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喷管的使用

2021-07-05 08:55:20
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喷管的使用

一. 大气层内使用  

用于大气层内的火箭发动机的设计,就是喷管出口压力等于随高度降低的围压。而火箭从地球发射到地球轨道,简单的喷管设计只能在某一高度工作,因此损失效率和推进剂。  

喷管出口压力高于围压,则称喷管“不膨胀”,如果出口压力低于围压,则称喷管“过度膨胀”。轻微的过度膨胀导致轻微效率损失。如果喷射压力近似等于围压的40%,则会产生“流动分离”,这将带来喷流不稳定性,损伤喷管。轻者造成运载器速度难以控制。  

大多数情况下,出于考虑,火箭发动机在地面点火并一直工作到入轨,那么压力就等于围压。但如果火箭离地时推力主要来自助推器,则发动机会采用过度膨胀喷管。航天飞机的航天飞机主发动机就采用这种技术。  

二, 真空使用  

若发动机用于真空,则不可能设计出满足围压的喷管。但是极长的喷管更重,对整体性能的影响也更显著。而且,随着废气温度在喷管处不断降低,废气中某些成分(如氢氧推进剂产生水蒸气)会在喷管处液化甚至冻结。这是设计时需要避免的。  

磁力喷管计划用于某些类型推进器。磁场代替可融化的固体喷管壁控制等离子或离子流。因此等离子温度可高达数百万开。但是这种设计的线圈部分存在热力学难题,尤其是使用超导线圈来成型喉部和膨胀部分。


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