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固体火箭发动机设计:收敛段收缩比与实际比冲关系

【摘要】:实际采用的潜入式喷管,收缩比εb=1.5~8.8,平均收缩比约为3.0。理论和冷流试验研究表明,用较大的收缩比和较长的收敛段能提高实际比冲。然而,对于采用星形、开槽管形和其他复杂药型的发动机,它们的收敛段烧蚀是不平均的,可用增大收缩比和收敛段长度来改善这种现象。收敛段粗糙度要求通常不高,常取。

喷管收敛段形状对喷管的烧蚀、凝固相的沉积和喷管的结构质量等有明显的影响。

1.普通喷管的收敛段

普通喷管收敛段常为锥面,如图4.5(a)所示。它的主要几何参量是收敛半角β。β小时,收敛段长度大,使结构质量大,但喷管烧蚀小;β大时,喉部附近附面层厚度增大,产生缩颈现象,造成较大的流量损失,同时喷管烧蚀和凝固相沉积严重。一般选取β=30°~60°,常取β=45°

2.潜入式喷管的收敛段

图4.5 喷管收敛段的型面

潜入式喷管收敛段如图4.5(b)所示。它的主要几何参量是收缩比εb(前缘入口面积与喉部面积之比:(Rb/Rt2)、收敛段长度Lb(前缘至喉部距离)和收敛形状。

实际采用的潜入式喷管,收缩比εb=1.5~8.8,平均收缩比约为3.0。

收敛段长度Lb=(0.42~5.4)Rt,平均长度等于Rt

理论和冷流试验研究表明,用较大的收缩比和较长的收敛段能提高实际比冲。但这种潜入式喷管所占燃烧室容积大,影响装药量,不利于结构优化,故常取其平均值,即εb=3.0,Lb=Rt。然而,对于采用星形、开槽管形和其他复杂药型的发动机,它们的收敛段烧蚀是不平均的,可用增大收缩比和收敛段长度来改善这种现象。

收敛段形状可以是椭圆,也可以是一系列相切弧线和双曲线母线的回转曲面,这些曲面在临界面处与临界段小圆柱面相切。

收敛段粗糙度要求通常不高,常取