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交作业  喷管扩张比的计算  请大神帮忙批改
2013/01/21
IP:加拿大
拉喷的价值在于扩张段,而扩张比又是决定拉喷效率的关键。
把我的计算方法发上来。以下计算方法是个人通过零散资料拼凑并猜测得到的(不包括喷喉的计算),同时把参考资料列出,希望有经验的朋友帮助验证一下。
本帖的计算方法未经高人验证前请勿使用。

扩张比是喷管末端与喷喉的面积比。
P=Ae/At
P:扩张比(1)
Ae:喷管末端面积(m^2)
At:喷喉面积(m^2)

对于固体发动机At通过平衡压公式计算。
Pc=r*c*ρ*(Ab/At)
Pc:燃烧室压强(Mpa)
Ab:燃烧面积(m^2)
r:燃料在Pc时的燃速(m/s)
c:特征速度(m/s)
ρ:燃料密度(kg/m^3)
(Pc、Ab人为设定,r、c、ρ为燃料特性,通过翻老贴得到)
于是可得喷喉面积
At=r*c*ρ*Ab/Pc


喷管末端面积通过以下公式得到。
1.png
γ:燃气比热比(1)
Me:喷喉处的马赫数(1)
上式中的两个未知量γ和Me都是要通过计算得到。

Me的计算很简单。
2.png
Patm:当地大气压(Mpa)
以上两个图片中的公式都出自《液体火箭发动机的设计与制作》 Leroy J. Krzycki 著  魏广寅(ECHO) 译,在坛里翻出来的,有大神说其中喷管设计公式也适用于固体火箭所以就斗胆拿过来用了,请大神们重点检查。

我没学过热力学,以下γ的确定方法是东拼西凑得来的,所以请大神们也检查下这里。
比热比是气体定压比热和定容比热的比值。
γ=Cp/Cv
Cp:定压比热(J/kg*℃)
Cv:定容比热(J/kg*℃)

Cp比热通过差表可得,表 XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX。用的时候要把千卡换成焦耳。
Cv通过迈耶方程得到,参考了 XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
Cp-Cv=Rm
Rm:燃气气体常数(J/kg*℃)

燃气气体常数为。
Rm=R/M
R:通用气体常数 8.314472 J/(K*mol)
M:燃气相对分子质量(g/mol)

燃气是由多种气体和烟组成的。引用一句话:“混合气体的等熵指数不服从叠加规律,但其定压比热和定容比热服从叠加规律,可按叠加法则求得……”  XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
所以
Cp=∑ (Cpi*pi)
Cv=∑ (Cvi*pi)
pi:组分i在燃气中所占质量比例(%)
Cpi:组分i的定压比热(J/kg*℃)
Cvi:组分i的定容比热(J/kg*℃)

γ=∑ (Cpi*pi)/∑ (Cvi*pi)

这样就得到了γ,代入下方程便得到Ae,并得到扩张比。
1.png
γ的计算设想燃气为理想气体。

计算扩张比的过程有很多种,举两个例子:
1.确定燃烧室压力和药柱尺寸,算得喉面积和喷喉处马赫数,最后得到扩张比。
2.确定喷喉处马赫数和药柱尺寸,算得燃烧室压力和喉面积,最后得到扩张比。

加了单位,不知道对不对。
+25
科创币
chaozhou
2013/01/21
很好的资料!
+100
科创币
焓熵`
2013/01/21
具有代表性
+200
科创币
拔刀斋
2013/01/23
正解
+40
科创币
猎鹰
2013/01/23
+25
科创币
第七骑士团
2013/01/24
不错,
kight11作者
13年11个月前IP:未同步
490864
3楼
回 2楼(谈笑风生) 的帖子
是的,同一个发动机对扩张比的要求随大气压而变化,所以会有可变喷管。
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kight11作者
13年11个月前IP:未同步
491096
6楼
回 4楼(拔刀斋) 的帖子
感谢检查,扩张比和比热比是重点,算法对了就没问题了。平衡压来自
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
也参考过cim的帖,是同样的公式。
那个零维弹道参数计算实在不知所云。。。。
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kight11作者
13年11个月前IP:未同步
491176
8楼
回 7楼(第七骑士团) 的帖子
能否发布一下你的设计方法?我总感觉我的不靠谱。
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kight11作者
13年11个月前IP:未同步
491267
11楼
你给出的平衡压公式特征速度那项和前面定义的特征速度不一样,所以我晕了。
几维什么的完全超出理解能力范围。。。。。。。
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kight11作者
13年11个月前IP:未同步
491268
12楼
回 9楼(猎鹰) 的帖子
请问是什么的压差?燃气和大气的么?
+1
科创币
猎鹰
2013/01/24
燃气压力除以外界压力
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kight11作者
13年11个月前IP:未同步
491290
15楼
回 14楼(拔刀斋) 的帖子
晕。我还想knsu一烧声速怎么就成900多m/s了。。。。。
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kight11作者
13年11个月前IP:未同步
491314
17楼
回 16楼(拔刀斋) 的帖子
就是说特征速度是燃料燃烧时的音速?
特征速度c`=P*At/m`
把m`变成m`=r*Ab*ρ后代入上边公式得到
c`=P*At/(r*Ab*ρ)转换一下
P=c`*r*ρ*(Ab/At)成平衡压了
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kight11作者
13年11个月前IP:未同步
491341
20楼
特征速度到底是什么难道就没有个标准的定义么??
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kight11作者
13年11个月前IP:未同步
491342
21楼
回 20楼(kight11) 的帖子
如果是这样的话,特征速度便可以通过一个没有扩张段的发动机测出来了吧?
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kight11作者
13年11个月前IP:未同步
491853
24楼
回 23楼(chaozhou) 的帖子
同问大神             !
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kight11作者
13年11个月前IP:未同步
492284
27楼
回 25楼(猎鹰) 的帖子
现在明白了,谢大神,以前想多了。请问这是什么书?写的很浅显易懂。
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kight11作者
13年11个月前IP:未同步
492560
30楼
貌似这个以前有人发过。
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我也是有底线的