[探讨可行性]在火箭发动机上使用塞式喷管
侧卫0072011/01/22喷气推进 IP:安徽
目前论坛里好一点的发动机多使用锥形扩张段的拉瓦尔喷管,直锥形的喷管在12度时效率最好。同时,扩张比也是一个重要因素,由于气体在扩张段膨胀,压力会下降,当在出口处压力越接近围压(周围空气压力)效率越好,过度膨胀导致废气出口压力小于围压或者膨胀不足导致废气出口压力高于围压都会损失效率,直接导致推力和比冲下降。当然,我们的模型都在低空工作,不用考虑延伸喷管什么的。但是喷管设计不好还是会影响效率。
很明显,当发动机大了之后,喷喉也相应加大,扩张段长度会随之增加。论坛不可能10年之后还在研究20mmPVC发动机,我想,一些人会追随ABC等的脚步,研究大功率的发动机。在AeroTech的商品发动机里,有直径98mm,长度过1.2米的,几乎是个庞然大物。。。那种喷口就相当长了。从现有的设计图上,有的采用的是传统喷管,但有些为了缩短喷管长度,采用了7孔喷管,每一孔都是普通的锥状拉喷。这是个好办法,不过仍然会遇到燃气膨胀那个问题。不过有种无视燃气膨胀损失效率的喷管,传说中的塞式喷管。

以下文字copy自XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/XXXXXXXc2.Web/Template/XXXXXXXpx?wmz=4253&courseType=0&courseId=244&topMenuId=48986&menuType=4&action=view&type=&name=
塞式喷管的工作原理与实验概述

    传统的钟型喷管仅在设计高度才能获得最佳的性能,高于或低于设计高度均会造成一定的性能损失,即欠膨胀损失或过膨胀损失。为了克服这一不足,人们对多种不同结构形式的喷管进行了研究,希望在不同工作高度上尽可能减少性能的损失,也就是说希望同一个喷管在不同的工作高度具有自动调节适应能力,其中塞式喷管就是具有最好高度补偿特性的喷管之一。美国、欧洲、日本和中国都开展了塞式喷管技术的研究。

    塞式喷管通常是由多个内喷管、塞锥和底部组成的单元构成,有不同的结构型式。
1 瓦状直排
2 圆转方直排
3 环喉型
4 环簇型

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图先看那个网页的吧。。。那个网页禁止右键了。。。
还有XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/f?kz=510459653,里面有一段比较通俗的:

其实这玩意就是一堆歪着放的发动机。把普通发动机的喷管截短,射流就会从一个直往下喷的圆柱变成散开的圆锥。一般来讲只有向下的射流产生完全向前的推力,而向周围散开的射流则有一定的推力损失。

塞式发动机把喷管截短后,索性歪着放。这样圆锥状射流的一个边不用约束就可以直向下跑。没有推力损失。但这样干的后果是另一侧边歪的更厉害,而且原来的中心也歪了,于是就用一个大大的侧壁把这些‘歪流’扳回来。于是就出现了大家眼睛中看到的东西。感觉不可思议,其实很简单。当然校正射流方向,除了那块侧墙,还要相邻小发动机的射流。综合在一起就ok了。

气动塞式发动机有个好处就是对外界气压不敏感。普通发动机如果用大喷管调的真空最直,那在低空下的气压就会扰动这一平衡,堵得慌。如果用小喷管低空最优,那么到高空,又会显得‘漏气’,射流会扩散,也会影响效率。反正让你不舒服,不能二者都适合。气动塞式发动机它的边缘射流本来就是往下走的,外界压力高,它是往下,外界压力低,它还是往下。外界压强高低对它影响不大。所以很有二者通吃的潜质。
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某种程度上,或许加工难度也不小,但是应该能做出来。另外,用于固体火箭发动机,中间那个塞子顶部得与燃气接触,或许向内的部分要做成半球形。总之,我没学过专业知识,仅作参考,开个贴仅作讨论。。
+200  科创币    lilith    2011/01/22 很有新意和前瞻性!
来自:航空航天 / 喷气推进
7
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~~空空如也
拔刀斋
14年1个月前 IP:未同步
276074
气动塞式喷管可以截短锥或无锥
苏联N1火箭的环形发动机群形成了一种原始的瓦形发动机(原始的气动塞式喷管)
在钢板上打一圈排气孔,每个孔是一个小拉喷,即使不能起到气动塞式喷管的效果,至少能减重
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jetliao
14年1个月前 IP:未同步
276227
应该可以加工
普通的火箭外壳去除喷嘴的收敛和扩展段,然后用一个双头锥体代替,这样的关键在于一个是排气锥体角度,一个是埋入深度,还有就是喉部的直径了。
其实跟民用大流量比涡扇相似,民用涡扇也不是锥形喷嘴而是锥塞喷嘴,就是因为锥形喷嘴除了工作范围窄,还有就是相同膨胀比下长度长很多,
而如果将涡轮转子排气锥延长,相对而言会经济很多。
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jetliao
14年1个月前 IP:未同步
276229
回 2楼(jetliao) 的帖子
喉部面积决定燃烧压力,锥角决定效率,埋入深度一般由加工难度来定,
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jetliao
14年1个月前 IP:未同步
276232
回 3楼(jetliao) 的帖子
还有,之前发帖问下KN AN 系燃烧常用燃速和压力怎么没人回答。。。
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拔刀斋
14年1个月前 IP:未同步
276259
KN的燃烧参数见相应的老教程帖子,AN本坛没人做过像样的
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jetliao
14年1个月前 IP:未同步
276538
还有,如果塞式喷管的话,可以配合环孔燃烧室
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侧卫007
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