力學(xué)在航天技術(shù)的應(yīng)用ppt

1、LOGO 小組成員：小組成員： 組長(zhǎng)：張曉靜組長(zhǎng)：張曉靜 成員：甘俏姍成員：甘俏姍 張菲菲張菲菲 陳觀壽陳觀壽 王莉玲王莉玲 后期工作：全體人員后期工作：全體人員收集資料收集資料制作制作 pp t + 主講主講LOGO目錄目錄一、神九簡(jiǎn)介一、神九簡(jiǎn)介1二、發(fā)射入軌二、發(fā)射入軌2三、太空運(yùn)行三、太空運(yùn)行3四、返回地球四、返回地球4LOGO 一、神九簡(jiǎn)介一、神九簡(jiǎn)介中文名：中文名：神舟九號(hào)飛船神舟九號(hào)飛船運(yùn)載火箭：運(yùn)載火箭： 長(zhǎng)征二號(hào)長(zhǎng)征二號(hào)F運(yùn)載火箭運(yùn)載火箭發(fā)射地點(diǎn)：發(fā)射地點(diǎn)： 酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射時(shí)間：發(fā)射時(shí)間：2012年年6月月16日日18時(shí)時(shí)37分分 24秒秒 返回時(shí)間返回

2、時(shí)間20122012年年6 6月月2929日日1010時(shí)時(shí)搭載人數(shù)：搭載人數(shù)： 景海鵬、劉旺、劉洋（女）景海鵬、劉旺、劉洋（女）（一） 基本數(shù)據(jù)基本數(shù)據(jù) LOGO（二）四大亮點(diǎn)（二）四大亮點(diǎn)LOGO（三）（三）LOGO（四）解剖運(yùn)載火箭（四）解剖運(yùn)載火箭動(dòng)力裝置系統(tǒng)動(dòng)力裝置系統(tǒng)（又稱(chēng)推（又稱(chēng)推進(jìn)系統(tǒng)）進(jìn)系統(tǒng)） 逃逸塔：逃逸塔：保飛船萬(wàn)全保飛船萬(wàn)全整流罩：整流罩：使航天器免使航天器免受氣動(dòng)力和氣動(dòng)熱的受氣動(dòng)力和氣動(dòng)熱的損傷損傷LOGO （五）飛船多艙段結(jié)構(gòu) 軌道艙軌道艙：航天員航天員 的的“太空臥室太空臥室” 返回艙：返回艙：航天員航天員 的的“駕駛駕駛室室”附加段附加段:對(duì)接機(jī)構(gòu)對(duì)接機(jī)構(gòu)推進(jìn)艙

3、：推進(jìn)艙：用于飛船的姿態(tài)控用于飛船的姿態(tài)控制、變軌和制動(dòng)等制、變軌和制動(dòng)等 LOGO二、發(fā)射入軌二、發(fā)射入軌運(yùn)載火箭運(yùn)載火箭人類(lèi)登天的階梯人類(lèi)登天的階梯 火箭是以熱氣流高速向后火箭是以熱氣流高速向后噴出，利用產(chǎn)生的反作用噴出，利用產(chǎn)生的反作用力向前運(yùn)動(dòng)的噴氣推進(jìn)裝力向前運(yùn)動(dòng)的噴氣推進(jìn)裝置。置。 它自身攜帶燃燒劑與氧化它自身攜帶燃燒劑與氧化劑，不依賴空氣中的氧助劑，不依賴空氣中的氧助燃，既可在大氣中，又可燃，既可在大氣中，又可在外層空間飛行。在外層空間飛行。LOGO發(fā)射階段的基本原理發(fā)射階段的基本原理 （一）（一）第一宇宙速度第一宇宙速度 航天器沿地球表面作圓周運(yùn)動(dòng)航天器沿地球表面作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)必

