QJ 1393-1988 固体火箭发动机热力学计算方法和计算机程序.pdf

1、Q.J 中华人民共和国航天工业部部标准QJ 1393-88 固体火箭发动机热力学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黠天工业部发布吕;生:1主题内容与运月范雷.，也I 令.，. 牛、.、，.，.,( 1 ) 2热力学计算中的主要假设.，.毒。. .( 1 ) 3推进剂单位!l!t量化学式和比绪的计算e审、. .( 1 ) 4燃烧产物平衡.m分的确定. .，.，. ( 2 ) 5燃烧室燃烧温度部长算.e伞. .( 3 ) 6编导数D、Dp的计算B . .,.,.,.,., ( 4 ) 7喷管藤E任过程的基本方程.，.，.，.，.，川.( 6 ) 8热

2、刀幢能参数计算.，. ,. . 也.号( 8 ) 10计算过程约吴体要求e. ., . . .,. . ,. . . .( 10 ) 11计算机程序，、.,. 户, . ( 12 ) 12程序编叙利使用说窃.、. .-. . . .、. .( 12 ) 附录A术语(补充件).，、.山，、争, , e 号. .( 17 ) 曼时当B符号补充伶).巴 .号. . ( 20 ) 费苦录c+十:算机程，宇补充件). 唱,. . .，.、.( 24 ) 署专录D计算任务书格式举IfiJ(参考件).巾.罩，.、. . 44 ) 附录EFOONZE葱方计算结果(参考件户.罩，川( 46 ) 中华人民共和国航

3、天工业部部标准QJ 1393 88 噩体火箭发动机热力学计算方法和计篝梳程序i主题内窑与运窍范匾本标准;l!I.定了固体火箭发动我和i体推进剂的热力学汁算方法和计算扩.程序。本标准适用手固体火曹营发动机设计、11体推进剂配方研剿，2热力学计算中的主要假设a 药注在燃烧室中进行定压、绝热稳定燃烧，并达到化学乎在哥，b 平衡组分在燃烧室主主主主垮匀，所以平衡组分的压盔、密度、温度等参数在燃烧室朵朵格等 平毒面组分在号营管中约波动是药格平衡毛一维、定绪、等烧流动，d.气相孚jj组分遵循理意气体状态方程.e 平衡组分在号营管进口处流速为零乡f平衡毯分内部摩擦不可逆过程可忽路不计ez 平衡组分处于化学平

4、衡和化学冻结状态.3维进弗j单位质量化学式租比烧的计算3.1 推进如!单位质量化学式中第K种元素到物质的量nk按下式计算.岳飞，啊, j y，一二、. . .( 1) k i: -;k M; k二i、2、./ 验算推进剂单位质量化学式部运式为4mInk Mk 1. (J .川、1、.(2)3.2 药毛主或推进ilJ比熔hrbgH2十C，(T。)(31 就天工业部1贸强03-18批准1现!81201实施QJ 1393-88 4燃烧产物平衡组分的确定计算平衡组分所用的方法是布林克莱法或者叫做气桐独合组分迭代法。用迭代法解方程组4，可得m个Xioxi exp I , . Z, + Q; i 1、2、

5、m4.1 4.2 I I, .x，I汁(1且)LDAZJt)(4) =主艺俨FJ(1FI)tkZp1=zr l)+dZft-l) k 1 ，2、-(n-m)i 1、2，(5 ) m (一一)p=DT+( 一-h .() lnT T lnT i 1. 2. . .m 月lnxD阳DT+(一-JEb. . . . .(27) 。lnTj1、2、(n-m)QJ 1393 88 川t如叫illnx (布于)式中+咕川古儿H，)i= 1, 2, .m lnxc 而(二二工工)p凶r.主运豁出:lnT 节)UKWIFjtJ(做)p斗古阶(1，阳ln哑1户ln11 11. . v艺叫-cfJ艺njc也i-I

