章 固体火箭发动机喷管流动分析及计算 145

5.1喷管流动过程分析 145

一、喷管流动过程中的化学平衡问题 145

二、喷管流动过程中的燃气内能平衡问题 146

三、喷管流动过程中的两相流问题 148

5.2喷管流动过程热力计算模型及典型流动计算 152

一、热力计算的任务及计算已知条件 152

二、热力计算模型 152

三、典型的流动计算 153

5.3发动机理论性能参数计算 161

一、发动机理论性能参数计算 161

二、发动机理论性能参数的影响因素分析 164

5.4喷管中的实际流动过程与损失 168

5.5喷管两相不平衡流动损失 170

一、一维两相流动分析 170

二、表征两相不平衡性的特征参数 173

三、影响两相不平衡损失的因素 175

四、凝相颗粒尺寸分布特性的变化 176

五、两相流对喷管型面设计的影响 177

5.6喷管中的附面层损失 178

一、喷管内附面层的基本概念 178

二、附面层损失计算 179

5.7喷管中的单相非化学平衡流动及化学不平衡损失 185

一、喷管内单相非化学平衡流动的控制方程组 185

二、喷管内非化学平衡流动的计算方案 186

三、化学不平衡损失 187

5.8喷管中的非轴向损失 188

一、锥形喷管的非轴向损失 188

二、短特型喷管的非轴向损失 189

5.9发动机中的其它损失 191

一、能量不平衡流动损失 191

二、喷管潜入损失 191

三、喷管收敛段的动量损失 191

四、燃烧不完全损失 192

五、燃烧室壁面散热损失 192

六、喷管喉部烧蚀损失 192

七、喷管型面畸变损失 193

5.10不变喷管在非设计状态下的工作 193

一、喷管在不同状态下的喷气流谱分析 193

二、过膨胀工作状态下的喷管流动 195

三、喷管有气流分离的过膨胀工作状态下的发动机推力 198

5.11长尾管内的流动过程 198

一、长尾管中燃气流动的基本规律 198

二、长尾管的计算 200

三、长尾管对发动机性能参数的影响 202

习题 202

第六章 固体火箭发动机中的燃烧 204

6.1概述 204

一、对固体推进剂燃烧过程的要求 204

二、固体推进剂燃烧过程的研究 205

三、燃速 207

四、装药燃烧表面的变化 208

6.2双基推进剂的燃烧过程 210

一、双基推进剂的多阶段模型 211

二、燃烧室压强对双基推进剂燃烧的影响 215

6.3过氯酸铵（AP）复合推进剂的燃烧过程 216

6.4改性双基推进剂燃烧过程的特点 223

6.5燃速与压强的关系 224

一、现象与机理 224

二、燃速的实验测定 226

三、双基推进剂的燃速特性 229

四、AP复合推进剂的燃速特性 230

6.6燃速与推进剂初温的关系 233

一、现象和机理 233

二、燃速的温度敏感系数 234

6.7侵蚀燃烧 236

一、现象 236

二、侵蚀燃烧的基本规律 237

三、机理分析 240

四、侵蚀燃烧的实验方法 242

6.8其它工作条件对燃速的影响 244

一、加速度作用 244

二、燃烧产物的热辐射 246

三、压强变化率 247

四、推进剂的应变 247

6.9燃速的调节与控制 247

一、混合比 247

二、颗粒尺寸 248

三、燃速调节剂 249

四、工艺过程的影响 249

五、加金属丝提高燃速 249

6.10固体火箭发动机中的不稳定燃烧 251

一、概念及内涵 251

二、燃烧不稳定机理 253

三、不稳定燃烧的影响因素 254

四、线性稳定性预测理论 257

五、喘息燃烧和L不稳定 259

习题 261

第七章 固体火箭发动机内弹道学 263

7.1概述 263

一、内弹道学的含义 263

二、燃烧室压强的重要性 263

三、固体火箭发动机燃烧室压强的变化 264

7.2零维内弹道学及等燃面装药发动机工作压强计算 266

一、零维内弹道学基本方程 266

二、等燃面装药发动机工作压强计算 268

7.3零维变燃面装药发动机工作压强计算 278

一、基本方程的变换 278

二、零维变燃面装药发动机工作段压强的计算 280

7.4固体火箭发动机点火过程及压强上升段的计算 286

一、点火器 286

二、固体火箭发动机的点火起动过程 287

三、点火起动段压强建立过程的工程计算 288

四、压强建立过程中瞬变压强的变化特征 290

7.5固体火箭发动机熄火过程及压强下降段的计算 291

一、熄火过程概述 291

二、压强下降段的计算 293

7.6一维侧面燃烧装药发动机内弹道学 297

一、侧面燃烧装药通道中燃气流动与燃烧的特点 297

二、一维侧面燃烧装药发动机内弹道计算的基本方程 298

三、一维非定常基本方程组简化为准定常方程组的条件 301

四、绝能流动条件下的一维准定常控制方程组 303

7.7一维等截面通道装药发动机内弹道学 304

一、基本假设 304

二、基本方程 304

三、燃气参数与速度系数λ的关系 305

四、速度系数（λ）与通道计算截面位置（x）的关系 306

五、考虑装药通道中燃气流动情况下燃烧室头部压强P1的计算及讨论 311

7.8一维侧面燃烧装药发动机内弹道的数值求解 319

一、控制方程组的整理 319

二、微分方程的边界条件 320

三、选定燃烧室头部压强Pi 321

四、迭代计算 322

7.9固体火箭发动机内弹道计算的某些特殊问题 325

一、单室双推力发动机过渡段的压强计算 325

二、喷管喉部烧蚀对内弹道特性的影响 330

三、压强计算中关于装药变形的考虑 333

四、旋转发动机平衡压强的计算 334

习题 336

附录 339

附录1化学平衡常数表 339

附录2某些物质的标准生成焓H 298 343

附录3某些燃烧产物的总焓（cal/mol） 344

附录4某些燃烧产物的定压比热（cal/ （mcl·K）） 349

附录5某些燃烧产物在一个物理大气压下的熵S 0 i（cal/ （mol· K）） 354

附录6绝热指数κ的函数表 359

附录7 （Pc/Pe）l k值 360

附录8常用气体分子的碰撞直径σ及ε/κ0 362

附录9确定分子碰撞直径σ及ε/κ0的近似方法 364

附录10碰撞积分Ω μ的值 365

附录11气动函数表 366

附录12主要符号 374

参考文献 377