单室双推力发动机

单室双推力发动机的推力比是通过一定的压强比来实现的。 其助推级燃烧室压强不宜过高， 否则将增大燃烧室壁厚而使火箭的消极质量增大， 同时续航级压强过低时又将导致比冲下降， 因此这类发动机的推力比一般不宜超过8。

为了实现一定的压强比， 单室双推力发动机通常采用特殊的装药组合形式， 主要有以下三种。

（1） 相同推进剂， 不同结构的组合装药， 如图8-21所示。

图8－21 单室双推力发动机：相同推进剂的不同结构组合装药

（2） 不同推进剂， 并联组合装药（即双层组合）， 如图8-22所示。

（3） 不同推进剂， 串联组合， 如图8-23所示。

图8－22 单室双推力发动机： 不同推进剂的双层组合装药

图8－23 单室双推力发动机： 不同推进剂的串联组合装药

对于不同推进剂串联组合的发动机， 由于在同一时间段内有不同的推进剂在燃烧， 需要重新建立其内弹道方程， 后面将详细讨论。 而前两种装药的双推力发动机在同一时间段内只有同一种推进剂在燃烧， 其内弹道方程和计算方法与普通发动机完全相同， 只是在装药的几何参数 （如燃烧面积、 通气面积、 自由体积等） 计算等方面需要进行更细致的处理——主要是发动机和装药在不同时间阶段的工作状况， 即不同装药结构是单独工作还是共同工作、不同推进剂装药的参数是否一致等。 需要注意的是， 对于双层组合装药， 由于实际燃烧过程并不严格按照几何燃烧定律进行， 因此在两种装药的交界面上可能存在交叉现象， 即两种推进剂同时燃烧， 从而使推力的过渡段延长， 导致内弹道计算误差增大。

例题 ［8－4］ 某单室双推力发动机采用两层不同燃速推进剂的组合星孔装药， 如图8-22所示。 其装药结构参数为： 星孔数7， 角分数ε＝1， 星根半角θ／2＝35°， 特征长度l＝25.69mm，外径D＝106mm，星尖圆弧半径r＝3mm，星根过渡圆弧半r1＝3mm，药长Lp＝467mm，助推级装药肉厚ep1＝12.13mm，装药全肉厚ep＝24.31mm；发动机参数为：燃烧室壳体（含绝热层、包覆层）内径Dci＝106mm，喷喉面积At＝5.47cm2，燃烧室长Lc＝500mm，质量流率系数φm·＝0.95，热损失系数χ＝1.0；推进剂性能参数为：RT0＝1078.0k J／kg，密度ρp＝1690kg／m3，燃气比热容比γ＝1.22，助推装药燃速系数a1＝9.453mm／（s·MPan1），压强指数n1＝0.325；续航装药燃速系数a2＝3.868mm／（s· MPan2），压强指数n2＝0.45；平均侵蚀比为

试计算零维p1-t曲线。

解： 已知装药全肉厚和助推级装药的肉厚， 则续航级装药的肉厚为

ep2＝ep-ep1＝12.18mm

由于仅给出了总的火药力RT0和比热容比γ，只能将特征速度视为常数（实际上，不同推进剂的特征速度和热力参数是不同的）， 即

按图8-14所示的计算过程编制成应用程序，可得p1-t曲线，如图8-24所示。

图8－24 某双层组合装药单室双推力发动机p1－t曲线