航空航天港

 找回密码
 注册会员

QQ登录

只需一步,快速开始

返回列表
查看: 1019|回复: 9
收起左侧

[提问] 为什么火箭发动机在最佳膨胀时推力最大?

[复制链接]
机制 发表于 2017-9-13 22:24 | 显示全部楼层 |阅读模式

对本站感兴趣的话,马上注册成为会员吧,我们将为你提供更专业的资讯和服务,欢迎您的加入!

您需要 登录 才可以下载或查看,没有帐号?注册会员

x
最近重新翻看 G.P.萨顿的《火箭发动机基础(第七版)》,其中说对于任何给定的压比P1/P3(室压比外界气压),当P2=P3(喷管出口截面压力等于外界气压)时推力系数和推力最大。
其中P2=P3时成为最佳膨胀。
书中的数学物理计算设计到的东西,哥们基本已经还给老师了,现在再看,已经看不明白了。

哪位可以从数学原理和物理原理给科普以下为什么火箭发动机在最佳膨胀时推力最大?
 楼主| 机制 发表于 2017-9-13 22:27 | 显示全部楼层
在百度百科“火箭发动机”字条中,“反压力和最佳膨胀”部分到有一个通俗的解释:
要获得最佳性能,尾气在喷嘴末端的压力需要与围压相等。如果尾气压力小于围压,运载器就会因为发动机前端与末端的气压差而减速。而如果尾气压力大于围压,本该转换成推力的尾气压力没有转换,能量被浪费。

这个解释很通俗,但缺少数学证明。
 楼主| 机制 发表于 2017-9-15 21:29 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
没哪个哥们能给科普一下吗?
1717jy 发表于 2017-9-15 23:19 | 显示全部楼层
建议你参考压强的方向性
 楼主| 机制 发表于 2017-9-17 17:13 | 显示全部楼层
1717jy 发表于 2017-9-15 23:19
建议你参考压强的方向性

能说明白一点吗?
纸飞机 发表于 2017-9-17 17:40 | 显示全部楼层
直观点讲
欠碰撞状态下,气体势能在离开喷管之前没有完全释放出来,必然影响推力,这个好理解吧
过膨胀状态,气体在离开喷管之前压力已经低于外界大气压,那么意味着在喷管后半段内壁产生的压力低于外壁受到的气压,结果就是产生了一个与推力方向相反的力
 楼主| 机制 发表于 2017-9-17 20:46 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
纸飞机 发表于 2017-9-17 17:40
直观点讲
欠碰撞状态下,气体势能在离开喷管之前没有完全释放出来,必然影响推力,这个好理解吧
过膨胀状 ...

和二楼的解释类似。能从数学原理上讲一下吗?
郭夫子 发表于 2017-9-18 09:09 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
机制 发表于 2017-9-17 20:46
和二楼的解释类似。能从数学原理上讲一下吗?


只有物理原理没有数学原理,用动量守恒就明白了,排气的动量越小,火箭的动量就越高,排气压力和背压一样的时候,排气的动量最小。
rottenweed 发表于 2017-9-18 09:13 | 显示全部楼层
气体分子的无规则热运动对应的是压强,这些能量不能用来形成推力。
当无规则运动缩小到最低时(也就是压强平衡时),剩下的做定向运动的就是转换为净推力了。
twz562 发表于 2017-9-18 10:44 | 显示全部楼层
火箭产生的推力来自于火箭发动机喷射燃气。根据动量守恒,喷射的燃气速度越快,单位质量燃料产生的动量就越大,火箭末速度就越大。
根据能量守恒,气体的动能来自于燃料燃烧产生的内能,喷管的作用就是将内能尽可能的转换成动能,气体从喷管喉部喷出,沿喷管内表面扩张,此时气体温度降低,内能减小,只能带来动能增大、、、
那么,气体速度最大能到多少呢?举个比较直观的栗子,小球固定在弹簧一端做简谐运动,在振幅中间时,小球速度最大,这是因为小球此时受力为零,弹簧势能全部转换成小球动能。在喷管出口也是类似,当喷管出口处压强为零时,气体受力为零,内能又得到比较完全的释放,此时速度最大。
这也是一级发动机喷管扩张段不会做的太大(只需扩张到当地大气压即可),高空发动机扩张段往往会做的比较大(环境为真空,需要尽可能扩张),但过大的喷管又会带来死重,所以也不能无限做大喷管。
大体是这样的,有些我也不太明白,欢迎一块讨论
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册会员

本版积分规则

QQ|申请友链|旗下论坛|小黑屋|手机版|航空航天港 ( 豫ICP备12024513号 )

GMT+8, 2017-11-21 01:15 , Processed in 0.330132 second(s), 20 queries , Gzip On.

Powered by Discuz! X3.2

© 2001-2013 Comsenz Inc.

快速回复 返回顶部 返回列表