QJ 1410-1988 固体火箭发动机性能参数.计算方法及计算机程序.pdf

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1、Q.J 中华人民共和国航天工业部部标准QJ 1410-8& 固体火箭发动机性能参数计算方法和计算机程序1988-03-18发布1988-12-01实施中华人民共和国航吴工业部发布中华人民共和国航天工业部部标准固体火箭发动机性能参数计算方法和计算机程序Z主题肉窑与适用范围本标准规定了固体火箭发动机设计、设计评审工作中使用的发动机性能参数的计算方法和计算机程序。本标准适用于团体火箭发动机性能参数计算。1 引用标准GB 3100-3102 量和单位Q J 1047 固体发动机压强时间、推力一时间数据处理规范QJ 1393 固体火箭发动机热力学计算方法和计算机程序3 符号Ae责管出口截面积，m Ato

2、-喷管初始喉部截面积，m A，一一喷管喉部截面坝，m A1，-药柱末端通气面积，m 一一等通道或翼住型药往往段内孔半径，皿b一一燃烧室壳体内半径，mCF、CFQ.CFY-一分别为推力系数、最佳推力系数和真空推力系数CEth 一般理论推力系数CFoth一理论最佳推力系数CI-Vb-一理论真空推力系数C一一有气流分离时的理论推力系数CF，姐一一分离截面上游推力系数CFsd一一分离截面下掠推力系数C一-特征速度，m .J s C*th-一理论特征速度，mJs Fth一一瞬时推力，N !-)总冲，N. s !, 比冲，N s/k. ( s ) 1 sth-理论比冲，N. s/kg ( 5 ) 配去工业

3、部1988-0-183t布1988一12-01实施l QJ1410-88 L一一海平面冲量，N. 5 1，叫一一海平面比冲，N.s/kg(s)!，()-最佳比lll，N.s/kg(s) 1, p , t il一一理论标准比忡，N. s/k, ( s ) Isoth-p论最佳比冲，N. s/kg ( s ) 1叫h一一-理论体积比冲，N.s/cm2Isvh-一理论真空比冲，N.s/kg(s)I_，y-一体和、比冲，N. sfcm2 J.，.-真空比冲，l. s / kg ( s ) J，-初始收通比J一一注脚j=:O、1、2、L:一一初始特征氏度，mM一-一燃烧产物的摩尔质置，k./mol m-

4、一药柱的阳值rllcc-一燃烧室壳体的质量，k_g m，一一发动机最终质量，kg m一-药杭的质量，k :r. m,-Jt JUL的初始质量，k tl t Jl-一整个It管的质量，kl N一一般烧室32体的特性因子，N. m/kg flamb 一月、坑Dd盟，Pa p，一一燃烧窒爆破JJi强，Pa p，-:t烧宝JE烛，Pa p，一一-u贾r画iul L-l Hi强，Pa p一一呗管进1-1总压，Pa p.一一喷官气流分离哉面压强，Pa P u 5一一喷管i句前压为O.93p，叫截丽的压强，Pa qm一一发动机的质量流量，k/s R一一摩尔气体常数，R=8. 31441J/ (mol. K)

5、 T.一一喷营出口截面燃气温度，Kt. -燃烧I物在燃烧室停留时间，s Ve f一一燃烧室晶体有效容积，m Vc;-一燃烧室初始自由容积，m V-CiS-燃烧室瞬时自由容积，m V g , f一一-药柱末端气流速度，m/s V，一一l峭喉部气流速度，m/s -i:ii扩1半角，r, d 2 QJ1410-88 t_一喷管面积比阳-一喷管气流分离截面面积比。.95-一喷管内静压等于O.95p巳m截面面积比可C一一特征速度因子c，-一推力系数因子飞一一比冲效率。叫-一钟形喷管出口平面边角，rad k一-K函数K一一冻结流平均定娴指数-一发动机质量比t-一发动机有效质量比，m-一发动机冲量质量比，皿

6、-咿喷霄冲量质量比，-一喷管扩张校正因子t一一喷管喉部气流密度.kgf皿3g，-一药柱密度，kgJm3 ，-一总压恢复系数仙一一压强恢复系数4 性能鲁戴4. 1 固体发动机的性能参数包括瞬时推力、海平面比冲、标准比冲、比冲、体积比冲、推力系数、特征速度、质量比、有效质量比、初始特征长度、初始喉通比、药柱的m值、冲量质量比、燃烧室壳体的特性因于、喷管冲量质量比、推力系数因于、特征速度因子和比I效率等。品.2发动机的性能参数从不同的角度反映、评价发动机性能的优劣。4.2. 1 比冲、冲量质量比和比冲效率描述了发动机的综合能量特性。4.2.2 质量比、有效质量比描述了发动机的综合结构特性。4.2.3

