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固体火箭发动机设计:点火药量估算

【摘要】:所需的点火燃气流量可利用如下的经验公式估算。根据主发动机的喷管大小估算:试验表明,所需的点火发动机的质量流量˙mig与主发动机的喷管面积At成正比,亦即式中的比例系数Cmd由经验确定。它取决于点火发动机和主发动机以及它们的工作环境。求得˙mig和tbig后,便可以进行点火发动机的设计。

提出问题环节:通过与全班同学集体对话交流,将学生的思维快速聚焦到“猜想电荷间相互作用力的产生原因”,以此激发学生的学习热情,营造出欲解决问题的情境。

解决问题环节:建立电场概念时,学生对“猜想电荷间相互作用力的产生原因”可能会感到无从下手,教师在与学生的互动交流与评价中,要通过引导性评价,让学生联想到以前学习过的非接触力——重力与磁力,进而主动将电荷间的作用力与它们建立关联,类比进行科学猜想,建立起电场概念;描述电场力的性质时,教师通过激励性评价引导学生进一步将电场与重力场进行深入类比,建立电场强度的概念,并运用比值定义法,得出其定义,不断加深对电场与重力场、磁场的关联体验,以及对类比分析法、比值定义法的体验;加深对电场中电场强度与场源电荷、研究位置间的关联体验。

反思提升环节:评价中要引导学生基于对核心问题解决中的活动体验,生成本节课显性的关于电场、电场强度的知识,更要通过评价引导学生反思核心问题解决过程中运用的物理科学方法,尤其是类比法与比值定义法,实现学生在物理知识与物理科学方法结构化的显性提升中的深度体验与修正内化。

运用反馈环节:为强化学生对电场强度与场源电荷、研究位置间关联的体验,将本节课对学生体验的检测点确定于此;为了区分出学生对前述关联的体验深入程度,选择了“分析点电荷周围电场强度”作为检测题;课堂上的提示、评价中要紧扣学生表现出对电场强度与场源电荷、研究位置间关联体验的深入程度展开,凸显该环节的体验强化功能。

所需的点火燃气流量可利用如下的经验公式估算。

(1)根据主发动机的喷管大小估算:试验表明,所需的点火发动机的质量流量˙mig与主发动机的喷管面积At成正比,亦即

式中的比例系数Cmd由经验确定。它取决于点火发动机和主发动机以及它们的工作环境。通常,取Cmd=14 g/(s·cm2)。当点火气流不易喷射到主装药表面时,取Cmd>21 g/(s·cm2)。

(2)根据主发动机推力估算:所需的点火发动机的质量流量近似地与主发动机的推力F成正比,亦即

式中的比例系数,称为点火特征速度,它与点火药和主装药的特性有关。对于现有的推进剂,≈30 000m/s。

求得˙mig和tbig后,便可以进行点火发动机的设计。点火发动机的设计方法与主发动机的设计方法相同,不再讲述。