6、 j1 +(ZnthTJZn如HjcDTj) m ,m C，r凶艺nc?1+Znjcctc . (42) .(43) .(44) (45) 川(46)cf=R(向+乌.T+向，T+a，T3叫，1). . . .(47) 7.3等姻膨胀方程s，(Tt队)=s.(T, p,) =s, ，、(48)sfbfJZnJest主n，.R.In(旦卜Ln，.R.ln(生). . .(49) i: J J i=i -n.叫s( T、回去nif+Enj巳Sj艺n，.R.ln(于)艺nRln(75(50) 1 j1 it且.叫V式中.-_nr _.,. ，. I 1 _.,.2 , 1 _.,.1 1 5，以Ra

7、，(lnT)+a,T + 2 a，T马丁fa，T+丁zajr4+aJ-usods- (51) 7.4质量量守假为粮qm=qmt黯qm，币(52)7 。J1393.88 A vtPFAe飞Pe.、，. . . . , . .,.,.,( 53) =卒半n，.1二. . . . . . (54) At Pe Ye .n,t .Tt 8热力性能参戴计算且1嗤篱l恼界徽菌，做的确定飞和队的计算首先在糠序设计中，已纷Tt(0、pt(Ol赋值，计算到J该知时计算机根据TJO、时的用方稳组4、公式4至20可算出临界截面相应的平衡组分n，、njc;使用公式25至36求得鸟、D.D.j D，、Dpi和DpjC;

8、使用公式40和50可算出该截丽平衡级分的h，、风，如果上述计算能使等偏公式48成立，则T产TJO);如果ptll)能使公式41或42满足，则且=1户，于是临界截ltin，、冉、矶、鸟、h，、矶和T，、趴着自栩应的确定下来.栩反程序内部设置的TJO、PtO)如果不满足上述公式计算机将会捅僚，直到满足上述公式给出结果为止.阻2!理论特征速度的确定n_.R .T. Cth.=止，.川，. ,( 55 1 p，飞8.3晴管出口截面参触的确定8.3.1已知s时，计算T，和p，首先夜稳序计算中，6给TJO、PeO)赋值占计算到这一步时，计算机根据TJ町、T户，引用方程组4、公式5臣20算翩翩口戴居首相应的

9、平衡姐分OhnJ;使用公;:1:25 36求得矶、DTI，D阳、D，、Dpj;引用公式(40)和(50)算出该截西平衡级分的hS. 如巢上述计算能使等偏1草草48成立，则T，=T沪，并用质量守恒方程54检验出口JH强pJO)，如果Pe(O)能使方寝54成立，则Pe(O)=R(O) ，于是出口截商参数得以确定，相反穰序内部设寰的TJO，Pe(O)如果不能满足上述方程，那么计算机将会插使J直到满足上述方穗，输出错巢为11:.8.3.2已知p.时，首先假设一个e给计算机，反复法代，)iIL可得到符合民的.8.4王盟论比1中18th和理论推力:J数c.的计算卢一一一一一一一一1 n_.R.T 10th

10、 = Ji.iCX-XXh;= h:l +信丽丽31一汇.:s.(p, -P.mb) . .仔6)对锥形啧管Anzl+FS哩。.(抽)8 QJ 1393一88对书中到2啧管tM(吁)c,h 抖、飞h8.5燃烧2蓝、喷镣临界和出口截留热力参数的计.8.5.1凝聚榈组分的质量分数、冉冉在二汇OjcMj (56b) (57) .(58) 8.5.2气榈燃烧产物的平均摩尔质量叫e、叫z、M和平均相对分子质量M唱、M币、MrKI!M.工旦二蚁. . .() , n, MM.川、.命句自，.川、闸门a盟3Jj!仪质量最气搁燃烧产物的平均纯你常数R、R.，、R.，R.R n,/(I-s) . . . . (

11、61) 缸里4:J:摘指数、氏如叩_.C伊宁n ，.。乓.。、(62) cJ l-D,) -n. R(I + DT) 1，关机.12.3说明12.3.1标识符aij事衡级分(Xik我Ar 啧管出口商积比l1t出口压强愧，bk-lkg推进剂中俞K元素的个数(K黯L2，m)BZJ推选剂组分也亵iCF 推力1J，.数;CH4燃烧产物分子式清单，CH5化学冗.符号清单，CH6 推进剂组分分子式消单;CPo-推进剂比热辘，而啧管出口扩散学角;同化学元的服子量;E路凝. 相组分的质t首分数e;Gk搬进剂各级分的1分俞t;Hf搬进剂的比焰，Hn一推进剂各组分的比烛，iL 给定团织比时，填0，给定出口EU量傲

