火箭发动机( 三 ) _生活百科

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火箭发动机火箭中的热流通量往往在工程学上是最高的，其变化範围在1-200 MW/m2 。而喷口处热流通量又是最高的，通常是燃烧室和喷嘴处的两倍。这是由于喷口处尾气的高速（导致边界层很薄）和高温造成的。大部分其他的喷气式发动机的燃气轮机运转在高温下，但由于其表面积过大，难以冷却，因此不得不降低温度，损失了效率。常用的冷却方式不冷却：用于短时运行或测试烧蚀壁：室壁有烧蚀材料，可不断吸热脱落辐射冷却：使室壁达到白热状态以辐射热量热沉式冷却：将一种推进剂（通常是液氢）沿室壁倒下再生冷却：推进剂在燃烧前先流经室壁内的冷却套管水幕冷却：推进剂喷射器被特殊安置，以使室壁周围的燃气温度降低薄膜冷却：室壁被液体推进剂浸湿，液体蒸发吸热使之冷却所有的冷却措施都是要在室壁形成一层比室内温度低的隔离层（边界层），只要这层隔离层不被破坏，室壁就不会出问题。而燃烧不稳定或冷却系统故障常常会导致边界层的保护中断，随后导致室壁被破坏。

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火箭发动机再生冷却系统还有第二层边界层，就是围绕室壁的冷却管道壁。由于这层边界层充作室壁和冷却剂的隔离层，因此其厚度要儘可能地薄，这可以通过加快冷却剂流速来实现。机械问题火箭燃烧室工作在高压下，通常是10-200 bar （1--20 MPa），压力越高，通常性能也越好（因为可以使用更高效的喷嘴）。这使燃烧室外部处于很大的圆周应力之下。也由于高温工作环境，结构材料的抗张强度显着降低。声学问题火箭发动机内的极端振动和声学环境导致其峰值应力远高于平均值，尤其是类风琴管共振和气流扰动的问题。燃烧不稳定燃烧不稳定有以下几种：间歇性燃烧这是运载器加速度变化引起推进剂输送管压力变化，导致的燃烧室压力的低频振动。可使运载器推力发生周期性变化，导致载荷和运载器受损。间歇性燃烧可通过使用高密度推进剂配上充气阻尼涡轮泵来防止。嗡鸣现象这是由于推进剂喷射器中压力不足导致的。主要是令人不悦，并无实质性危害。然而在某些极端情况，燃烧可能进入喷射器内，引发单元推进剂的爆炸。振荡燃烧这种情况往往造成直接损伤，且很难控制。它往往是伴随化学燃烧过程的声学过程，是能量释放的主要驱动力。可导致不稳定共振，使隔热边界层变薄，产生悲剧性后果。这种影响很难在设计阶段预先分析，只能通过旷日持久的测试，并不断修正来。修正手段通常有细调喷射器，改变推进剂化学性质，或在将推进剂喷射进亥姆霍兹阻尼器（用以改变燃烧室共振状态）前蒸发成气态。

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火箭发动机还有一种常用测试方法是在燃烧室引爆少量炸药，以确定发动机的脉冲回响，并估算室压的回响时间：恢复越快，系统越稳定。排气噪音火箭发动机（特小型除外）比起其他发动机，其噪音十分大。特超音速尾气与周围空气混合，形成冲击波。冲击波的声音强度取决于火箭的尺寸。土星五号发射时，在离其发射点很远处的地震仪检测了这一噪音。产生的声音强度依赖于火箭尺寸和排气速度。在现场听到的冲击波特徵音主要是爆裂音。这种噪音的峰值超过了传音器和音频电子设备的许可上限，因此在录音或广播音频回放中这种噪音被削弱或消失了。大型火箭发射时的噪音可以直接致死周围的人。太空梭起飞时基地周围的噪音超过200 dB(A) 。