RAMJET一問

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acetw  於 2002/07/10 22:14
RAMJET一問

為什麼有單一發動機來提供火箭加RAMJET加SCRAMJET推進的設計(如X43),卻沒有單一發動機來提供火箭加RAMJET推進的設計?

NO:488_1
ewings  於 2002/07/10 22:36
Re:RAMJET一問

不太懂∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼

NO:488_2
Skywalker-Luke  於 2002/07/10 22:39
Re:RAMJET一問

>單一發動機來提供火箭加RAMJET推進的設計?

1.火箭╱衝壓噴射發動機是採液態或固態燃料?
2.兩種燃料燃燒方式不同的發動機怎麼整合?


NO:488_3
Joker  於 2002/07/10 23:38
Re:RAMJET一問

真的不太懂說...@_@

SCRAMJET 是不是指Supersonic Combustion Ramjet啊?
那RAMJET 和 SCRAMJET 有什麼不一樣啊?


NO:488_4
Skywalker-Luke  於 2002/07/10 23:49
Re:RAMJET一問

衝壓噴射(Ramjet)發動機結構由衝壓進氣道(即作為壓縮段)、燃燒室、尾管等三部所組成。

NO:488_5
Joker  於 2002/07/11 00:17
Re:RAMJET一問

>1.火箭╱衝壓噴射發動機是採液態或固態燃料?

Rocket engine 應該是固態。
Ramjet engine 應該是液態(如液態氫)[註]。

>2.兩種燃料燃燒方式不同的發動機怎麼整合?

有沒有可能是... Rocket engine 的固態燃料燒盡時,Ramjet engine 就用原先裝固態燃料的空間來當做燃燒室,再將液態燃料噴注其中。

[註] http://chaser.g4.ntu.edu.tw/astronews/1031-4.htm


NO:488_6
Y  於 2002/07/11 00:47
Re:RAMJET一問

衝壓引擎(ramjet), 超音速衝壓引擎(scramjet),脈衝發動機(pulsed engines)都是吸氣式引擎喔

NO:488_7
Y  於 2002/07/11 01:12
Re:RAMJET一問

單一發動機來提供火箭加RAMJET加SCRAMJET推進的設計>>您指的是air-breathing engine(吸氣式)嗎?
對了,衝壓火箭(ramrocket)也是吸氣式引擎的一種
X-43好像每種吸氣式引擎都有試過(我馬不是很清楚),現在最熱衷的好像是超音速衝壓引擎為推力...全防上有一篇曙光女神的文章說到脈衝發動機到現今好像尚未達實用階段,但=暗黑科學界=好像已經達成...不知真的還是假的ゼ

NO:488_8
Y  於 2002/07/11 01:20
Re:RAMJET一問

X-43好像每種吸氣式引擎都有試過>>對不起,我好像錯了,Hyper-X 計畫好像是專門超音速衝壓引擎,X-43為其實驗機,應該只用超音速衝壓引擎為推力吧,我真豬頭....
X-37好像不是用超音速衝壓引擎,他跑太快了,好像是用別的吸氣式引擎的樣子,說不定是用脈衝發動機...對不起,我又亂猜了,真不好意思<_>b

NO:488_9
acetw  於 2002/07/11 12:51
Re:RAMJET一問

ewings  於 2002/07/10 22:36
Re:RAMJET一問

不太懂∼∼∼∼∼∼∼∼∼∼
>>>>

像是X43C的引擎可以視需要在不同工作方式間切換,看這裡:
http://jczs.sina.com.cn/2002-07-10/74185.html

為什麼一般RAMJET引擎都沒有辦法同時勝任火箭和RAMJET的工作,而要採兩節式的設計?為什麼類似ARGO的設計不存在?