12、，填1 l 平衡组分凝藏相燃烧产物个数;m独立组分数;n平衡组似分气相燃烧产物数;nai 啧唱曾出口!li虽低成商积比个数;ndi喷管扩徽事角个数，npt一环槐应强健个数;皿推进别组分数，nzo 推进押l质量t首分数的现数;Rc-e一喷管出口完精指数;Rct临界截商究倘指数;Rg燃烧产物平均气体情数;Mg 一气相燃烧产物平均摩尔质量;Y 比热比;Ys完铺指数.12.3.2限制条件a. THMO.FOR程序是根据IBMPC微机的内存都量分配的存储空间，因此对FTHl文件中控制常量作了如下限制:m 12 , n70， 13， nz12 nai20， ndi 10; 15 QJl细细nz;12 ,n

13、zo;20. b. THMO.FOR程序是用阁家标准FORTRAN77计算机谢富编写，可以移植f的机型上滋行，对于大琐的计算机，a中的限制所以取消，但对公用数组中的维数说明要重新明.16 Al细分QJ 1393 88 附录A* 吉野(补兜件)组成药校或推进剂的每种物质，就组成燃烧产物的每种物质(气相Jtt 4 COM问ON/PNl/R , T , p , /PN2/(川、03比/问，EJ飞12).BI (73) , QI飞731.XI (3) , /U9/凸二巳1(少3、，也C巳且(3) GCHl 03.1 , GCH2飞叮31，GC古1吁3C当CS2飞73丁，:xJl1飞叫3 川-73) E

14、QUI向LEtCE飞内NC、内iWRITE (啡 (肉，丁吁丁 RE向D飞机.(阳、:Hl Wf司ITE(+峪.(内/), Input control variat 飞1/N、 RE内口飞事内).、CH IF (CH. EQ. V、)THEI W阪IE(*. t肉、Inpu专(h n. l.门定，nzO，l I () I (I d 1, il. CPO、同E向口飞，.100)rn、11，L, 玄，nz口、ni.TPI，(ldl.l飞.CPO FOR问自T(BN, 914, lE12.6) 口PENd n p n . 、1 口z n z n t , 5 1 4 1 2 t ou l l n m

15、IIGt-.I=XN (L 5) D丁憾。口PO.口口33 il, l4 D1 (i)棋。-DPI (i)郁。CA仁LPTEO(n , l ,(Tl, Ll , l2, l4, l5, L7. IT、pT)AT1:=PVT*P飞)TTIF ( i L , EG. 1) THEN ARI=ATl GOTO &3 EN口IF27 231 23;2= :2331 570 2341 235 236. 2371 63 238: :2391 240 :2411 242 :2431 244 2451 2461 2471 249 249 25口=251 252 2531 254 255 58口2561 257

16、1 259 259 64 26日22611 262 2631 2:641 2祭品2661 267 266 :2691 40 270 2711 27:2 1 2731 274 27毛、主7、2771 1 2791 2 2791 3 2130 261 292 :500 2931 l 2134 2 2135且296 2971 301 2961 31 2991 2901 28 p=p伽98P2P QJ 1393 88 CALL PEO(n， l.m. ll. L2.l4, l巴，l7.!T.P)向T2栩PVT+PVTTC向LLPP(IT) IF(IT.NE.2) GOTO 570 C命LL严命CT(r

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18、肉LLPP(IT) 1F(1T.NE.2) GOTO 590 CALL F向C丫(n.l.t5)CALL DTP(n，L，川、ll，l2. L4 , L7.向，A1) CALL CR (l4) CLL RCTE (PC) C向LLDDT 口LLDDA (向，PT.向HT)C向LL口01，.国-5C向LL1NP俐，l4. L, CH1 , PC) C向LLISS (nl:,.j. nd i , PC) CONTINUE RIE(丰(A)-1: 0 contlnu th colculaton (Y/N作), 阿E内口(. (自)CH 1F (CH刷EQ刷YGlI口TO5日日EN口SU醋。u1NET