7、 特征速度、特征速度因于反映了推进剂药柱比烙(化学能)的大小和燃烧室压强设汁的合理性。4.2.4 推力、推力系数、推力系数因子和喷管冲量质量比反映了喷管设计的综合性能。4.2.5 体m比冲描述了所选推进剂的综合能量特性。4.2.6 初始喉通比描述了药桂末端燃气流速的大小。从而可以预估药拄燃速沿药柱氏度的变化，是分析燃烧室压强在燃烧时间内变化的依据之一。4.2.7 药柱m值是判断药柱结构完整性的一个几何参数。它既反映了推进剂目前的力学性能水平，又反映了当前药柱的设计能力。4.2.8 初始恃征长度是分析发动饥比冲、特征速度变化的一个儿何参数。4.2.9 燃烧窒壳体的特性因子-:TJ?可支映了固体发

8、动机所用材料的友展水平，另一方面2 QJ1410-B 也反映了所采用的工艺发展水平5 性能参数的计算5. 1 麟时推力F rhj 5.2 海平面比冲IS II! Fhj=d.p. pc CFth 4tj . . . . . . ( 1 ) Fthi=Jt. Crth. /ti . . . . . . . . . . . ( 2 ) 海平面比冲的计算按oJ 1 047进行。5.5 理论标准比冲1 p .a th 理论标准比冲的计算按OJ1393进行。5.4 比冲J. 理论比冲的计算按OJ1393进行，实际比冲的计算按OJI047进行。5.5真空比冲上v理论真空比冲按QJ1393进行计算，真空比冲

9、的计算按QJI047进行。5.6 .佳比神儿。理论最佳比冲按OJ1393进行计算，最佳比I的f算按OJ1 047进行。5.7 体现比;中111 , 体积比冲定义为比冲和推进剂药住密度的乘积即a1.=lsE，. ( 3 ) 5.8 特征理度c. 理论特征速度按QJI393进行计算s实际特征速度的计算按OJ1047进行。5.9 推力系数5.9. 1 理论推力系数和实际推力系数分别按下式计算z1 8t h CH、=工. .( 4 ) C t h Cr=乌，. . ( 5 ) C 5.9.2 理论最佳推力系数、理论真空推力系数的计算g为a为=当pe=pamb时，由热力学平衡流计算得最佳理论比冲160t

10、 b ，从而可得理论最佳推力系数I lI oth CFOt b 品一一 . ( 6 ) c t h Pamb=O时，由热力学平衡流计算得理论真空比冲lodh，从而可得理论真空推力系数/，、CFVtb =一:，(7)C.h 4 QJ1410一5, 9.3 推力系数CFl实际推力系数按QJJ047进行计算。5.9.4 有气流分离时的推力系数CFI的近似计算a5.9.4.1 讨算公式sFt=Cr-9U十Cj.sd-兰主(_E_旦旦L). . . . ( 8 ) .1 t pc 1 K- J CFSU=,.( I-丁(1-(旦!.:.K J . . .。. ( 9 ) 、J-1 PC c，刊=0.55

11、(旦旦5一(lo.9: -lSII) +O.975-E_吧_b (fBO-勺ogs)pc PC . ( 10 ) K-I C，.t，. K I-旦.1 K-I ( 1 -(卫三)王一)+ _j/_ ( .1.二旦旦-). ( 1I ) pc -1 t PC K 一一一.(12) I I K-I (-. ). I _2 K. ( 1 _ (P_:_) K ) P. J K-l pc PSt;=号(-h11)U.pzmb. . . . . . ( 13 ) 口c叫L- 1 。95=ta.十才;正一.0. . . . ( 14 ) c 斗一 -. c 95=80l.45气. . . . . ( 15

12、 ) 5.9.4.2 计算步骤，a. 己识飞p.、K和P3mbJb. 根百公式12.牛顿选代法求喷营出口截面压强p., C. 比较pfopmb，若PePa，b，说明该喷管没有流动分离。用公式4、6和7计算推力系数，计算到此结束，相反若p.一三一+0.377.按公式15计算(0_951.604 g. 按照公式10计算分离裁面下游的推力系数CFsaJK 用公式8计算有气流分离时总的推力系数Clto5.1G 推力系戴国子11,p 实际推力系数与相应的理论推力系数之比ap.CF lcF=一一一.,. . .，.川川川. . ( 16 ) CFth 5.门特征速度因子呵。qI0zcVczUH-HH-川.