NO:488_10
ewings  於 2002/07/11 13:46
Re:RAMJET一問

ARGO還要找一下

但是X-43是直接利用booter推到hypersonic啟動SCRAMJET
也看不出火箭哪裡在吸氣


NO:488_11
Y  於 2002/07/11 18:46
Re:RAMJET一問

卻沒有單一發動機來提供火箭加RAMJET推進的設計?>>我記得看到好像衝壓火箭(ramrocket)好像有火箭加RAMJET推進的樣子,不知道對不對,我也不大清楚
http://lifesci3.arc.nasa.gov/SpaceSettlement/Nowicki/SPBI1043.GIF
固體燃料衝壓火箭在發射時的剖面圖--火箭模式


http://lifesci3.arc.nasa.gov/SpaceSettlement/Nowicki/SPBI1044.GIF
固體燃料衝壓火箭在發射後的剖面圖--衝壓引擎模式


NO:488_12
Y  於 2002/07/11 19:02
Re:RAMJET一問

像漏了幾個字,奇怪,最近常會漏字....
固體燃料衝壓火箭在發射=一分鐘=後的剖面圖--衝壓引擎模式
有沒有可能是... Rocket engine 的固態燃料燒盡時,Ramjet engine 就用原先裝固態燃料的空間來當做燃燒室,再將液態燃料噴注其中。>>Rocket engine和Ramjet engine 整合起來好像就是衝壓火箭,我看到的衝壓火箭說明感覺好像也是這樣,但前提好像衝壓引擎(衝壓引擎有液態和固態推進燃料式)是要用固態推進燃料式的,衝壓火箭好像是內部內襯推進燃料粒,待燃燒完後,其腔室便變成燃燒室的樣子,推進燃料好像不多,好像很快就會用完的樣子....我猜想的啦,不知對不對?

NO:488_13
Y  於 2002/07/11 19:54
Re:RAMJET一問

XD,又漏字了...
推進燃料好像不多,好像很快就會用完的樣子....>>推進燃料=粒=好像不多,好像很快就會用完的樣子....所以新型的ARGO引擎設計應該很特別,通常好像火箭動力用完,才輪到衝壓式推進力(我也不是很清楚ゼ)但ARGO引擎可以再次提供火箭動力,會不會是另外攜帶燃料...對不起,這是我亂猜的

超音速衝壓引擎好像是液態燃料式的引擎,和液態火箭引擎好像都是攜帶氫為燃料,但好像超音速衝壓引擎是從大氣中吸收氧氣來燃燒,液態火箭引擎是搭載液態氧...兩者構造好像有差的樣子,但推進劑好像一樣,那為何要整合呢,用超音速衝壓引擎就不必用火箭引擎了吧,反之亦然,真是百思不解,但是超音速衝壓引擎的燃燒效率好像滿差的,對了,會不會是預防措施呢?

http://lifesci3.arc.nasa.gov/SpaceSettlement/Nowicki/SPBI1045.GIF
超音速衝壓引擎的剖面圖


http://lifesci3.arc.nasa.gov/SpaceSettlement/Nowicki/SPBI1011.GIF
液態火箭引擎的剖面圖


NO:488_14
Skywalker-Luke  於 2002/07/11 19:57
Re:RAMJET一問

超音速衝壓噴射發動機採用二維式進氣道,氣流進入燃燒室前降為穿音速,噴嘴為收斂形或收斂擴散形,使用航空煤油或烴類燃料。超音速衝壓噴射發動機的推進速度,由亞音速至6倍音速,用於超音速靶機和地對空飛彈。一般於操作時與固體火箭發動機相配合。

NO:488_15
Y  於 2002/07/12 01:00
Re:RAMJET一問

那RAMJET 和 SCRAMJET 有什麼不一樣啊?>>好像RAMJET當氣流經過被壓縮降至亞音速再和燃料混合物混合(↑Skywalker-Luke大大上述);SCRAMJET好像是燃料混合物和氣流經過SCRAMJET是超音速的速度,其燃料只有少數和氣流混合

NO:488_16
HOBA  於 2002/07/12 09:15
Re:RAMJET一問

acetw:
因為衝壓發動機需要一個初始速度,否則無法進氣來啟動引擎.
通常需要先用火箭引擎(或任何方式)加速取得初速後,衝壓發動機才吸的到氣啟動.
一般都是借助啟航發動機(請看英製海標後面那一截),不過整體就變重也變長了.

