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比冲量 火箭装的是什么燃料

液态火箭燃料:液态氢,甲醇、乙醇、高浓度水合肼、二甲肼、硝基甲烷等。

固态火箭燃料:硼氢化钠、二聚酸二异氰酸酯、二茂铁及其衍生物等。

常用燃料:液氧-煤油液氧-甲醇过氧化氢-对苯二酚。

助燃剂指的是本身不能燃烧,但能发生燃烧所需要的氧的物质。

就广义而言,为了改进燃烧状况所用的添加剂,均属助燃剂。

助燃剂包括燃烧促进剂、淤浆分散剂、水分离剂、灰分改质剂、乳化剂和催化剂。

助燃剂很多,如氧气、氯酸钾、硝酸钾等。

从理论计算来看最佳液态燃料是液态氢,它与液态氧混合燃烧可以产生大约等于350的比冲量[比冲量:火箭发动机的推力(千克力)与其喷出质点每秒质量流量(kgs)的比值]。

如果用液态臭氧或液态氟来代替液态氧,那么比冲量可提高到大约370。

燃烧剂和氧化剂都是呈液体形态的发动机则称为液体燃料发动机。

某些密度小的金属或非金属,例如锂、铍、镁、铝、硼等,尤其是铍在燃烧的过程中能释放出巨大的能量,每千克铍完全燃烧放出的热量高达15000kJ,是一种优质的火箭燃料,放出的热量比氢气还多。

通常把这些金属做成纳米级大小微粒的燃料剂。

例如在火箭发射的固体燃料推进剂中添加质量分数1的纳米级铝或镍微粒,每克燃料的燃烧热可增加l倍。

液氢和液氧。

氢是所有元素中最活泼的,要控制好液氢燃烧的难度极高。

所以液态氢一般不作为第一、二级火箭的燃料来使用,避免低空发射时爆炸的事故。

多用作高空航行中高能末级火箭推进剂。

比冲量

又称比冲量、比推力。它是用于衡量火箭或飞机发动机效率的重要物理参数。其大小与发动机的推进剂化学能、燃烧效率和喷管效率相关。发动机比冲越高,相同条件下推进剂能够产生的速度增量也越大,发动机效率也就越高。

中文名比冲量

外文名Specific impulse

性质动力学术语

符号Isp

单位N/(kg/s)、s、m/s

影响因素化学能、燃料效率和喷管效率

用途衡量火箭引擎效率的一种标准量

分类海平面比冲量、真空比冲量

定义标准定义比冲的定义为单位推进剂的量所产生的冲量,用符号表示。其中推进剂的量有两种描述方式,一种是重量描述,一种是质量描述。相应的定义式如下:

重量描述

质量描述

其中:

:推进剂的产生的冲量

:推进剂的重量

:推进剂的质量

需要注意的是,一般重量概念与地表附近的引力场有关,但在太空或轨道中重量只表示质量乘以标准重力加速度(或称标准重力),即,是一个约定的常数,精确定义为/,不随所处引力场位置变化而变化。

扩展定义将定义式进行扩展。利用,以及可以得到下式:

重量描述

质量描述

其中:

:发动机推力,

:推进剂质量流速,即,

:标准重力加速度,精确定义为/。

而也是比冲又被称为比推力的原因。

上面定义的是瞬时比冲,我们还可以对时间积分写出时间平均下的比冲表示:

重量描述

质量描述

其中,表示发动机工作时间。上式中的推力与推进剂质量流速都可以随时间变化而不同。

可以发现,在重量和质量两种描述下,比冲的表示仅仅只是相差一个常数系数。

对于液体发动机,容易测量每时刻的推力以及推进剂流速,从而计算瞬时或平均比冲;但是固体发动机很难计算推进剂流速,因此通常用下式计算平均比冲:

重量描述

质量描述

其中,表示在发动机工作时间内消耗的推进剂质量。

单位与换算根据比冲的定义式,容易写出比冲的量纲。通用的单位有国际单位(米,千克,秒)与美国常用的英制工程单位(英尺,磅,秒)两种。

重量描述

质量描述

量纲

(时间量纲)

(速度量纲)

国际单位

(秒)

(米每秒)

(牛顿/千克・秒)

英制工程单位

(秒)

(英尺每秒)

(磅力/磅・秒)

单位换算如下表所示

国际单位

英制工程单位

重量描述;质量描述

重量描述;质量描述

1;980665或

1;321740

,1

0101972;1或

0101972;328084,0101972

00310810;03048或

00310810;1,00310810

表中同一行中的任意两个值含义相同,例如第二行中第二和第四列。

备注:

1磅精确定义为045359237千克;

1英尺精确等于03048米。

影响因素是衡量火箭发动机特性的重要参数,单位是秒(s)。比冲大小对火箭的射程影响很大,比冲越高,射程越远。要获得高比冲推进剂,要求推进剂具有高的化学能、高的燃烧效率和高的喷管效率,喷管形状直接影响比冲的大小。

比冲量越高,火箭获得的总动力越大,最终的速度越快,典型的固体火箭发动机的比冲量可以达到290秒,液体火箭主发动机的比冲量则是300至453秒,而离子发动机则能获得更大的比冲量。按照上面的定义,用物理学的单位换算,比冲量的单位是米每秒m/s,与速度V单位相同:FT/M=MV/M=V,与上述简化单位相差一个重力加速度g:FT/M=MgT/M=gT。例如比冲量可以达到290秒是指火箭喷出的燃料的速度可以达到290*g=2900m/s。比冲量与火箭喷出的燃料的速度成正比,要提高比冲量,就要想办法提高火箭喷出的燃料速度。比冲量的极限即为燃料喷出速度达到光速,换算成以秒作单位则是3×10^8秒。

发动机比冲量液体火箭发动机的比冲量为2500-4600牛秒/千克;

固体火箭发动机比冲量为2000~3000牛秒/千克;

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