19、DA帆)n. l , L口.l2. l4，恼，i l. n z , 11定O，nal.nl，时I) nIr咽ENS10NA1J(95，l却，酬G(212喻:盯COI命旧N时如(16.16)./C1/CH5(12).CH4(92) /U2/0 (10) , P向(10)，/U3/向R(20)，PEI(20)./U4/BZJ(12.12)，H问(12), 曲cEf想唰eCH. CH6 (12)巾25，CH2(212)，CH3(16，.CH4.C树阳+3队嗣lTE(巾I NFJJ附158hjJJGVnms,YVE-45zn3132A间L11gLbeLb霄61.ZD日4114110001QF-66=旺

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21、QH，GN , /PN4/CP, RS , RSO , /prUl/RTE，.CN 33 QJ 1393 88 吨w句，胁飞d口。口口11111 在排就那就缸ZZ陈协UUMPZPmm脚在山脚能坏就能就能ZZ阱忡忡忡忡忡忡时缸34 C自LLCR (l4) AT2-/ (8. 31441*问S事GN、哈非5) REURN END SUBROUTINE PEO (0 , l，俐，川，山，忡，币，l7, 1丁，向hco卡萨K川/PNl/肉，p , _/N5/FT.F1， FT2, Tl112. /PN2/Qt:. .变(m/s), 9;.:. C伽(m/s)，、FDRMAT (口，6X，ns(mol/

22、k9)，10X，EPS，?X，R30kJ/(k 9 .K) , 7X. 1问9(kg)moL).x， S kJ/ (1 eze 1Low/) FDR问向T(口自X，2主e q, u llbrum fL ow /) FORMAT ( 0噜8X、.(2)仔quilibriumflo . /) FO阴间向(0，81(, 3. nozzl l: t? xit) FDF司H内(;2X)FORM向T(5儿一-一一一-一句白白白白白白白_白白白一叩一一一、严of协1白丁P1目而已l01325*P GOiO飞120，立且，124, 126, 128) IP WF习I丁E6， 121) CHl WRITE (6

23、, 147) 机RI丁E(6, 146) RIE (6, 130) T口C，PlWF司ITE(6, 146) 只IT臣、6，119丁(CH5(i).i=1 , m) 向rTEWRITE (巴，1日。WRIE (6, 1口2川严， P叼向玉，向f巾3.CP吁台严WF毛I臣(6，146)W阿I丁E(6, 101J 阿lTE(6. 1日2、GN，RS，RS口，DT 1. DT2, DT男，口丁、DPCALL 13口T口287591 何ITE(6, 114) 76日zIF号ITE(6.1口2)Pl.T.CP.RS，问8日，问丫臣，咐.HFO 7四;11131口TO29 762 28 WRITE (6.

24、 115) 7631 院ITE(6，102)向阳r.cp，向6，问60.RTE.U.HFO7641 29 b嗣ITE邸.14如7651 RI (6, 115) 7661 伺ITE(6.1日2)GN , EP，间。.SF，A问L去，口Il.DI2. DI3 767自RITE (6. 145) 7681 RITE (6.110) 7691 RITE (6，102)口Tl.口2.口T3，DAl , DA2. DA3.口.DP770 C向LLxTP(L 4) 36 QJ 1393 88 一n口M$050lI忐咽I忐.Jd&叫J41忐e户Lv1AESSEBaez-2ZE-szggzsag-za-02zz

25、aSZEggs-ssagsaBEE-8082 m川咐刑明刑柳州用mm咽硝烟加硝附加mmmm稍加mmmm刑删阳削阳刷阳mwmm削川MmMmmw川旧酬阳则阳阳幽附W翩翩阳CL.OSE (6) 爬仨丫uf司NEND SUBl司队j丁INEFH(l4) COM悦叶/U5/XN(73)，GCC(93), GCH(83) ，GCS(83、COM叫口N/LHI，!牛创汇.HFO. SF, 1 Q1翩。00 10 ;=1, l4 Ql=Ql+XN (i) +OCH (j ) HFO=Ql 问ETl肝NEND SUE问oulNE严S(n.l4. L5) COMMON /U5/XN(73l，CC l5) COI命

