活塞式发动机
火箭发动机
脉动、冲压发动机
燃气涡轮发动机
飞机燃油系统
 
第二节 火箭发动机
  火箭发动机由燃烧室和喷管组成.这种发动机工作时,不需要外界供应空气助燃,工作不受外界大气条件的限制.它自身既带燃料,又带氧化剂{合称推进剂),可以在大气层外空间飞行.发动机工作时,燃料和氧化剂在燃烧,产生高温、高压燃气;然后在喷管内膨胀加速,以高速向后喷出,产生推力.这类发动机,燃料消耗多、作用时间短.在飞机上仅作为助飞装置,而多作为导弹,人造地球卫星和宇宙飞船,以及航天飞机的动力装置.
  火箭往往用“比推力"来评定它的性能好坏.其意义是:发动机发出的推力同发动机每秒所消耗推进剂的重量之间的比值.即:比推力越大,表明推进剂的质量越好.
一、化学能火箭发动机
按照使用燃料的种类不同,可分为固体火箭、液体火箭和固液混合火箭.
     1、固体火箭发动机              

  固体火箭发动机是把固体燃料、固体氧化剂和其它添加剂做成团体药柱,直接装于爱动机燃烧室内,用一定的方式(如挡药板)加以固定.它的结构比液体火箭发动机要简单得多.
  火药在燃烧室内直接用点火器(点火药包)点火,在一定时间内燃烧分解成大量的燃烧产物.燃烧自行传播的速度在2-250毫米/秒之间.这速度远远小于炸药的爆轰速度(700-8500米/钞).火药的作用时间虽然比较短,但在一定的条件下,火药还能有规律、稳定和可控制地进行燃烧.
  火箭的火药除了用常见的最古老的黑色火药之外,还有双基火药和复合火药.成品火药中硝化棉占90%以上的为单基火药.双基火药是火药中有80%以上的成份为硝化棉和硝化甘油,其余成分是为了各种特殊要求而加入的添加剂.复合火药就是混合火药,它是现代团体火箭最好的一种火药.
                固体火箭在近20余年的发展中,在比推力方面已赶上了液体火箭.
                2、液体火箭发动机
   液体火箭发动机一直是卫星和宇窗飞船运载工具的主要推进系统.液体火箭发动机的比推力大、容易控制、工作时间较长,可以重新启动。但其结构十分复杂、发射前的准备工作 繁琐、时间较长.液体火箭发动机的推进剂是放在燃烧室的外面,分别用氧化剂箱和燃料箱储藏起来,可以用高压气体或涡轮泵把推进剂送人燃烧室内,再经火花塞点火燃烧.高压、高温燃气经喷管,以极高的速度喷出.燃料在未喷人燃烧室之前,先经过燃烧室和喷管的夹层流过,对燃烧室和喷管进行冷却。
   单台液体火箭(单燃烧室)的推力已达到6860千牛顿左右・运载火箭通常由几个单级火箭组成,有串联、并联的连接形式,或两种连接的组合.
                美国发射向波罗登月船的土星5号多级运载火箭,第一级有5台发动机,单台推力为6794千牛顿.总推力为33970千牛顿.推进剂用液氧和煤油,总加注量为二千二百余吨,在二分半钟的时间内燃尽.推进剂占了火箭的大部分.起飞重量达3200多吨.火箭本身高85米,直径10米,加上头部所装阿波罗飞船,全高约110米,相当于一幢36层的大厦.火箭技术的发展,使人类千百年来邀游太空的梦想已经变为事实.液体火箭发动机的优点,在空间发动机领域内还会继续占优势.
                3、固液混合火箭
   为综合固体火箭和液体火箭的优点,国外在积极研制固液混合火箭,以满足高,性能导弹的动力要求.它的主要组成部分是直接装于燃烧室内的固体火药柱和液体氧化剂.火箭工作时,在气体发生器内产生压缩气体,来压缩氧化剂,迫使氧化剂通过喷射器喷射到固体火药往内,进行点火燃烧.
                氧化剂还附带用来冷却发动机的高温部位,这就可以减轻结构的重量,延长火箭的工作时间.
                总的来说,这种发动机能量大,可以用控制液体氧化剂的办法,来控制发动机发出推力的大小.如果火箭在飞行中熄火,还可以再点火燃烧.

二、核火箭发动机
 核能源存在有裂变反应能、放射性同位素衰减能和聚交反应能三种不同的型式,对工作流体加热(一般用液氢),使之在喷管内大大膨胀加速,然后高速(6000-110∞米/秒)喷出.核火箭推进基本上是液体火箭发动机的发展,而能源是由核反应堆转换而来.
   火箭的核裂变反应中,热量由铀裂变产生,大量的热传给工作流体.由于反应堆的高温(2200℃以上)和放射性对人和材料的影响,因此防护是这种发动机的特殊问题.
              三、电火箭发动机
              电热火箭(电弧加热的火箭发动机)是以两电极间产生电弧把电能转变为热量.工作流体通过环形电弧后温度升高,产生的炽热燃气通过喷管膨胀、加速,然后高速度地(7600-20000米/秒)喷出.

 

  


          

©2004 南京航空航天大学飞机设计研究所