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喷管是火箭发动机的一个重要部件,它是指通过改变管段内壁的几何形状以加速气流的一种装置。凡是用来使气流降压增速的管道都叫做喷管,火力发电常用的喷管有两种:一种是渐缩喷管,另一种是缩放喷管,或叫拉瓦尔喷管。

在火箭发动机中,通过喷管喉部面积的大小控制燃气的流量,使燃烧室内的燃气保持预定的压强,满足装药正常燃烧;使推进剂燃烧产物通过喷管膨胀加速,将其热能充分转换为燃气的动能,从而使发动机获得推进动力—推力; 在导弹发动机中通过喷管实施推力大小和方向的调节与控制。

喷气发动机中把高压燃气(或空气)转变为动能,使气流在其中膨胀加速以高速向外喷射而产生反作用推力的部件,又称排气喷管、推力喷管或尾喷管。喷管类型很多,有固定的或可调的收敛喷管、收敛-扩散喷管,引射喷管和塞式喷管等,根据飞行器性能和发动机工作特点选用。高速歼击机大多采用可调的收敛喷管和可调的收敛-扩散喷管或引射喷管;火箭发动机常用固定式收敛-扩散喷管;垂直或短距起落飞机采用换向喷管。

气流在喷管入口处的总压与出口处的静压之比称为喷管落压比、膨胀比或压力比。收敛-扩散喷管出口面积与临界截面面积(较小截面处的面积)之比称喷管膨胀面积比,通称面积比。当气流膨胀到喷管出口处的静压恰等于外界大气压力时,称为膨胀喷管,其性能好,当气流在喷管出口处的静压大于外界大气压时,称为不膨胀喷管,气流的压力能没有充分转化为动能。当气流在喷管出口处的静压低于外界大气压时称为过膨胀喷管,这时将出现负的压力推力。

喷管是燃烧室内高温高压燃气的出口,是火箭发动机能量转换的重要部件,直接影响发动机的性能。喷管的基本功能有两个:

(1)通过喷管的喷喉大小控制燃气的质量流率,以达到控制燃烧室内燃气压强的目的;其次,通过采用截面形状先收敛后扩张的拉瓦尔喷管(由收敛段、喉部和扩张段三部分组成)使燃气的流动能够从亚声速加速到超声速,高速喷出后产生反作用推力。

(2)为了控制飞行器的飞行方向和姿态,还可以利用喷管实现推力矢量控制。对于中小型火箭,多采用较简单的锥形喷管;而工作时间长、推力大、质量流率大以及采用推进剂的大型火箭,一般使用特型喷管(如双圆弧形和抛物线形等)。



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