NO:488_17
Lin  於 2002/07/13 14:01
Re:RAMJET一問

可讓小弟補充一點
SCRAMJET 超音速衝壓引擎的重點應是
燃燒室中燃燒的速度是超音速的
這就是設計上困難的地方
一般物理學上
燃燒的速度是不超過音速的

對嗎


NO:488_18
ewings  於 2002/07/13 14:08
Re:RAMJET一問

>
一般物理學上
燃燒的速度是不超過音速的
>

NO:488_19
Joker  於 2002/07/13 23:27
Re:RAMJET一問

就小弟的認知...

啟動衝壓引擎(Ramjet)之所以需要超音速(supersonic)的「初始速度」,是由於超音速的氣流會在 Ramjet 的入口處形成一個「震波」(Shock),氣流經過此震波之後會減速至次音速(subsonic),並被壓縮,以供引擎燃燒所需。

以下是小弟的猜測...

如果...
SCRAMJET 超音速衝壓引擎
燃燒室中燃燒的速度是超音速的...
那麼設計上困難的地方應該是在於...
如何讓氣流經過進氣道至燃燒室時的速度依然是超音速的,也就是如何不讓震波(Shock)產生。


NO:488_20
ewings  於 2002/07/13 23:37
Re:RAMJET一問

大部份的文章中
最大的問題來自於燃料會解離
所以他使用氫,未來使用某種碳衍生物

有正波不一定是壞事


NO:488_21
Joker  於 2002/07/15 22:22
Re:RAMJET一問

>那RAMJET 和 SCRAMJET 有什麼不一樣啊?

請看這裡...
http://www.aviation-history.com/engines/ramjet.htm

The scramjet differs from the ramjet in that combustion takes

place at supersonic air velocities through the engine.

>燃料會解離?
不懂.
>有震波不一定是壞事?
想不透「有震波」好在哪裡?請指教.


小弟不自量力地對於 Ramjet 及 Scramjet 的作用方式做了個猜測......簡單描述如下

......請多指教。

【基於探討流體力學的習慣,故以下描述中,皆假設 ramjet、scramjet 是靜止的,而空

氣是超音速地流向 ramjet、scramjet。當然,實際的情況則應為,外界空氣是靜止的,

而 ramjet、scramjet 是超音速地在灰。】


Ramjet engine

請見上述網頁中,「A ramjet engine.」圖

(1)
空氣以超音速(Supersonic)向 ramjet engine 流。

(2)
因氣流是超音速的,故在入口前的尖端處將產生一個斜震波(Oblique Shock,Weak

Oblique Shock),氣流通過此 Oblique Shock 之後將被壓縮,並減速,但仍然維持在超

音速。

(3)
通過斜震波之後的超音速氣流來到 engine 的入口處(圖中兩個小小、粗粗的箭頭所指處)

,會遇到一個正震波(Normal Shock),同樣地,氣流通過此正震波之後將壓縮,並減速,

必定會降至次音速(Subsonic)

接下來我覺得有兩種可能...

(4-A)
次音速的氣流經過收斂-擴散(Converging-Diverging)(就是截面積變小再變大)的

Diffuser時,氣流的速度將隨截面積的改變(變小再變大)而「加速再減速」,但仍然是一

路維持在次音速,直到進 Burner。而壓力則是與速度成反比,「先下降再昇高」。

(4-B)
次音速的氣流在經過收斂(Converging)部份時,將被加速直到喉口(Throat)(截面積最小)

