固体火箭发动机基础PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 喷气推进装置的分类 1

1.1.1 吸气发动机 1

1.1.2 火箭发动机 3

1.1.3 组合发动机 6

1.2 固体火箭发动机的基本结构与工作过程 7

1.2.1 固体火箭发动机的基本结构 7

1.2.2 固体火箭发动机的特点 10

1.2.3 固体火箭发动机的工作过程 11

1.2.4 装药燃烧时间与发动机工作时间 12

1.3 固体火箭推进技术的发展与应用 12

1.3.1 我国现代固体火箭推进技术的发展 13

1.3.2 固体火箭推进技术的应用与发展现状 14

第2章 固体火箭推进剂概述 21

2.1 火箭对固体推进剂的要求 21

2.2 固体火箭推进剂的组成 22

2.2.1 双基推进剂 22

2.2.2 复合推进剂 23

2.2.3 复合改性双基推进剂 24

2.2.4 无烟、少烟推进剂 25

2.3 固体火箭推进剂的力学性能 26

2.3.1 装药承受的载荷 27

2.3.2 固体火箭对推进剂力学性能的要求 27

2.4 固体火箭推进剂的贮存性能 28

2.4.1 双基推进剂和改性双基推进剂的化学安定性 29

2.4.2 复合推进剂的化学老化 30

2.4.3 固体推进剂的物理安定性 31

2.4.4 固体推进剂贮存安定性的评定标准 32

2.5 固体火箭推进剂的危险性能 33

2.5.1 冲击感度 33

2.5.2 摩擦感度 34

2.5.3 热感度 34

2.5.4 爆轰感度 35

2.5.5 静电感度 36

第3章 固体火箭发动机中的稳态燃烧 37

3.1 固体推进剂稳态燃烧概述 37

3.1.1 对固体推进剂燃烧的要求 37

3.1.2 固体推进剂稳态燃烧现象 38

3.1.3 几何燃烧定律 39

3.1.4 燃烧速度的定义 40

3.1.5 推进剂燃速的实验测量 40

3.2 固体推进剂的稳态燃烧模型 41

3.2.1 双基推进剂的多阶段燃烧模型 41

3.2.2 复合推进剂的稳态燃烧模型 44

3.2.3 复合改性双基推进剂的稳态燃烧特点 47

3.3 压强对固体推进剂燃速的影响 49

3.3.1 压强影响燃速的机理 49

3.3.2 燃速定律 49

3.3.3 推进剂燃速的平台效应 50

3.4 固体火箭推进剂的侵蚀燃烧效应 52

3.4.1 侵蚀燃烧现象 52

3.4.2 侵蚀燃烧效应的危害 53

3.4.3 侵蚀燃烧效应的度量 54

3.4.4 侵蚀燃烧效应的影响因素 54

3.4.5 侵蚀燃烧效应的物理解释 56

3.4.6 侵蚀公式和侵蚀准则 57

3.5 装药初温对燃速的影响 67

3.5.1 初温影响燃速的现象 67

3.5.2 燃速温度敏感系数 68

3.6 影响装药燃速的其他因素 69

3.6.1 燃气压强变化率对燃速的影响 69

3.6.2 燃速的加速度效应 70

3.6.3 提高燃速的物理方法 73

第4章 固体火箭发动机中的非稳态燃烧 77

4.1 不稳定燃烧概述 77

4.1.1 不稳定燃烧的危害 77

4.1.2 不稳定燃烧的分类 78

4.2 声不稳定燃烧基本机理与抑制措施 80

4.2.1 古典声腔理论 81

4.2.2 固体火箭发动机燃烧室中的自激系统 82

4.2.3 固体火箭发动机中不同振型的特征频率 84

4.2.4 声不稳定燃烧的基本规律 85

4.2.5 抑制声不稳定燃烧的经验措施 85

4.3 低频不稳定燃烧 86

4.3.1 不完全燃烧 87

4.3.2 L不稳定燃烧 90

4.4 固体火箭发动机不稳定燃烧的辨识 91

4.5 固体火箭发动机的点火 94

4.5.1 点火装置简介 95

4.5.2 固体火箭发动机的点火过程 96

4.5.3 固体火箭推进剂的点火理论 98

4.5.4 影响点火过程的主要因素 100

4.6 固体火箭发动机的熄火 102

4.6.1 降压熄火 102

4.6.2 阻燃剂熄火 103

第5章 固体火箭发动机中的燃气流动过程 105

5.1 燃烧室中燃气流动的控制方程组 105

5.1.1 基本假设 106

5.1.2 控制方程组的推导 106

5.1.3 控制方程组的简化 110

5.2 喷管中燃气流动的控制方程组 111

5.2.1 基本假设 111

5.2.2 喷管中的一维定常等熵流动控制方程组 112

5.3 燃气流动的气体动力学基础 113

5.3.1 声速与马赫数 113

5.3.2 理想气体一维定常流的连续方程 114

5.3.3 理想气体一维定常绝热流的能量方程 114

5.3.4 流动的滞止状态 114

5.3.5 最大等熵膨胀状态和临界状态 117

5.3.6 速度系数与气体动力学函数 119

5.4 等截面装药通道中的燃气流动 121

5.4.1 质量添加对燃气流动参数的影响 121

5.4.2 加质流动的极限状态——加质壅塞 124

5.4.3 燃气流动参数与速度系数的关系 124

5.4.4 速度系数与通道长度的关系 126

5.4.5 几个特征压强比的近似表达式 131

5.5 截面急剧变化通道中的燃气流动 133

5.5.1 流动通道突然扩大的气体流动 133

5.5.2 其他局部阻力区的总压损失 134

5.6 燃气在喷管中的流动特性 135