13、，.叫山山-.(17) 5.12比冲效率叫，句Ia=-tiHM-.，.(川5 1 箭在的m值燃烧立先体叮半径b与等通道或交通道锥柱、翼柱浇铸药桂柱段内孔半径。之比即2m=bJa.( 19 ) 发动沉的m值，一般都是以设计值给出。对于星孔型等通道截面的发动机，除给出前启封号1、古jl位的最大m值以外，还要给出桂段(困筒)的m值。对于翼(锥柱型药柱的发动机，|夺公出危险断国的m值以外，还要给出柱段18m值。对球型2主动机一舷只给出赤道断固自0mJ,-, i. 0 5.14质量比 =tn;.r/rn;. . .(20) 5.15 有效民量比 f=_j_nl二-阶2. (21 ) m, 5.1. 冲量

14、质量比Ajm m=IJ行l!.,. . . . . . .哩。(22 ) 二且hzJargL=fs-1(23) 5.17 啧管冲量质量比Aim h ltm=-JL .,.(24) tntn 5. 18 燃烧室壳体的特征因子N 阳二厅6 QJt41O-88 5.19 初始特征长鹿tt 且TEIELm-HH-mmm-mmm-m(26 ) .4. 5.20初始喉遁比儿4., ，=二一_，. 10 1 ( 27 ) .4 6 计算机程序6. 1 语言和程序组成该程序使用FORTRAN77语言编制而成，由主程序和五个数据文件组成-6.2 程序名称6.2.1 计算机程序SRMPC(详见附录A)6.2.2

15、数据文件之-.SRPCl 1. Isseo 230.80 s 2: Iss巳2263.4 N. s/kg 3: Ispstho 264.05 s 4: Ispsth 2589.5 Ns/kg b: Istho 232.11 s 6, Isth 2276.2 N. s/kg 7: cth 1550.23 m/s 6.2.3 数据文件之二=SRPC2 215.86 s 2: Is 2116.9 N. s jk区3, r 1519.23 皿/s4: (r 1.4096 6.2.4 数据文11之三zSRPC3 1 由JI4I一1 , Vci Ato cm3 30879.50 2, 31 .17 cm

16、3, Apo 77 .93 c)， 4, cm 33.8 5) 19.6 a cm e, l vu cm 33.8 7, .1 13.6 cm 8, b2 cm 0.0 9, 02 1. 0 6.2.5 数据文件之四2SRPC4 EEEE KKKK -c-一-一k 212.50 265.00 ? z 3, mc巳2.00 4, mtn 17.50 5, mf 5 J .00 6.2.6 数据文件之五gSRPC5 1, I 1 578592.35 Ns 2, I pgr 0.00180 kg/cm3 4 1b pb z 3 10.591 MP. 4: I pb.uo 108.00 kd/cm 5

17、, I Vcf 157789.2 cm3 6.3 符号说明5,.3. 1 由于计算机中没有希腊字母，只能用英语字母拼写如下z二叫acfim=lamda3 8 俨.=tacIs=etal =Iamdal cr=lamda2 imn=lamda4 。JT410-S8.3.2有些佳能参数暂时采用两种单位，为了区别在注脚末尾注有.0或不注.00 .0是英语.old一一旧的意思，例如海平面比冲的符号是IlSe，单位是Ns/kg，而符号Isseo同样是海平商比坤，某单位是h1.4 使用说明.4.1 锢埠撞撞按照FORTRAN编辑系统的说明编辑，连接SRMPC.FOR文件-1.4.2 鲸据文件按照6.2.2

18、-6.2.6编辑数据文件SRPCI-SRPC5.1.4.3 程序运行当计算所需的准备工作就绪以后，键盘敲入SRMPC并因丰，程序进入运行阶段，在此期间有以下提示和响应，提示finput tit1 e Nos please 键盘响应a输入不超过20个字符的课题代号和计算日期，如FG弓子XX XA1987.11.16 回车。提示:input Tgi，lease 键盘响应z输入不超过20个字符的实型数-药拄初温Tg，:!I20.0回车，提示:inpl Pc, please 车。键盘晌应z输入不超过20个字符的实型数一一燃烧室压强p如6.894730 (fPa)囚8.4.4 数据输出格式数据输出格式见

19、附录B。9 QJ 141 0-88 刊11231725inunuEnunueRZCL92221到刊凹口B,-g91 啡2222ZZEZEt; 123456789UUU吟忡卧比mup旧bbpbFbbhrbb如Lpb如如如扣挣扎口抽比件性仲配件仲件件如10 附录A计算机程序SRlIl(针、ft.件)ths is a. exercise PROGRAM SRMPC real Is奄ho.Is奇h，Iso, Is. m, ml. m2, ffi9r , mi , mcc , mn. Ise. Ise专h，S 1 , Nl. N2, L , J口，Lamdal，Lamda2, Lamda3. Lamda