4、須具備的速度，也叫環(huán)繞速時(shí)必須具備的速度，也叫環(huán)繞速度。度。7.9km/GMvsR=注意：注意：發(fā)射速度大于發(fā)射速度大于7.9km/s，而小于，而小于11.2km/s，航天器繞地，航天器繞地球運(yùn)動(dòng)的軌跡球運(yùn)動(dòng)的軌跡不是圓不是圓，而是，而是橢圓橢圓；發(fā)射速度；發(fā)射速度等于或大于等于或大于11.2km/s時(shí)，航天器就會(huì)脫離地球的引力，不再繞地球運(yùn)行。時(shí)，航天器就會(huì)脫離地球的引力，不再繞地球運(yùn)行。LOGO（二）發(fā)射階段的基本原理（二）發(fā)射階段的基本原理（2）牛頓第三定律：）牛頓第三定律：即作用力與反作用力即作用力與反作用力定律。火箭正是靠著定律?；鸺强恐剂贤屏Ξa(chǎn)生的反作燃料推力產(chǎn)生的反作用力而

5、沖上云霄的。用力而沖上云霄的。LOGO（二）發(fā)射階段的基本原理（二）發(fā)射階段的基本原理（3）動(dòng)量守恒定律）動(dòng)量守恒定律 火箭飛行的另火箭飛行的另 一個(gè)重要依據(jù)就是動(dòng)量守恒定律。一個(gè)重要依據(jù)就是動(dòng)量守恒定律。燃?xì)鈬姲l(fā)時(shí)做反沖運(yùn)動(dòng)，作用力很大，地球引燃?xì)鈬姲l(fā)時(shí)做反沖運(yùn)動(dòng)，作用力很大，地球引力和空氣阻力與燃料燃燒所產(chǎn)生的推力相比極力和空氣阻力與燃料燃燒所產(chǎn)生的推力相比極小，不影響動(dòng)量守恒，且作用時(shí)間短，從而使小，不影響動(dòng)量守恒，且作用時(shí)間短，從而使火箭獲得很大的速度，進(jìn)而飛入太空?；鸺@得很大的速度，進(jìn)而飛入太空。LOGO火箭提速依據(jù)的公式火箭提速依據(jù)的公式 航天之父航天之父齊奧爾科夫斯基齊奧爾科夫

6、斯基 基于動(dòng)量守恒定律提出了基于動(dòng)量守恒定律提出了變質(zhì)量火箭方程變質(zhì)量火箭方程： V=lnM0/Mk V發(fā)動(dòng)機(jī)?；饡r(shí)火箭的速度發(fā)動(dòng)機(jī)停火時(shí)火箭的速度噴氣的速度噴氣的速度M0火箭火箭+燃料的總質(zhì)量，燃料的總質(zhì)量，Mk火箭的質(zhì)量火箭的質(zhì)量LOGO怎樣給火箭提速？怎樣給火箭提速？ 由齊奧爾科夫斯基的公式可知，火箭由齊奧爾科夫斯基的公式可知，火箭飛行速度與飛行速度與和和M0/Mk的自然對(duì)數(shù)成正比，的自然對(duì)數(shù)成正比，即即噴氣速度越大，所攜帶推進(jìn)劑越多，火噴氣速度越大，所攜帶推進(jìn)劑越多，火箭最后能達(dá)到的速度也就越大。箭最后能達(dá)到的速度也就越大。 事實(shí)上，目前尚未研制出用以提速的事實(shí)上，目前尚未研制出用以提

7、速的高能燃料；而若想提高質(zhì)量比，在不改變高能燃料；而若想提高質(zhì)量比，在不改變推進(jìn)劑質(zhì)量的前提下減輕殼體質(zhì)量，這樣推進(jìn)劑質(zhì)量的前提下減輕殼體質(zhì)量，這樣也是行不通的。于是，人們想出了給火箭也是行不通的。于是，人們想出了給火箭“接力接力”的辦法。的辦法。LOGO火箭火箭“接力接力”的三種形式的三種形式串聯(lián)式并聯(lián)式混聯(lián)式LOGO（三）發(fā)射階段的力學(xué)原理（三）發(fā)射階段的力學(xué)原理 4、超重、超重 飛船進(jìn)入軌道的飛船進(jìn)入軌道的加速上升加速上升過(guò)程和返回時(shí)的過(guò)程和返回時(shí)的減速減速下降下降過(guò)程，航天員都處于超重狀態(tài)。過(guò)程，航天員都處于超重狀態(tài)。LOGO二、太空運(yùn)行二、太空運(yùn)行1、太空飛行方式、太空飛行方式飛船在

