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2025-09-29
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(https://www.chuimin.cn)
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/Rt）2）、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为母线的回转曲面，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
。
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