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第1章 绪论1

1.1 喷气推进装置的分类1

1.1.1 吸气发动机1

1.1.2 火箭发动机3

1.1.3 组合发动机6

1.2 固体火箭发动机的基本结构与工作过程7

1.2.1 固体火箭发动机的基本结构7

1.2.2 固体火箭发动机的特点10

1.2.3 固体火箭发动机的工作过程11

1.2.4 装药燃烧时间与发动机工作时间12

1.3 固体火箭推进技术的发展与应用12

1.3.1 我国现代固体火箭推进技术的发展13

1.3.2 固体火箭推进技术的应用与发展现状14

第2章 固体火箭推进剂概述21

2.1 火箭对固体推进剂的要求21

2.2 固体火箭推进剂的组成22

2.2.1 双基推进剂22

2.2.2 复合推进剂23

2.2.3 复合改性双基推进剂24

2.2.4 无烟、少烟推进剂25

2.3 固体火箭推进剂的力学性能26

2.3.1 装药承受的载荷27

2.3.2 固体火箭对推进剂力学性能的要求27

2.4 固体火箭推进剂的贮存性能28

2.4.1 双基推进剂和改性双基推进剂的化学安定性29

2.4.2 复合推进剂的化学老化30

2.4.3 固体推进剂的物理安定性31

2.4.4 固体推进剂贮存安定性的评定标准32

2.5 固体火箭推进剂的危险性能33

2.5.1 冲击感度33

2.5.2 摩擦感度34

2.5.3 热感度34

2.5.4 爆轰感度35

2.5.5 静电感度36

第3章 固体火箭发动机中的稳态燃烧37

3.1 固体推进剂稳态燃烧概述37

3.1.1 对固体推进剂燃烧的要求37

3.1.2 固体推进剂稳态燃烧现象38

3.1.3 几何燃烧定律39

3.1.4 燃烧速度的定义40

3.1.5 推进剂燃速的实验测量40

3.2 固体推进剂的稳态燃烧模型41

3.2.1 双基推进剂的多阶段燃烧模型41

3.2.2 复合推进剂的稳态燃烧模型44

3.2.3 复合改性双基推进剂的稳态燃烧特点47

3.3 压强对固体推进剂燃速的影响49

3.3.1 压强影响燃速的机理49

3.3.2 燃速定律49

3.3.3 推进剂燃速的平台效应50

3.4 固体火箭推进剂的侵蚀燃烧效应52

3.4.1 侵蚀燃烧现象52

3.4.2 侵蚀燃烧效应的危害53

3.4.3 侵蚀燃烧效应的度量54

3.4.4 侵蚀燃烧效应的影响因素54

3.4.5 侵蚀燃烧效应的物理解释56

3.4.6 侵蚀公式和侵蚀准则57

3.5 装药初温对燃速的影响67

3.5.1 初温影响燃速的现象67

3.5.2 燃速温度敏感系数68

3.6 影响装药燃速的其他因素69

3.6.1 燃气压强变化率对燃速的影响69

3.6.2 燃速的加速度效应70

3.6.3 提高燃速的物理方法73

第4章 固体火箭发动机中的非稳态燃烧77

4.1 不稳定燃烧概述77

4.1.1 不稳定燃烧的危害77

4.1.2 不稳定燃烧的分类78

4.2 声不稳定燃烧基本机理与抑制措施80

4.2.1 古典声腔理论81

4.2.2 固体火箭发动机燃烧室中的自激系统82

4.2.3 固体火箭发动机中不同振型的特征频率84

4.2.4 声不稳定燃烧的基本规律85

4.2.5 抑制声不稳定燃烧的经验措施85

4.3 低频不稳定燃烧86

4.3.1 不完全燃烧87

4.3.2 L不稳定燃烧90

4.4 固体火箭发动机不稳定燃烧的辨识91

4.5 固体火箭发动机的点火94

4.5.1 点火装置简介95

4.5.2 固体火箭发动机的点火过程96

4.5.3 固体火箭推进剂的点火理论98

4.5.4 影响点火过程的主要因素100

4.6 固体火箭发动机的熄火102

4.6.1 降压熄火102

4.6.2 阻燃剂熄火103

第5章 固体火箭发动机中的燃气流动过程105

5.1 燃烧室中燃气流动的控制方程组105

5.1.1 基本假设106

5.1.2 控制方程组的推导106

5.1.3 控制方程组的简化110

5.2 喷管中燃气流动的控制方程组111

5.2.1 基本假设111

5.2.2 喷管中的一维定常等熵流动控制方程组112

5.3 燃气流动的气体动力学基础113

5.3.1 声速与马赫数113

5.3.2 理想气体一维定常流的连续方程114

5.3.3 理想气体一维定常绝热流的能量方程114

5.3.4 流动的滞止状态114

5.3.5 最大等熵膨胀状态和临界状态117

5.3.6 速度系数与气体动力学函数119

5.4 等截面装药通道中的燃气流动121

5.4.1 质量添加对燃气流动参数的影响121

5.4.2 加质流动的极限状态——加质壅塞124

5.4.3 燃气流动参数与速度系数的关系124

5.4.4 速度系数与通道长度的关系126

5.4.5 几个特征压强比的近似表达式131

5.5 截面急剧变化通道中的燃气流动133

5.5.1 流动通道突然扩大的气体流动133

5.5.2 其他局部阻力区的总压损失134

5.6 燃气在喷管中的流动特性135

