图中所示的两台发动机推进剂装药量相同、总冲也基本相同,压力曲线却有着十分巨大的差异。简单的分下一下:总冲是推力对时间的积分,是推力曲线与X及Y轴所围成的面积。(对于喷口无烧蚀的发动机而言,压力变化曲线与推力变化曲线是基本一致的。因此,在这里我们可以认为以上两张图片也反映了推力——时间曲线。)在既定总冲的前提下,这个面积有不同的围法,显而易见,当推力——时间曲线越趋于平缓时,发动机的最高工作压力越小。推力——时间曲线的平缓也就是应当使发动机在工作过程中维持最小的喷燃烧比变化。
PS1:我不知道我叙述的是不是很清楚,前面的内容可以简单的理解为:使发动机喷燃比恒定,并让发动机从开始到结束都工作在一个比较经济的喷燃比下,这样可以降低发动机的设计压力,从而减少发动机自重,对提高发动机的效率是有利的。
2、 关于喷燃比变化率及燃料几何结构
前面说到,维持发动机的恒定喷燃比有利于提高发动机工作效率。为了实现这一目标,有两个途径:一、采用可烧蚀喷管,使喉口面积的变化与燃料燃烧面积的变化相匹配。
二、维持恒定的燃烧面积。对于前者,烧蚀喷管技术在KCER中并不算成熟,实现起来也比较困难,故在此并不重点讨论。我所要讨论的是关于维持恒定燃烧面积的一些问题,即等面燃烧类型药柱。
(1) 端面燃烧:
端面燃烧是最简单的药柱类型,具有成型方便、性能可靠的特点。采用该种类型的药柱可以将发动机稳定维持在2MPA左右的压力。当对发动机的要求不高(PVC、PPR发动机)时,个人十分推荐。但是对于高喷燃比的发动机,端面燃烧药柱燃烧面积太小,推力小、以及喉口面积过小,存在被堵塞的可能。同时发动机工作时间长,对喷管要求高、也使得端面燃烧的药柱在大型发动机前无能为力。
(2) 其他等面燃烧的药柱
除端面燃烧药柱外,目前广泛使用的等面燃烧的药柱也存在不同的缺点,如:目前条件下制作困难,装药密度小或是燃气冲刷发动机内壁等。
(3) 经过我实验和研究发现,在传统内圆孔药柱的基础上,将药柱分为若干段,并且采用各上下端面燃烧的方法,可以得到近似等截面的工作特性,是目前条件下较为合适的药柱方案。(PS:个人推测貌似国外的火箭爱好者采用的是这样的方案,但是相关资料确实比较少,无法证实)采用多段中空燃料、多端面燃烧的方法,可以有效解决当单段中空药柱总长较大时导致的喷燃比随时间急剧增大的问题。
对于小型发动机,减小燃料的长度与直径的比例,采用单端面+中空燃烧的方式,也可以获得类似的曲线,同时具有良好的可操作性。