227mm助推固体火箭发动机设计(6)
2.4.2 固体火箭发动机工作压力的选取过程
本设计火箭发动机工作压力之选取之依据如上所述，遵循工作压强高于推进剂燃烧之临界压强以及重量比冲最大原则，在此二者为指导下综合考虑选取工作压强。
发动机工作压强只选取过程编制成C语言程序，由计算机算出最佳工作压强并且输出最佳工作压强附近之值，以供认为参考修正，并便于综合考量。
如下，简单介绍此设计工作压强选取之法。此法在以上确已简略讨论，故不再赘述，只做简要之讲解。随着发动机工作压强增大，一方面燃烧室壳体壁厚将增大，另一方面，发动机之比冲将增大，根据此设计任务之要求，发动机总冲为常量，则发动机装药质量将随之减小，又根据设计任务之要求，此发动机直径为常量，则发动机装药长度将减小，总之，壳体壁厚增大，装药质量减小，装药长度减小，燃烧室长度亦减小，取多组燃烧室压强预选值，逐一计算壳体厚度，装药质量，药柱长度则可粗略估算装药与燃烧室壳体质量之和，此数值是发动机总质量的体现，此缘由已在上文中讨论，在此之引用其结果，至此，对比这些质量和，其最小值对应的燃烧室压强即为最大重量比冲原则下的工作压强，在由程序输出的极值附近之数据列表，在一定范围内综合选取即可。
参考国内固体火箭方面书籍，得到一种应用广泛的燃烧室壳体模型，本计算采用此种模型计算燃烧室壳体质量。此燃烧室壳体模型为：整体形状为一半封闭空心圆柱筒体，其壁厚为燃烧室壁厚，其直径为燃烧室外径，其形状可看做封闭空心圆柱筒体在一端的圆面上挖去一个面积为通气面积、高度为壳体壁厚的圆柱，如是便得到此模型，其长度即为装药长度。根据经验，此模型具有一定的合理性，故采用之。如是，便可计算出此模型之质量：
再由推力系数与燃烧室压强的关系得到推进剂质量，此处为计算之简便，暂不考虑特征速度随压强的变化。至此，就可得出我们所要求的质量和。
C语言程序源码如下（单位均采用国际标准单位制）：其中，Mc为燃烧室壳体模型质量；Mp为推进剂质量；R为燃烧室壳体外半径；D为燃烧室壳体外直径；MiDuR为燃烧室壳体材料密度；MiDuP为推进剂密度；YingLi为燃烧室壳体材料应力；HouDu为燃烧室壳体壁厚；Ap为初始通气面积，L为装药长度，近似为燃烧室壳体长度；At为喷管喉部面积；Isp为推进剂比冲；Cf为推力系数；T为发动机设计工作时间，任务指标要求小于4秒，参考资料同比例换算后决定取2.5秒；I为任务指标所要求总冲值；Vp为所需推进剂体积；Pe为环境压强，为便于计算，未考虑其随发动机运动而变化的关系，取标准大气压值；C为推进剂特征速度。
#include<stdio.h>
#include<math.h>
double Mc,Mp,R=0.1135,D=0.227,MiDuR=7750,MiDuP=1770,YingLi=883000000,
HouDu,Ap,L,At,Isp=2572.5,Cf,T=2.5,I=120000,Vp,Pe=101325,C=1480;
const double pi=3.1415926;
int CanShuJiSuan(float P,float J)
{
float a=0.25/1.25,b=Pe/P;
Cf=0.6581*sqrt(4*2*1.25*(1-pow(b,a)));
Mp=I/(C*Cf);
Vp=Mp/MiDuP;
At=I/(Cf*P*T);
Ap=At/J;
L=Vp/(pi*R*R-Ap);
HouDu=1.2*P*D/(2.3*YingLi+P);
Mc=(2*pi*R*R+pi*D*L-Ap)*HouDu*MiDuR;
return 0;
}
double Mi(float P,float J)
{
CanShuJiSuan(P,J);
return Mp+Mc;
}
int main()
{
float P,J=0.5,bijiao,p,j,mi=Mi(4000000,0.5);
for(P=4000000;P<=10000000;P+=10000)
{
if(Mi(P,J)<mi)
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