5.6.1 截面积变化对流动特性的影响135

5.6.2 收敛管道的极限状态——壅塞138

5.6.3 先收敛后扩张的管道——拉瓦尔喷管138

5.6.4 拉瓦尔喷管中的燃气流动参数分布139

5.6.5 喷管的质量流率140

5.6.6 拉瓦尔喷管面积比与压强比的关系141

5.6.7 拉瓦尔喷管的排气速度142

5.7 环境压强对拉瓦尔喷管内气体流动的影响144

5.7.1 不同反压时喷管的工作状态145

5.7.2 喷管中的分离流动149

5.8 火箭发动机的排气特性150

5.8.1 火箭发动机排气羽流的外观和流动特性150

5.8.2 火箭发动机的排气羽流效应152

第6章 固体火箭发动机的性能参数156

6.1 推力、推力系数和特征速度156

6.1.1 推力的基本公式156

6.1.2 真空推力和最佳推力158

6.1.3 推力系数159

6.1.4 特征速度和等效排气速度166

6.1.5 推力的影响因素167

6.2 总冲和比冲169

6.2.1 总冲169

6.2.2 比冲169

6.2.3 比冲的影响因素171

6.3 火箭的理想飞行速度173

6.3.1 变质量系统的运动方程173

6.3.2 火箭的理想飞行速度174

6.3.3 火箭的最大理想飞行速度175

6.3.4 火箭飞行性能与多级火箭176

6.4 固体火箭发动机的效率与实际性能参数180

6.4.1 固体火箭发动机的效率180

6.4.2 固体火箭发动机性能参数的修正182

6.4.3 固体火箭发动机的实际性能参数预估191

6.4.4 预估固体火箭发动机实际比冲的统计法193

6.4.5 固体火箭发动机实际性能的测量与计算194

第7章 固体火箭发动机热力计算与性能预估198

7.1 推进剂的假定化学式198

7.1.1 组元的假定化学式199

7.1.2 推进剂的假定化学式200

7.2 平衡常数法热力计算200

7.2.1 平衡常数法热力计算的数学方程201

7.2.2 平衡常数法热力计算过程204

7.3 最小自由能法热力计算210

7.3.1 质量守恒方程210

7.3.2 吉布斯自由能判据方程210

7.3.3 热力计算方程组211

7.3.4 平衡流动的热力参数213

7.3.5 最小自由能热力计算的数值方法215

7.4 固体火箭发动机理论性能预估216

7.4.1 燃烧室热力参数计算216

7.4.2 喷管膨胀流动过程的热力计算217

7.4.3 固体火箭发动机性能参数计算219

7.4.4 热力和性能计算过程详解219

第8章 固体火箭发动机内弹道研究232

8.1 零维内弹道微分方程232

8.1.1 装药燃烧阶段内弹道方程232

8.1.2 拖尾段内弹道方程234

8.2 平衡压强235

8.2.1 平衡压强的计算公式235

8.2.2 平衡压强的影响因素237

8.3 燃烧室压强的稳定性分析239

8.3.1 燃烧室压强稳定的一般条件239

8.3.2 装填参量不变时燃烧室压强的稳定条件241

8.3.3 装填参量变化时燃烧室压强的稳定条件243

8.4 固体推进剂装药的几何参数计算244

8.4.1 圆孔装药几何参数245

8.4.2 星孔装药几何参数247

8.4.3 平衡压强随时间变化的计算251

8.5 零维内弹道计算与分析251

8.5.1 压强-时间曲线微分方程分析252

8.5.2 四阶龙格-库塔法介绍252

8.5.3 计算步骤253

8.5.4 后效段计算253

8.5.5 固体火箭发动机压强-时间曲线的特征255

8.5.6 燃烧室头部压强计算257

8.5.7 推力和其他参数计算257

8.6 特殊装药发动机的内弹道259

8.6.1 双室双推力发动机和两次点火发动机259

8.6.2 单室双推力发动机260

8.6.3 不同推进剂串联组合装药发动机的内弹道262

8.7 一维内弹道264

8.7.1 一维内弹道方程组264

8.7.2 一阶常系数微分方程组的龙格-库塔解法265

8.7.3 一维内弹道方程组的求解266

8.8 内弹道性能的预示精度268

8.8.1 内弹道参数的随机偏差预估268

8.8.2 提高内弹道预示精度的途径273

附录 热力学数据库及典型热力学计算软件介绍280

A.1 热力学数据库280

A.2 CHEMKIN软件介绍281

A.3 CEA软件介绍283

A.4 Cantera软件介绍285

附表286

附表1 气体动力学函数表286

附表2 π（γ，ζ）表286

附表3 Fv（γ，ζ）表289

附表4 最佳推力系数CFopt表291

附表5 真空推力系数CFvac表292

附表6 部分化学反应的平衡常数kp表293

附表7 不同含氮量硝化棉的组成及其生成焓Hf表304

附表8 部分推进剂组元的标准生成焓H？98表305

附表9 部分燃烧产物的总焓H？,T表308

附表10 部分燃烧产物的摩尔比定压热容C？,m,T表312

附表11 部分燃烧产物在0.098MPa下的熵S？,T值表317

参考文献322