在各种火箭实验中，得到的数据总是会比理论获得的数据或多或少出现一些偏差。而这些实验中的偏差总会带来一些连锁效应导致最后结果出现较大的偏差。而这些偏差都需要人为的进行修正。现在使用的方法主要就是两种：

1、采用其它人得到的数据算出大概的修正系数。

2、采用更精确的算法，建立新的损耗模型。

      第二种方法肯定是不适合普通火箭爱好者使用的，因为新模型的建立是一个十分长期的过程。而且需要有一个十分强大的团队做靠背。再说了像我这样的学生党也是不可能有这样的资金支持的。复杂的数学计算首先就会吓跑一半的爱好者。所以在本文，我会向大家列举主要的性能损耗，并给出损耗的预估大小。

 一：边界层效应

      在我之前一篇文章中（拉瓦尔喷管中的滞止状态 - 科创 (XXXXXXXXXXXX)）我介绍了喷管中出现阻碍的情况，而边界层效应形成与它十分相似：由于喷管之间的摩擦与流动不绝热，在实际喷管中边界处会存在一层流速十分小的气流层，这里气流的流动速度远小于自由区域中的流动速度，它还具有一定的粘性，这就意味着粘性边界层会逐步向外以环薄层的形式扩大，在扩大过程中速度随之增大，压强、温度等随之减小。直到边界层再分离出现高速流动区，此时形成湍流，对喷管内流动产生影响。同时，低速区流动意味着会出现亚声速流动，由于气流倾向于贴着物体表面流动，这种流动必然出现在出口后气流不再向后喷射，而是极大幅度的转弯（可达到180°）故产生的动能不会支持火箭向前。

 再说说它对其他性能的影响:

1:由于这个位置流速极其缓慢，所以这里大量的质量流量会聚集于此，与总质量流量的比值大概在0.02~0.25之间，各位可以评估自己火箭喷管内壁的粗糙程度来选取合适的值。

2：这个位置流速缓慢就会导致温度较高，于是就会对内壁进行一定量的传热（未传热时的温度温度大小我也在上面说过的那篇文章中给出了计算公式），可能会对喷管造成破坏。

3：一般会对比冲产生1%左右的损耗。

如何将这个效应产生的影响降到最小呢？

1：尽量保持喷管内壁光滑。

2：采用更加符合气体膨胀规律的喷管构型（如钟型喷管或特型喷管）

二：多相流

“多相流”是什么意思呢，就是在燃烧产生的工质中，包含了液体与固体。

在喷管中，我们需要的膨胀只是气体的膨胀，因为只有气体的膨胀才能产生推力。固体与液体膨胀几乎不产生推力，还需要耗费一定的推力来对它加速。这种情况在固体发动机中十分常见，而在液体火箭中，也会有液体出现。

当然在一种情况时，多相流可以被忽略，就是颗粒较小，因为这些物质会对气体经行加热，以对气体继续加热。但是要求直径在0.005毫米以下，但一般不可能出现这么好的情况，就会出现传热不完全，颗粒滞后流动的情况。

接下来给出性能的修正公式（h代表焓，a代表颗粒所占的质量分数，ρ是气体密度，k是比热比，R是气体常数，c_{p是压热容},c_v是比定容热容，下标s代表固体或液体，下标g表示气体）：

1：h=（1-a）（c_p）_gT+ac_sT

2：V=V_g（1-a）

3：p=R_gT/V_g

4：R=（1-a）R_g

5：k=【（1-a）c_p+ac_s】/【（1-a）c_v+ac_s】

在一些实验发布的数据来看，如果凝相物直径小于0.01mm，a值小于6%时，各个性能参数的损耗不会高于2%，当数据大于这个值的时候，颗粒会滞后于气体流动，热传递与消耗动能不再相等，上述公式也只能是近似值。

所以为了降低多相流的影响，就要选择合适的膨胀比。并且尽量让燃料充分燃烧。

三、燃烧不稳定

物质在燃烧的过程中不一定是完全稳定的，在我们家中生火时有时候会出现“嘭”的声音，这就可以理解为一种不稳定，当这种不稳定性振荡频率保持在5%以内时，燃烧被视为稳定。一般这种现象产生的性能损失在1%以下。我也会在我的其他文章中进行讨论。

四、流动化学反应

如果喷管中的气体体不完全燃烧，就会出现流动化学反应，喷管中的各种参数就会发生改变，这种无法给出具体的改变值，应注意让喷管内充分混合以降低这种情况，它造成的损失一般很小，只是在计算数据上会有所偏差。

五、热能损失

在喷管中，不是所有的热能都可以转换为前进的动能，除了前面所说的边界层之外，绝大一部分热能会被白白损耗掉，它会在喷管中占据绝大一部分的损耗，甚至可以达到惊人的25%，想要降低这种损耗只有一种方法，就是通过膨胀降低出口处的温度，即增大膨胀面积比，但大量的损耗仍然是无法避免的。

六、欠膨胀与过膨胀

这个就不需要过多说明了吧，出口面积太小导致气体无法完全膨胀就是欠膨胀，这时候喷管可以达到满流的状态，出口压强大于外界压强，但是推力与比冲将会小于理论。出口面积较大就会造成过膨胀，这种状况不当造成推力与比冲的损失，还可能产生激波，如果过膨胀过大，还会造成流动分离，即气流无法继续膨胀，并脱离喷管流动。

处理方法也就很简单了，就是改进喷管造型。

七、喷管几何形状造成损失

现在主要采用的扩张段有两种，锥形和钟型。

在喷管扩张段头部，气体压强很大，但采用锥型喷管的头部反而是最小的，就会造成一定的性能损失，而钟型喷管就能很好的避免它，这里给出修正的公式（a为修正系数）：a=（1+cosb）/2

其中b为扩张半角的大小。

八、估计性能修正系数

现在对一些基本参数的修正系数进行预估：

1：速度修正系数，0.92

2：质量流量修正系数，1.1。你没看错，质量流量会高于理论值。

3：特征速度修正系数，0.95

4：推力系数修正系数，0.9

5：比冲，马赫数，排气速度偏差较大，没有合适的修正系数。

6：温度修正系数：0.85

九、总结

喷管中主要的损失来自于热量损失或喷管构型。损耗图可以用下图表示：

看得出来热量的损失占了绝大多数，而它又是难以避免的。

可控的解决方法就是调整膨胀比，喷管形状

损耗还是很大的，一波扣下来就剩60%，当然，想要准确，还是要自己实验。

本文就讲述到这，欢迎讨论。