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火箭推进器原理

归档日期:10-23       文本归类:火箭发动机      文章编辑:爱尚语录

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  火箭推进理论是航天理论的基础之一。火箭发动机是一种推进工具,它能提供强大动力,使航天器达到所需要的宇宙速度。它的工作是基于直接反作用运动的原理,这一原理特别有利于高速航行。

  按照牛顿力学基本定律,两个相互作用的物体,其作用力与反作用力总是同时存在,它们的大小相等,方向相反。因此,任何一种移动,广义地说,都是反作用运动。举两个例子:一是轮船,由于船的叶轮作用在水上,水的反作用力使船前进;二是喷气式(飞机)发动机,由于发动机中的燃料燃烧,膨胀的燃气高速向后喷出,发动机便得到与燃气喷出方向相反的推力而向前运动。

  以最一般的观点去研究产生推力的现象时,上述两种运动没有任何区别,它们都是在反作用力的推动下运动的。但是,从反作用力产生的特征来看,二者是有区别的:在第一个例子中,发动机本身不能引起运动,它仅是个能源,若船上有发动机而没有叶轮,那么,发动机的功率再大,船也是不能运动的。因此,除了发动机(能源)外,有着一个介于发动机和外界某物体(如本例中的水)之间的中间机构,它与外界某物体相互作用,井承受由此产生的反作用力。这种中间机构,通常称为推进器(如本例中的叶轮);在第二个例子中,没有中间机构,推力是由燃气对发动机本身的反作用产生的。我们把前一种类型的运动称为间接反作用运动,后一种类型的运动称为直接反作用运动。当然,也有直接与间接反作用运动并存的混合式,如:涡轮螺浆式发动机,发动机能量的一部分传给螺旋浆(推进器),另一部分,则产生燃气流的直接反作用运动。

  喷气推进属于直接反作用运动。那么什么是喷气推进呢?将物质以气体喷射的形式从被推进的物体中喷出,这种推进方式称为喷气推进。

  喷气推进所喷射的物质叫做推进剂;利用喷气推进产生推力的发动机,叫做喷气发动机。运动时,相互作用的物体,一个是发动机本身,另一个是从它内部喷出的高速气流。高速气流产生的反作用力作用于发动机本身,方向与气流方向相反,这就是推力。

  一是空气喷气发动机,它是利用大气来产生喷气射流的喷气发动机。例如:以大气中的氧气作为氧化剂,燃烧燃料产生燃气射流;或在核子热交换器中加热空气,然后由喷管排出;

  二是火箭发动机,它是自身携带全部喷射物质的喷气发动机。例如:带有氧化剂和燃烧剂以产生燃气射流。

  火箭发动机所达到的推力和速度远远超过了一般的推进方法。这种发动机不依赖周围介质条件,在空间环境也能工作,这一特点,保证了在不同飞行速度下,发动机产生的推力不受空气接受能力的影响,而是恒定的,这也使得火箭(发动机)所能达到的飞行速度比其它任何类型发动机要高得多;其次,由于是直接反作用运动,没有中间机构,在主要的喷射通道中不存在限制工作温度的运动机构,这就决定了火箭发动机的结构简单,而所产生的推力却很大。

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