航空航天专业名词科普：喷管膨胀比、喷管扩张比、喷管收敛比

伍赛特

1 喷管膨胀比（Nozzle Expansion Ratio）

又称喷管落压比。尾喷管出口截面气流总压与周围大气静压的比值。有些情况下定义为尾喷管喉部截面气流总压与外界大气静压的比值。喷管进口总压与周围大气静压的比值称为喷管实际嘭胀比。它是发动机循环的重要参数。喷管膨胀比的大小取决于发动机类型、发动机工作状态和飞行条件等。

喷管出口气流速度值与膨胀比有密切关系，如收敛喷管出口速度随膨胀比的增大而增加，当出口气流马赫数达到1.0时，其相应的膨胀比为临界膨胀比。喷管膨胀比大于临界嘭张比的情况下，收敛喷管出口处的静压将大干周围大气静压，形成欠膨帐和推力损失。

在超声速飞行时喷管膨胀比将增至10～35，为取得良好的推力性能须采用收敛一扩张喷管，扩张段的面积比与喷管膨胀比密切相关；喷管膨胀比与喷管扩张段面积比不相协调，将会导致喷管出口气流的过膨胀或欠膨胀，均将产生推力损失。

2喷管扩张比（Nozzle Area Expansion Ratio） 

喷管出口截面积与喉部截面积之比。其值愈大，燃气膨胀比也愈大。典型喷管结构如图所示。在不考虑附面层、两相流、热扩散、化学不平衡等因素的理想状态下，燃气压强比与喷管扩张比之间的关系如下：

式中A_e为喷管出口截面积；Γ为比热比γ的函数；p_e为喷管出口压强；A_t为喷管喉部截面积；p_c为燃烧室燃气压强；γ为燃气比热比。

选择合适的扩张比是喷管设计的重要内容，其关系到发动机产生推力的大小和综合性能的优劣。喷管扩张比应根据发动帆工作所在空间的高度，结构尺寸和结构质量等方面综合优选。增加扩张比是提高火箭发动帆高空性能的有效途径。目前，发动机喷管的扩张比已达到和超过100:1。

3喷管收敛比（Nozzle Area Convergent Ratio） 

喷管入口截面积与喉部截面积之比。收敛比主要由连接喷管的入口尺寸所决定。非潜入喷管的喷管入口尺寸主要由燃烧室内径决危潜入喷管的喷管入口尺寸一般远小于燃烧室内径，但一般应大干药柱的内径。

喷管入口尺寸要考虑收敛比不能取得太小。收敛比小，入口气流速度大，会增大对喷管入口部位的烧蚀。收敛比常取3以上。

参考文献

[1] 《国防科技名词大典》总编委会. 国防科技名词大典 航空[M]. 北京：航空工业出版社, 2002.01:315.

[2] 《国防科技名词大典》总编委会. 国防科技名词大典 航天[M]. 北京：航空工业出版社, 2002.01:355-356.