20、4, Isseo. S Isse.Ispso.Ispsth，问手char ac奄er*2日R，白，2,o,Irite (巾，(A/)inpu奄奄i tle Noqlease r E ad (咿， (自), )同format C7(BN.F8.2./) open (1口，FILE-SRpc!，si:atus-oLd)r l? ad (10.1口口)Isseo, Isse. !spso, ISPsth , Is奄ho.15th, Cth WRITE(嘲，10口)Isseo. Isse. Ispso, 15萨5th，Istho, 15th, Cth close (1口C手th=Isth/Cthope

21、n(6.FILEPRN ) W r j te (6. 901) CF奄h手OrmatC4X, Cfth- , F7.4) 币。1、mat(-_, 1 -_巾._-) format (2x) 手Orma奄(7x.SoLid Rockei:问。吃orPer手ormancES Parameter COffiPu i: in3) format C4(BN.Fl口.4，/) open (2日，FILE-SR.c2, STATUS-old) r e ad (2口，101)150, 15, C. CF . I奄e(+. 1口1)iso. is，C，c手close (2口etac手=CF/CFthetac=C

22、/Cth etal=Is/Isth wr i t e (6, 9日7)etac手，.仓ac，etai手。rmat(2x, etac手=, F7. 4. 4)(, , etac= , F7. 4 , 4，etal=，F7.4丁千orma奄(9(BN, Fll. 2 , /) ) open (3口，FILE白SRpc3，s奄atus=old)read (3口叼1日2)c i , At口，Ap日，b, a. b1. .1, b2, a2 F9. 2) Nl=Pbu申e手/问ccLamda3=I/问1N2=Pbuollu!?， 6x，Unit，5x，e L ueo , 2x) 手ormat(7x, S

23、ol j d Rocke变MotorPeor手ormanceParameter Computing) 手ormat(1 0x, Parame专er) format (4x. TitLe NOI，自2口/)format (2x，口l, 7x , I s s eo , 2x, 8x, N. s/k g , 1 x , 3x, F 11. 1. 5x , s , 3x.F8.2) forma奄(2x，口2, 7:，4X. 8X , no l: , 4x. 3x , Fll. 2) 115= W 1吃.(6噜202)1161 wr 1宅.(6.202) 1171 奄e(6，.2日1)119 -.v r

24、 i te ad (申(自) )主1:271 e且由币。1m1:(4抖，Pc圃内10，3X. MPa) 12日zwrite (包.929)Z 129 write (6.2日2)130 W 1奇E(6.:2日1)131 wr 1 t e (6.自03)1321 t,rJ r i te (6.8日1)133 ., ri l: e (6.2日1)134 I,Jrt te (串.9口5)Isse.Isseo 135 ，1，11lt自邸，自口6)ISsth. r尊.0135 I.,o,I r i te (6，自日7)Isth. IsHo 137自lNrite 岳.82二)Lamd a2 1551 w r

25、iteo (6.823) Lamd .a3 156 专曹(6.自24)Lamda4 157自wI t i? (巴.2口2)15日twri+.e币.925)N1. N2 1591 奇.(岳.826) 1. 16口z!,IY i +.e (6.9:27) J口161 W 1告曹唇.2日2)162 ，o，.Ir i te (6.20 1) 1631 .nd QJ1410-88 lIIf 11 B .蟹幽格线u酷地苦件)fi Bl So1id Roeket Motor Perlorm.nee Parameter Computing titl. No. FG-xxxA T酬20Cp，拥.894130MP

26、aO N Paxameter Namo (Symbo!s) Unit Ve!ue I Unit I Ve!ue 01 lsse N ./kg 2263.4 s 230.80 02 lspsth N.8/kg 2589.6 8 264.05 03 18th N ./kg 2278.2 s 232.11 0, Is N .s/kg 2116.9 , 215.86 05 Isve th N .sicm3 4.10 06 Isve N .s/cm3 3.81 01 c. th 把/s1550.23 08 c. mJs 1519.23 09 cF th not 1.4683 10 。Fnot 1.409

27、6 11 etacf not 0.9600 12 eta nOj 0.9800 13 etaI n01 0_9300 14 m not 1.72 15 m not 2.49 u 口3nOj 0.00 11 Lamdal not 0.8019 18 Lamda2 not 0_8075 19 Lamda3 N /kg 2183.31 20 Lamda4 N , s/kg 33062 , 42 21 N N .m/kg 61f 94.27 m 6311_57 22 L. , cm 990.68 23 J, not 0, 40 附加说明22扣除准自航灾工业部七。八所豁出。本标准自由Jt灾工业部因院四十v喃且rr负资起惑。13