spContent=航天推进系统又称“航天动力系统”,航天发展,动力先行!该课程的目的是通过对航天推进理论基础的系统学习,掌握各推进系统的结构组成、工作原理、性能参数及设计计算方法等。内容深入浅出、联系实际,可在学习中感受航天推进系统的无穷魅力! ────课程团队
航天推进系统又称“航天动力系统”,航天发展,动力先行!该课程的目的是通过对航天推进理论基础的系统学习,掌握各推进系统的结构组成、工作原理、性能参数及设计计算方法等。内容深入浅出、联系实际,可在学习中感受航天推进系统的无穷魅力! ────课程团队
—— 课程团队
课程概述
航天推进理论基础共八章。课程以航天推进系统工作时的能量转换过程为主线,首先学习航天推进系统的概念与分类、发展趋势、推进系统的性能表征及性能参数计算;其次学习航天推进系统所采用的化学能源---火箭推进剂的特性、航天推进系统工作时能量转换过程中的热力计算模型及计算方法等;最后,学习不同航天推进系统(即固体、液体、冲压、电推进)的工作原理、各推进系统的结构特点、工作过程中的细节讨论、设计计算方法等。通过本课程的学习,使学生掌握航天推进理论的基本知识、不同航天推进系统相关的计算方法及设计技巧,提高学生在飞行器动力工程、航空宇航推进理论与工程、飞行器设计工程和飞行器控制技术等领域的科研能力。
授课目标
1. 教学目的: 掌握先进的、成熟的航天推进系统的基础理论、结构组成、工作原理及工作特点、不同航天推进系统的设计计算方法和性能分析等。
2. 能力培养:培养一定的科研分析能力和创新意识,具备一定的航天推进系统的设计计算及性能分析能力。
3. 素养提升:提升工程素养和科学思维能力,拓展分析问题的视野。
课程大纲
绪论
课时目标:了解 推进系统的概念、分类、发展趋势和常用的航天推进系统。
1.1 绪论-01 推进系统的分类、常用的航天推进系统
1.2 绪论-02 航天推进系统的发展简史、当前的工作重点
航天推进系统主要性能参数及理论计算方法
课时目标:掌握航天推进系统各性能参数的定义、计算方法、计算公式、影响因素以及各参数在发动机设计或工作过程中的变化规律。
2.1 发动机推力
2.2 喷气速度和质量流率
2.3 流率系数和特征速度
2.4 推力系数
2.5 总冲和比冲
2.6 发动机参数与飞行器参数
火箭推进剂
课时目标:掌握固体和液体推进剂的发展历程、分类、性能要求和发展趋势;掌握固体双基推进剂和复合推进剂的基本组成和制造工艺;掌握常用的液体氧化和燃料的特性与要求
3.1 固体推进剂发展历程、分类及性能要求
3.2 双基推进剂组成及制造工艺
3.3 复合推进剂组成及制造
3.4 常用固体推进剂
3.5 液体推进剂发展历程、分类及性能要求
3.6 液体推进剂物理化学参数
3.7 常用液体推进剂
3.8 火箭推进剂发展趋势
火箭发动机热力计算
课时目标:掌握发动机燃烧室和喷管热力计算的已知条件、计算任务、计算模型、计算的一般步骤;了解一种热力计算软件的功能及其使用方法。
4.1 热力计算任务和推进剂总焓
4.2 燃烧室热力计算
4.2.1 燃烧室热力计算(1)
4.2.2 燃烧室热力计算(2)
4.2.3 燃烧室热力计算(3)
4.3 喷管流动过程热力计算
4.4 发动机理论性能参数计算
4.5 热力学数据库使用介绍
4.6 典型热力计算软件介绍
固体火箭发动机
课时目标:掌握固体火箭发动机的基本组成、工作原理、固体火箭发动机中推进剂燃烧的特点及要求、双基和复合推进剂的稳态燃烧模型、燃速及燃速特性、零维和一维内弹道性能预示的方法、模型及计算中的注意事项、有关平衡压强与瞬时平衡压强的概念、影响因素等。
5.1 固体火箭发动机的基本组成和工作原理
5.2 固体火箭发动机中的稳定燃烧
5.2.1 燃烧的基本概念、特性参数及平行层燃烧定律
5.2.2 固体推进剂的燃烧模型
5.3 固体推进剂的燃速特性
5.3.1 与压强和初温相关的燃速特性
5.3.2 侵蚀燃烧
5.3.3 与其他工作条件相关的燃速特性
5.4 固体火箭发动机中的不稳定燃烧
5.4.1 固体火箭发动机燃烧不稳定(1)