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29、 Q2=FT叫F丁2IF(Q1.LT，O，、内制D.(Q2. LT , O. ). OR. 飞飞QlG了。)内t，tD.1. 1:;i2 , GT , 0、1 GOT口112口口l口l黑黑LlQ1翩鹏向NCl(1.2)T11 Q帽ANCl(i , 2、自T12IF(Ql守L0.). AND. (2. GT.白) ) .口问.t (Ql. G. O. ) .内nd.,Q2.LT.Q.;) 1 GOTO 116 C口NTINUEGOTO 112 如细胞向NC1飞1, 2) I丫幽lIF (向日S(FT-F2-A日S(FT-FTl)、IT.0. THEH Tl2需T11严2自严lENDIF Q4掷了

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33、0=1 , l4 XN2()确XN(i) (lCC2 ( I )需CC(i) GCH:2( i )=GCH( i) ClCS2 ( I )巳GcS(i) (lCC( I )=(lCCl (1)Qlj.(剧CCl(1 )-GCC( ) + 口0401=1/网Ql (i)皿。DTI()=O Q3翩叫LOO(P)DO 63 jL2, l4 Q2-0. DO 64 j l. m QI (1)监Q1(j)+自1J ( 1, j) +DPI ( J ) Q唰Q+131J(i.j)申GCH(J)D1 ( i )而(CH(I)-Q2)/(罔审T)Ql (1 ) DPl (j )-Ql( j )-(1-81(I

34、)牛Q300 76 !躺1辆(5XNl (i)帽XN(i) DO 58 j1. l4 XI (1)瞄0，00 65 i席1，(1 DO 65 j黯1，l7 向(1，j )-0. 0066 j-l2, l4 DO 67 j帽l2，mXl ( i) :)1 (i)巾81J(I，.1)*飞131J ( I , 1N川5雹嘟嘟叶41 QJ 1393 88 2 8 1&句，笔d7?,/ uoo l-1074: 10751 1076 84 1口77.1078. 1079: 1080. 83 1口91.l口。2.1日83.10841 10851 1口86.i口87l口881日89，109日E1091. 10

35、92. 20 1093, 1094 1095. 1096. 23 1日97124 10981 1099. 22 11口口s11日1.1102 1103 1104: 1105, 27 11061 26 11071 1109= 1109 1110, 11111 1112 30 11131 28 11141 1115= 11161 29 11171 1118 1119 1 31 1120. 1121 11221 11231 33 11241 11251 32 1126, 11271 112f 1129. 1.:50. 42 00 62 i括l2.14 XNCi)=BN嘲XI(1) IF(l.GT.O

36、、THENDO 83 k确1 DO 84 i =L :2. l4 1飞，J+飞8IJ【1, J J + (1B1 (, 、1 .yJ (J、Al (jL. I-t)指向(j-l，k-l) 日o22 i鹏l2，l4 A (j-L , Li)出向(.I-L，L7)-XI(I)中(BIJ(1 , 山+(1-81(1、丁牛YJ(川、咿口r( I ) CALL G$(向、ll.l7, lE伽20)DT翻口.DP需O.。0261-l2，l4DO :27 )唰1.II 口TI(i )=DTI (j)日lJ(I，)+l)巾向()，l7) 口了.OT-BI(i)巾Xl(i)中OTl飞，) DT-GNt口/Q制I

37、F(l.GT.O)丁HEN00 29 j鹅1，l Q1辱。e00 30 1-12, l4 Q1翩Ql-XIjl巾(81J( i , j)叫Hl向伊自1( 1 ) )唰YJ(j)布口T!(i ) 日T!(J)黯Q1/X!(j)ENDI严D口291刷1.l4 DPI (1) -0. DO 31 ).l2.m DO 31 l-l2, l4 向1(j-t.l7)鹏向1( j伽L，l7)+XI()*(BIJ(I , j)叫胁、1-8I(I)+YJ(j)巾(1-81(i)CAL 3S(A1.l1，l7，lE年2日00 32 1 -L2, L4 四J33 ;翩1，II DPl (i)栅口PI(i)BIJ(

