【基本原理讲解】关于喷管特性的说明
呼叫当事人:@h13  @liushang100

在这篇帖子中,一群人针对拉喷的设计提出了一些不同的观点,但是都只是定性的,没做到定量分析。https://www.kechuang.org/t/69738


对于性能的分析居然用马赫环这样不靠谱方案,引用某人的:在真正工业化的固体发动机中,马赫环完全被视为副产物,而且是极力避免羽流中的二次燃烧(火焰,没有火焰就没有马赫环)等加强特征性号的因素,而且做了大量的研究工作。只有业余圈才论这个,因为很炫,看上去高大上吧,虽然没意义“  实际上马赫环就只是一种激波现象,与比冲性能无关,不然书上也不会提及这玩意,马赫环看不看得见很大的因素是燃料本身的性质和相机的好坏。可以看看下面的两张图,其实是同一张,只不过相机不一样。
暴风截图20121231288953.jpg 暴风截图201212342300875.jpg







关于喷管的一些特性我做了如下分析(本人只是才疏学浅的高中生,如果有什么不正确的请提出,不要人格侮辱)
由于时间比较紧,不能像之前写论文那样使用公式编辑器,直接发手稿,请谅解。


第一部分是关于产生推力的,这个牛顿第二定律和书上有些不一样,实际上这才是真正的牛二,书上是为了方便理解做了一些改动。
CW2NAVR0XSYT%P7GVL@_2P5.jpg


这一篇首先否认了排气不能超音速这个问题,实际上几乎所有排气做功的热机都能超音速,比如钻天猴。






这里引出了当地音速这个概念,纠正了音速是340m/s这个错误的观点。
这里算出了喉部的真正音速。
C{`EQ%MNR3N}T33%}Y}LCCT.jpg









这里对拉喷进行了一些说明。
引用百度:分析一下拉瓦尔喷管的原理。火箭发动机中的燃气流在燃烧室压力作用下,经过喷管向后运动,进入喷管的A1。在这一阶段,燃气运动遵循"流体在管中运动时,截面小处流速大,截面大处流速小"的原理,因此气流不断加速。当到达窄喉时,流速已经超过了音速。而跨音速的流体在运动时却不再遵循"截面小处流速大,截面大处流速小"的原理,而是恰恰相反,截面越大,流速越快。在A2,燃气流的速度被进一步加速,为2-3公里/秒,相当于音速的7-8倍,这样就产生了巨大的推力。拉瓦尔喷管实际上起到了一个"流速增大器"的作用。其实,不仅仅是火箭发动机,导弹的喷管也是这样的喇叭形状的,所以拉瓦尔喷管在武器上有着非常广泛的应用。

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通过计算实际上会发现只需很低的压强就能将喉部的气体加速到音速。所有之前所说的2.8MPa差一点出马赫环,差一点音速,拿完全是错误的。

比如这张图我当时只开了不到2MPa。
暴风截图201311232681515.jpg

由于相机不好看不清,那么我就调一下色,这下马赫环就清楚了。其实在现场是非常清楚的。
暴风截图201311232801218_副本_副本_副本.jpg



如果有人觉得这个压力太低可以参考卫星的发动机
屏幕快照 2015-02-10 上午12.00.40.png

根据比冲你们可以算算等效排气速度。

关于那篇帖子里面提到的比冲与扩张比问题
7BCA29FC99B16022F574D218F284EB6C.jpg


在公式中可以发现,扩张比并不是越大越好,当扩张比大了后会使得出口压力非常低,这样外界大气会对喷管有一个力的作用,使得比冲更低。

这时还会有人问在真空中是不是扩张比可以无穷大呢,实际上是不可能的,因为当气体温度过低,会液化,这时便不能膨胀了。
+1  学术分    虎哥   2015-02-10   看见公式就觉得亲切。
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来自:火箭技术 / 喷气推进严肃内容:专著/论述
 
1
mayablue001
6年3个月前
51楼
引用 虎哥:
燃气在火箭肚子里面很难超(燃气的)音速,如果超了就是激波了,就是炸药了,就有粉碎作用了(咱当年是搞炸药的,只会这套说辞)。
但是燃气被喷管扩张以后就很容易超音速,超音速气流轰击到自由空间中不会产生什么不良后果,如果有不良后果的话,就是马赫...
@Einstein:内压不用很大,0.6MPa以上就能正常工作,当然这是和喷管设计有关系的。
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玄清.若尘
5年8个月前
52楼
引用 猎鹰:
焓决定了温度,而温度越高,当地音速也越高,这样有更高的排气速度。
和晗相关的是能量,温度还受到比热的影响
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