5.4.2 固体火箭发动机燃烧不稳定(2)
5.5 固体火箭发动机内弹道性能预示
5.5.1 内弹道性能预示的基本任务及预示模型
5.5.2 零维内弹道性能预示及平衡压强的概念
5.5.3 零维内弹道性能预示的近似解法
5.5.4 有关平衡压强的讨论
5.5.5 一维内弹道概念及计算流程
5.5.6 考虑装药通道中燃气流动情况下燃烧室头部压强P1的计算及讨论
5.6 固体推进剂装药结构等发动机参数与发动机内弹道性能的关系
液体火箭发动机
课时目标:掌握液体火箭发动机系统的组成及各分系统的功用(重点掌握推进剂供应系统、贮箱增压系统的功用)、液体火箭发动机系统的工作原理、推力室工作过程及其热防护措施(重点掌握再生冷却)、发动机系统设计参数的选择等。
6.1 液体火箭发动机组成和分类
6.2 挤压式推进剂供应系统
6.3 泵压式推进剂供应系统
6.4 推进剂贮箱增压系统
6.5 推进剂利用系统及其他
6.6 涡轮泵
6.7 泵的汽蚀
6.8 推力室组成及工作过程
6.9 喷嘴及喷注器
6.10 燃烧准备过程
6.10.1 燃烧准备过程(1)
6.10.2 燃烧准备过程(2)
6.11 燃气与推力室壁之间的传热计算
6.12 推力室冷却
6.13 推力室再生冷却
冲压发动机
课时目标:了解冲压发动机的概念、组成、优缺点、工作过程、性能参数,机体/发动机一体化设计的相关问题和解决方法等。
7.1 概述
7.2 典型的冲压发动机结构
7.2.1 典型的冲压发动机结构(1)
7.2.2 典型的冲压发动机结构(2)
7.3 冲压发动机的性能分析
7.4 机体/发动机一体化与多学科耦合问题
电推进
课时目标:掌握电推进的概念与分类、电推进的系统组成、工作原理和应用领域等,重点掌握霍尔推力器和离子推力器的具体结构及工作原理。
8.1 电推进引言
8.2 电推力器分类与主要结构
8.3 离子推力器及等离子体发生器分类
8.4 栅极系统结构、功能与工作原理
8.5 中和器结构、功能与工作过程
8.6 霍尔推力器
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预备知识
证书要求
为积极响应国家低碳环保政策, 2021年秋季学期开始,中国大学MOOC平台将取消纸质版的认证证书,仅提供电子版的认证证书服务,证书申请方式和流程不变。
电子版认证证书支持查询验证,可通过扫描证书上的二维码进行有效性查询,或者访问 https://www.icourse163.org/verify,通过证书编号进行查询。学生可在“个人中心-证书-查看证书”页面自行下载、打印电子版认证证书。
完成课程教学内容学习和考核,成绩达到课程考核标准的学生(每门课程的考核标准不同,详见课程内的评分标准),具备申请认证证书资格,可在证书申请开放期间(以申请页面显示的时间为准),完成在线付费申请。
认证证书申请注意事项:
1. 根据国家相关法律法规要求,认证证书申请时要求进行实名认证,请保证所提交的实名认证信息真实完整有效。
2. 完成实名认证并支付后,系统将自动生成并发送电子版认证证书。电子版认证证书生成后不支持退费。
参考资料
教材:
《航天推进理论基础》,刘佩进,唐金兰等,西北工业大学出版社,2016年9月第二版。
教学参考书:
[1] 《固体火箭发动机原理》,唐金兰,刘佩进等,国防工业出版社,2013.
[2] 《Rocket Propulsion Elements》(Seventh Edition), GEORGE P. SUTTON,2001 by John Wiley & Sons.
[3] 《高压补燃液氧煤油发动机》, 张贵田著. 国防工业出版社,2005.
[4] 《固体火箭冲压组合发动机》, 鲍福廷,黄熙君等,中国宇航出版社,2006.
[5] 《航天器推进系统及其应用》, 毛根旺,唐金兰等,西北工业大学出版社,2009.
常见问题
Q : 没有学过工程热力学和传热学,可以选学该课程吗?
A : 可以
Q : 空气/气体动力学课程可以和该课程同步选修吗?
A : 可以