5.6.1 截面积变化对流动特性的影响 135

5.6.2 收敛管道的极限状态——壅塞 138

5.6.3 先收敛后扩张的管道——拉瓦尔喷管 138

5.6.4 拉瓦尔喷管中的燃气流动参数分布 139

5.6.5 喷管的质量流率 140

5.6.6 拉瓦尔喷管面积比与压强比的关系 141

5.6.7 拉瓦尔喷管的排气速度 142

5.7 环境压强对拉瓦尔喷管内气体流动的影响 144

5.7.1 不同反压时喷管的工作状态 145

5.7.2 喷管中的分离流动 149

5.8 火箭发动机的排气特性 150

5.8.1 火箭发动机排气羽流的外观和流动特性 150

5.8.2 火箭发动机的排气羽流效应 152

第6章 固体火箭发动机的性能参数 156

6.1 推力、推力系数和特征速度 156

6.1.1 推力的基本公式 156

6.1.2 真空推力和最佳推力 158

6.1.3 推力系数 159

6.1.4 特征速度和等效排气速度 166

6.1.5 推力的影响因素 167

6.2 总冲和比冲 169

6.2.1 总冲 169

6.2.2 比冲 169

6.2.3 比冲的影响因素 171

6.3 火箭的理想飞行速度 173

6.3.1 变质量系统的运动方程 173

6.3.2 火箭的理想飞行速度 174

6.3.3 火箭的最大理想飞行速度 175

6.3.4 火箭飞行性能与多级火箭 176

6.4 固体火箭发动机的效率与实际性能参数 180

6.4.1 固体火箭发动机的效率 180

6.4.2 固体火箭发动机性能参数的修正 182

6.4.3 固体火箭发动机的实际性能参数预估 191

6.4.4 预估固体火箭发动机实际比冲的统计法 193

6.4.5 固体火箭发动机实际性能的测量与计算 194

第7章 固体火箭发动机热力计算与性能预估 198

7.1 推进剂的假定化学式 198

7.1.1 组元的假定化学式 199

7.1.2 推进剂的假定化学式 200

7.2 平衡常数法热力计算 200

7.2.1 平衡常数法热力计算的数学方程 201

7.2.2 平衡常数法热力计算过程 204

7.3 最小自由能法热力计算 210

7.3.1 质量守恒方程 210

7.3.2 吉布斯自由能判据方程 210

7.3.3 热力计算方程组 211

7.3.4 平衡流动的热力参数 213

7.3.5 最小自由能热力计算的数值方法 215

7.4 固体火箭发动机理论性能预估 216

7.4.1 燃烧室热力参数计算 216

7.4.2 喷管膨胀流动过程的热力计算 217

7.4.3 固体火箭发动机性能参数计算 219

7.4.4 热力和性能计算过程详解 219

第8章 固体火箭发动机内弹道研究 232

8.1 零维内弹道微分方程 232

8.1.1 装药燃烧阶段内弹道方程 232

8.1.2 拖尾段内弹道方程 234

8.2 平衡压强 235

8.2.1 平衡压强的计算公式 235

8.2.2 平衡压强的影响因素 237

8.3 燃烧室压强的稳定性分析 239

8.3.1 燃烧室压强稳定的一般条件 239

8.3.2 装填参量不变时燃烧室压强的稳定条件 241

8.3.3 装填参量变化时燃烧室压强的稳定条件 243

8.4 固体推进剂装药的几何参数计算 244

8.4.1 圆孔装药几何参数 245

8.4.2 星孔装药几何参数 247

8.4.3 平衡压强随时间变化的计算 251

8.5 零维内弹道计算与分析 251

8.5.1 压强-时间曲线微分方程分析 252

8.5.2 四阶龙格-库塔法介绍 252

8.5.3 计算步骤 253

8.5.4 后效段计算 253

8.5.5 固体火箭发动机压强-时间曲线的特征 255

8.5.6 燃烧室头部压强计算 257

8.5.7 推力和其他参数计算 257

8.6 特殊装药发动机的内弹道 259

8.6.1 双室双推力发动机和两次点火发动机 259

8.6.2 单室双推力发动机 260

8.6.3 不同推进剂串联组合装药发动机的内弹道 262

8.7 一维内弹道 264

8.7.1 一维内弹道方程组 264

8.7.2 一阶常系数微分方程组的龙格-库塔解法 265

8.7.3 一维内弹道方程组的求解 266

8.8 内弹道性能的预示精度 268

8.8.1 内弹道参数的随机偏差预估 268

8.8.2 提高内弹道预示精度的途径 273

附录 热力学数据库及典型热力学计算软件介绍 280

A.1 热力学数据库 280

A.2 CHEMKIN软件介绍 281

A.3 CEA软件介绍 283

A.4 Cantera软件介绍 285

附表 286

附表1 气体动力学函数表 286

附表2 π（γ，ζ）表 286

附表3 Fv（γ，ζ）表 289

附表4 最佳推力系数CFopt表 291

附表5 真空推力系数CFvac表 292

附表6 部分化学反应的平衡常数kp表 293

附表7 不同含氮量硝化棉的组成及其生成焓Hf表 304

附表8 部分推进剂组元的标准生成焓H？98表 305

附表9 部分燃烧产物的总焓H？,T表 308

附表10 部分燃烧产物的摩尔比定压热容C？,m,T表 312

附表11 部分燃烧产物在0.098MPa下的熵S？,T值表 317

参考文献 322