首先上公式.(此公式根据动量定理由微积分推导出来)
T=mVe+At(Pe-Pa)
T 推力
m 推进剂流量
Ve 喷气速度
At 喷口面积
Pe 喷管出口压力
Pa 外界压力
其中我们可以改变的量.
推进剂流量
喷气速度
喷口面积
喷管出口压力
控制喷气速度的主要量,喷管出口压力,喷口面积
控制喷管出口压力的主要量,是推进剂流量,喷口面积
控制推进剂流量的主要量,燃速,燃烧面积
我们可以看出,控制推力公式中量的,主要就是,燃速,喷口面积,燃烧面积.
将喷口面积与燃烧面积合并成喷燃比(燃烧面积:喷口面积).燃速是燃料的性质.
因此就得出了我们做火箭最关键的东西,燃料品种,喷燃比.
于是乎,我们要增大火箭推力,方法有2.
1.改变燃料.使他燃烧更快.
2.增大喷燃比.加大出口压力.
一般人都会选择第一个,因为他看得见,摸得着.做一块燃料,点燃发现燃烧很快.所以认为他就是好燃料,就可以增大推力.的确是可以增大.但是请看看下面分析.
改变燃料.使他燃烧更快.但是这样会使这种燃料在高压下燃烧更快.也就是说,你改变了燃料的性质,他燃烧加速.这样燃烧室压力增大,燃烧在大压力下变得更快,这样燃速在提升.当这种循环无限进行时.就是爆炸.因此说,我们可以改变燃料性质,但是前提他不能进入这个循环.那么怎样让他不能进入这个循环?继续分析.
我们需要找到一个点,适合的喷燃比.使他的压力基本稳定在一个范围里.燃烧产生的气体的时间等于喷口喷出气体的时间.显然,对于新燃料我们没有数据支持,那么只能一次次的尝试.显然这是费力的活.
第二个方案,同种燃料改变喷燃比.喷燃比直接控制着内部压力.换句话说,喷燃比与内部压力可以成为函数,是完全对应的.而压力又是与燃料燃速完全对应的函数.这样,只要确定喷燃比,规定喷燃比的范围,燃速也就确定的了.既然燃速已经控制,推力也就是受控制的量了.
所以使用这个方案,只要定下喷燃比也就好了.但是喷燃比要怎样确定?这就需要针对燃料的分析了.假设我们使用标准KNDX,我们的发动机可以承受2Mpa压力,通过数据,KNDX的压力燃速图像可以得知KNDX在0.8Mpa时候的燃速最大是0.78cm/s.
利用燃烧室平衡压力公式.
P=rcp(Ae/At)
Ae 燃烧面积
At 喷口面积
c 特征速度
r 燃料燃速
ρ 燃料密度
很显然(Ae/At)就是喷燃比.于是调一下公式.
(Ae/At)=P/(rcρ)
P是我们设定的,r是数据P函数对应的,ρ是很好得到的数据,现在只有特征速度在捣乱了.但是我没有找到KNDX特征速度的相关资料.特征速度与工艺和制作方法以及燃料都有关系不能准确判断.需要多次实验得出结果.这里粗略取800m/s.
(Ae/At)=P/(rcρ)=800000pa/(0.0078m/s*800m/s*1800kg/m^3)=大约=70
到此我的主要讲解完成.我相对93还算新手,以上均为我的个人理解.多多少少不可避免有错误.希望高手指点.