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火箭基本能量与效率计算
2022/01/15
原创
IP:江西
摘要:机械的效率是对一个机械的重要性能指标,这里说明拉瓦尔喷管中的效率计算方法。

在任何机械的计算中,基本参数中总是会出现效率与这两项,虽然能量与效率并不能非常有效的帮助我们获得火箭的基本推力,但是它能帮助我们有效的评估此火箭发动机是否可用。

这里首先要明白效率与损失的区别,上一篇文章我简述了误差分析,但是效率表示有用功与总功的比值,在火箭喷管中表现为动能与燃烧获得化学能的比值。所以说,效率包括损失但不完全包括损失。

再说一下能量的问题,火箭主要依靠能量的转换来前进,它先是将储存的能量转化为射流动能,在从中获得反推力。这里给出一些重要的公式。

一:能量计算

1:Pjet=m‘v22/2=Fg0Is2/2=Fv2/2

Pjet:气体射流功率,单位瓦

m‘:发动机质量流量,单位千克每秒

v2:发动机平均排气速度,单位米每秒。(注意不是等效排气速度)

F:发动机推力,单位牛。

g0:海平面重力加速度,单位m/s2(是一个常数,不用考虑高度变化)

Is:比冲,单位秒

推导到后面是不是非常熟悉(推导全过程有需要的话在评论区说,我会在评论区介绍),就是喷射气体的功率除以2。


2:Pchem=m’Q

Pchem:火箭发动机输入功率,单位瓦

Q:单位质量化学反应产生的热量与此燃料质量的比值,可以理解为燃料热值,单位焦每千克

这个公式很好理解吧,热值乘上质量除以时间。


3:Pvehicle=Fu

Pvehicle:火箭发动机瞬时功率,单位焦

u:火箭速度,单位米每秒

这个公式就更不用说了,瞬时功率的基本公式。

二:效率计算

1:ηcomb=Q0/Q

ηcomb=燃烧效率,无单位

Q0:燃烧的实际放热,单位焦每千克

这个公式也不需要细说了吧,说一下它的大概值,它一般都很高,97%左右。

2:ηint=m’v22/2ηcombPchem

ηint:喷管内效率,无单位

这个量反应了输入能量转化为射流动能的能力,是火箭发动机中非常重要的一个参数。

3:ηp=Fu/Fu+[m’(c-u)2/2]

c:等效排气速度,单位米每秒

ηp:推进效率

这个公式反应了可以用于推进的动量与能源消耗。确定多少排气动能用于前进。

三、总结

本章讲述了有关喷管内部能量与效率的计算,各位可以通过计算确定喷管是否可以使用或者改进。由上述可见,当飞行速度等于排气速度的时候,效率最高。虽然有时候燃烧效率提高,但却并不是最重要的,应当合适的降低喷射损耗才对整体性能起最重要的作用。对于大部分效率值来说,一般效率值不低于70%就可以使用。本章就讲到这,还有什么问题或错误欢迎在评论区指出。




+1
科创币
Takuri
2022/03/28
好用
4年10个月前IP:四川
900363
1楼

建议使用LaTEX写公式,比如2.2的公式如果不结合已有知识就很难看明白。

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1
lyhhjahj作者
4年10个月前IP:江西
900383
2楼
引用虎哥发表于1楼的内容
建议使用LaTEX写公式,比如2.2的公式如果不结合已有知识就很难看明白。

好的,我下次改进一下,谢谢了。

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4年6个月前IP:上海
904245
3楼

好好玩,谢谢!


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我也是有底线的