處而達到音速(Sonic speed)(馬赫數=1.0)。過了喉口之後,繼續被加速,也就是達到超

音速,而壓力則是一路往下降。但是緊接著又遇到了一個正震波(Normal Shock),氣流通

過此正震波之後,壓力又突然上升,速度則立刻減至次音速,直到進 Burner。

(5)
無論是(4-A)還是(4-B),氣流都是次音速地進到 Burner 裡面燃燒。

(6)
氣流出了 Burner 之後再來一個收斂-擴散噴嘴(Converging-Diverging Nozzle),來將氣

流再加速至超音速,然後噴出去。(就是同(4-B)再玩一次,只是少了後面「正震波」那一

段。)


Scramjet engine

請見上述網頁中「A scramjet engine.」圖

(1)
同 Ramjet engine (1)

(2)
同 Ramjet engine (2)

(3)
同 Ramjet engine (3)

(4)
次音速的氣流在經過收斂(Converging)部份時,將被加速直到喉口(Throat)(截面積最小)

處而達到音速(Sonic speed)(馬赫數=1.0),此時壓力則是一路向下降。過了喉口之後,

速度繼續上昇到達超音速。

(5)
超音速的氣流進入緊接著喉口的 Burner 燃燒。

(6)
氣流隨著擴散噴嘴(Diverging Nozzle)(截面積變大)而一路被加速,馬赫數繼續增加,然

後噴出去。

◎照這樣講的話嘛...... Ramjet 的 Burner 裡面是次音速的,所以後面需要再來一個

Nozzle 加速至超音速,而 Scramjet 的 Burner 裡面就是超音速的,所以不需要再多加

一個 Nozzle。


參考資料:

Aerodynamics John D. Anderson, Jr.
Modern Compressible Flow John D. Anderson, Jr.

Channel Flow of A Compressible Fluid Donald Coles


NO:488_22
ewings  於 2002/07/15 22:34
Re:RAMJET一問


>>燃料會解離?
>不懂.

這個問題找不到老師問個詳細,好像更壓力有關

這種速度下,JP-X還沒來得及燃燒就被踢出燃燒室了

>想不透「有震波」好在哪裡?請指教.

可以改變溫度分佈
但是難做


NO:488_23
ewings  於 2002/07/15 22:40
Re:RAMJET一問

>
而 Scramjet 的 Burner 裡面就是超音速的,所以不需要再多加一個 Nozzle。
>
還是有裝,再加速
收斂段取消剩擴散段

NO:488_24
Lin  於 2002/07/15 22:43
Re:RAMJET一問

感謝各位大哥提供的學術討論風氣

Mr. Joker:
as I know, 超音速 氣流經過進氣道後需減速至次音速(subsonic),並被壓縮,以供引擎燃燒所需。所以 進氣道的震波設計是故意的
for RAMJET, 進氣道的震波可將超音速氣流減速至次音速
for SCRAMJET, 若要將高超音速氣流減速至次音速供引擎燃燒所需
會有能量損失過劇的效率問題
thats the reason we need SCRAMJET.
ewings大哥
小弟本行是學Carbon fiber compposite, 力學及有限元素分析的
powerplant只是對飛機興趣之附屬
尚請指教


NO:488_25
Joker  於 2002/07/22 21:01
Re:RAMJET一問

感謝 Lin 大哥及 Ewings 大哥指教。
Lin 大哥,小弟的年紀還小,資格尚淺,被稱呼為 Mr. ,實在是不太習慣,也不敢當,您若不棄,稱呼小弟為 Joker老弟 即可。

首先,小弟於上次 NO:488_21 的貼文中所提到,關於 Ramjet (4-B)的那種情況,應該是不對的,或者說是...設計上所不願發生的。因為多了個震波就多了些能量損失。


>進氣道的震波設計是故意的

的確,震波可將超音速氣流減速至次音速,這樣看來,震波的確是有其好處,但是有沒有可能進氣口的震波亦是無可避免的呢?


>for SCRAMJET, 若要將高超音速氣流減速至次音速供引擎燃燒所需
>會有能量損失過劇的效率問題
>thats the reason we need SCRAMJET.

然而,若根據 Scramjet 之示意圖看來,高超音速氣流是先經過震波被減速至次音速之後,再被加速至超音速,然後進 Burner。


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