38、, j+l)巾Al(j、17)口PI(i) -DPI (i ) - (1. -81 ( i ) ) DP-DP-BI ( i ) XI ( i、咿口PI( ) llP-咀N+口p/QNI严(1.GT.口)TH怪NDO 34 j鹏1，l Gl1-0. DO 35 1幽l2、141131 35 1132= 34 1133 1134, 1135 1136: 36 11371 1139 QJ 1393-88 Ql.Ql-XI ( i )丰IJ(j，j)(1.-B!C)丰VJ飞丁审DPI飞，) DPI(j)幽Ql/X!(J)ENDIF DO 3阜i;:1 , l4 DTI ()笛口+DTI(j)DPI

39、()帽D+DPI() RETURN END 43 。1FOONZE推进剂配方见我Dl?早号化学式1 Al 2 NH,CIO, 3 c.H.,o,.OO14 4 刷刷N25 cHO， 6 C1，l如0，.17 C1sHN, D2掖进剂织分的:Xik: ，9i!.我02边i化学式AI 2 I:Il:!.IJ, 3 c.H.o, 4 C，HA飞5 ，.a憾。46 C1，H，.1 7 (1gH16N2 44 QJ 1393-88 附录。计算债务书格式举例(参考件)我01政量!成蛐百分比kJ!kg K剧lirnol也182Q哑xlU阻m也加52.472.2164 虹口19-19位67 -0.25 0.

40、001 -98 712 3 41. 03 11026 3123.261 4 317.00 U朋33819.仍99 。l1274.768 5 适量02 2 3 4 5 6 AI C H 。N CI 269自15 12.011 179 15.便再414.006 35.41节1 4 4 1 4 6. 027 4 O.口274 9 6 2 2 26 48 4 12 27 4 1自16 2 7 P 30. 97 1 QJl纱台-88D3燃烧产物的温数凡、见我。3飞K燃烧严物，、飞l1 1 AJ,(), _ .1 CO 飞H.L牛N，6 I HC1 7四38 1 AI 9 剧盯110 I AJ口211 I

41、 AJCI, 12 I A1H 13 I AJo 14 I AJoCI 15 I A1,0 16 I C 17 I CCI 18 I CC1 19 I CH 到CH刀122 口也23 I CN 经一巴巴25 I CoC1. 26 问飞27 巳曰:28 I q l, 在脑量2 3EZ川17土l7A干A71-1-24旷生川l 1 1 1 1 1 1 1 I I I I 4 1 I 1 1 I 2 1 I 3 1 I 4 1 I I 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 2 1 I I 2 2 I 1 续表D33 K 1 2 3 14 5 6 7 燃烧产物Al I C 日。: IC1 P

42、2l CI 30 C iC: 31 C10 32 C1 O, 2 33 CI 2 34 Cl,O 1 2 l5 日36 HCN 31 日3l8 N 39 ),H 1 40 H， 2 41 ?、刊3 42 0 i 43 0、2 44 S 70 1 2 45 N,O 4 2 46 。1 44 7 OH 。，2 49 P 1 50 p吨2 51 1凡4 号2院:113 1 53 PH l 54 PH, 3 I 55 PN i QJ 1393 88 附录EFOONZE配方计算结果(参负事件)El计算条件(平衡流)燃烧苦苦应强.P, = 6. 894762MP,; 环境监i品p.mh=0. 101325

43、MP.; 啧管ii粉、比。草堂俊膨胀;喷管扩散半角:笃丘。;药校初海r，;=251:; 气梢产物m出44;凝聚栩产物n-m=1. E2计算绪果计算结果凡表E1.E2.1 单位质量量化学式C，酬36.m1:M.:mS4NI阳，.C1，旧S1PO_OllA.14635E22 性能曾在蚊主理论盘查像比冲:1, = 2594. 739 N. sjkg (264.59叫;现论特征速度:C;h = 1576. 83 mjs; 理论排气速度veZ也2.594.74mjs; Jl!ii积比。10.279 51; 2里论锥力数CFth黑1.6455回表El事数计最燃烧重回首臂喉部压强MP. 6.模刘7624.002 9由20 温f芷K 300也3443415.455 比熔KJjk且叫1839.925.237373 比愉KJj(kg.