哈工大-航天技术概论第2章动力装置

火箭发动机喷气发动机空气喷气发动机组合发动机涡轮喷气发动机涡轮风扇喷气发动机冲压发动机化学火箭发动机电火箭发动机核火箭发动机太阳能火箭发动机整体式发动机火箭冲压发动机整体式火箭发动机2.1动力装置的分类第二章动力装置

空气喷气发动机是利用大气层中的空气与发动机所携带的燃料燃烧产生高温燃气，因此，其只能在大气层内工作。

火箭发动机是利用自身携带的氧化剂和燃料燃烧产生高温高压气体，它既能在大气层内工作，又能在大气层外工作。

组合发动机指两种或两种以上不同类型发动机的组合。

2.2.1涡轮喷气发动机这种发动机因用涡轮做压气机的驱动源而得名，简称涡轮发动机。2.2空气喷气发动机2.2.2涡轮风扇发动机由喷管排出燃气和风扇排出空气的涡轮喷气发动机称为涡轮风扇发动机，它由进气道、风扇、压气机、带动压气机的涡轮、带动风扇的涡轮、燃烧室和喷管组成。如图2.3所示。2.2.3冲压发动机

冲压发动机是依靠迎面气流进入发动机后减速，使空气提高静压的一种空气喷气式发动机。按飞行速度分为亚音速和超音速冲压发动机按燃烧速度分为亚燃和超燃冲压发动机图2.5冲压发动机示意图

特点：构造简单、质量小、成本低。高速飞行状态（Ma>2）经济性好。低速时推力小，耗油率高。静止时不能产生推力。2.3.1发动机的主要参数2.3化学火箭发动机第二章动力装置2.3.1.1推力

1）推力室的推力

推力室工作期间，作用在推力室内表面上的燃气压力和未受扰动的周围介质作用在推力室外表面的压力的合力的轴向分量。燃气压强pg大气压强p3A2p2v2燃烧室喷管喉部t喷管出口第二章动力装置思考：

1.化学火箭发动机的推力与飞行器的飞行速度有关吗？2.随着飞行高度的增加，化学火箭发动机的推力如何变化？定常流动量方程：作用在控制体上的合外力等于单位时间内流出控制体与流入控制体的流体的动量差。内壁面作用于控制体上的压力端面压力xp2（2.8）对于恒定推力，忽略启动和关机过渡过程，上式可简化为(2.9)2.3.1.2总冲和比冲总冲It为整个工作时间内推力对时间的积分，即比冲Is为单位质量的推进剂所产生的总冲。(2.10)第二章动力装置2.3.2液体火箭发动机2.3.2.1发动机的组成、结构及工作原理

液体火箭发动机一般包括推力室、推进剂的贮箱，强迫推进剂进入推力室的推进输送系统，推进剂流量调节控制装置和发动机架等。

第二章动力装置1.推力室

推力室是液体推进剂进行喷注、雾化、混合和燃烧，并使燃气膨胀以高速喷出产生推力的部件。包括喷注器、燃烧室和喷管三部分。喷注器燃烧室喷管2.推进剂输送系统

将推进剂从贮箱输送到推力室的系统称为推进剂输送系统。目前液体火箭发动机的输送系统有挤压式和泵压式两种。（1）挤压式输送系统。其借助于高压气体的压强，将推进剂由贮箱挤压到推力室中。第二章动力装置

1—燃烧剂贮箱；2—氧化剂贮箱；3—增压活门；4—涡轮；5—齿轮箱；6—氧化剂泵；7—燃烧剂泵；8—主活门；9—推力室；10—燃气发生器；11—蒸发器；12—火药启动器图2-12（2）泵压式输送系统。利用涡轮泵提高来自贮箱的推进剂的压强，使推进剂按规定的流量和压强进入燃烧室。第二章动力装置

2.3.2.2液体推进剂

1.液体推进剂的分类单组元、双组元和三组元推进剂

单组元推进剂：是指在同一物质中既含有氧化剂又含有燃烧剂。双组元推进剂：是指一个是氧化剂，另一个组元是燃烧剂。它们被分别贮存，并且在燃烧室以外不混合。三组元推进剂：是指由氧化剂、燃烧剂和具有小摩尔质量的组元组成。高沸点推进剂、低沸点推进剂和低温推进剂第二章动力装置高沸点推进剂：沸点高于298K。如硝酸、偏二甲肼、火箭煤油。低沸点推进剂：沸点低于298K，但高于120K。如四氧化二氮。低温推进剂：沸点低于120K。如液氧、液氢、液氟2.主要的液体推进剂氧化剂液氧硝酸四氧化二氮过氧化氢燃烧剂液氢偏二甲肼火箭煤油一甲基肼肼推进剂组合液氧+液氢硝酸+偏二甲肼四氧化二氮+偏二甲肼液氧+火箭煤油第二章动力装置RS-68火神-2RD-180YF-75YF-100推进剂液氢/液氧液氢/液氧液氧/煤油液氢/液氧液氧/煤油输送系统类型泵压式泵压式泵压式泵压式泵压式真空推力（KN）33141350415078.451176（地面）真空比冲(N·s/kg)40184253.2330443123304（地面）应用德尔它-4运载火箭芯级发动机阿里安5改进型主发动机宇宙神3和宇宙神5运载火箭长三甲、长三乙运载火箭第三级长征5号运载火箭典型液体火箭发动机技术性能比较2.3.3固体火箭发动机2.3.3.1发动机的组成及工作原理由燃烧室、推进剂装药、点火装置和喷管四部分组成。第二章动力装置2.3.3.2固体推进剂固体推进剂分为两大类：1）均质推进剂

2）异质推进剂均质推进剂：从微观结构上看比较均匀，在同一分子内既包含燃烧剂又包含氧化剂。如双基推进剂。异质推进剂：从微观结构上看是不均匀的，由固体颗粒氧化剂、金属粉末和胶体状态的粘合剂组成。如复合推进剂和复合改性双基推进剂。第二章动力装置第二章动力装置第二章动力装置液体火箭发动机与固体火箭发动机的比较：1.固体火箭发动机比液体火箭发动机的结构和设计简单。2.固体发动机的推力和工作时间受环境初温影响较大，而液体发动机则不然。3.液体发动机可以随意开车，而固体发动机是不可能的。4.一般来说，对于大推力、工作时间长的发动机，采用液体发动机比较有利，而对于工作时间短的发动机，多采用固体发动机。5.液体火箭推进剂的比冲一般比固体火箭推进剂的高。6.液体发动机的推力调节容易实现，而固体发动机推力调节较难。7.液体发动机的地面勤务处理要比固体发动机复杂的多.