8、太空飛行基本有飛船在太空飛行基本有兩種方式：兩種方式：軌道運(yùn)行和變軌道運(yùn)行和變軌飛行。軌飛行。 本次神舟九號(hào)飛船進(jìn)行本次神舟九號(hào)飛船進(jìn)行了了5次變軌來(lái)追趕天宮一次變軌來(lái)追趕天宮一號(hào)。號(hào)。LOGO2、對(duì)接技術(shù)、對(duì)接技術(shù) 我國(guó)此次載人交會(huì)對(duì)接我國(guó)此次載人交會(huì)對(duì)接 最主要的目的就是最主要的目的就是要掌握航天員要掌握航天員手控對(duì)接手控對(duì)接技術(shù)。技術(shù)。 LOGO（二）軌道飛行中的力學(xué)原理（二）軌道飛行中的力學(xué)原理 1、萬(wàn)有引力定律、萬(wàn)有引力定律 飛船繞軌運(yùn)動(dòng)，萬(wàn)有引力飛船繞軌運(yùn)動(dòng)，萬(wàn)有引力提供向心力提供向心力1687年年 牛頓提出了萬(wàn)有引力定律牛頓提出了萬(wàn)有引力定律 LOGO（二）軌道飛行中的力學(xué)原理（

9、二）軌道飛行中的力學(xué)原理 2、失重、失重 飛船進(jìn)入繞地軌道時(shí)飛船進(jìn)入繞地軌道時(shí),只受到地球引力作用只受到地球引力作用,使使之繞地球做圓周地運(yùn)動(dòng)之繞地球做圓周地運(yùn)動(dòng),進(jìn)入進(jìn)入失重（因?yàn)橹亓μ崾е兀ㄒ驗(yàn)橹亓μ峁┫蛐牧Γ┕┫蛐牧Γ顟B(tài)。狀態(tài)。LOGO3、軌道運(yùn)行滿足開(kāi)普勒定律、軌道運(yùn)行滿足開(kāi)普勒定律 開(kāi)普勒第一定律開(kāi)普勒第一定律軌道定律軌道定律 飛船的運(yùn)行軌道是一個(gè)橢圓，飛船的運(yùn)行軌道是一個(gè)橢圓，地球位于橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。地球位于橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。vLOGO開(kāi)普勒第二定律開(kāi)普勒第二定律面積定律面積定律 飛船的向徑（地心到載人飛船的連線）在相等飛船的向徑（地心到載人飛船的連線）在相等的時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的面積

10、相等。的時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的面積相等。LOGO開(kāi)普勒第三定律開(kāi)普勒第三定律周期定律周期定律32akTvLOGO（二）軌道飛行中的力學(xué)原理（二）軌道飛行中的力學(xué)原理 4、離心運(yùn)動(dòng)、離心運(yùn)動(dòng) 飛船要送到指定高度圓飛船要送到指定高度圓軌道飛行時(shí)，先是從低軌道飛行時(shí)，先是從低圓軌道運(yùn)行到橢圓軌道，圓軌道運(yùn)行到橢圓軌道，然后在然后在P點(diǎn)再加速到目點(diǎn)再加速到目標(biāo)軌道。標(biāo)軌道。 在在Q點(diǎn)點(diǎn)短暫開(kāi)機(jī)，飛船短暫開(kāi)機(jī)，飛船的的速度增加，向心力增速度增加，向心力增大，地球萬(wàn)有引力不足大，地球萬(wàn)有引力不足以提供這么大的向心力以提供這么大的向心力，飛船做離心運(yùn)動(dòng)。飛船做離心運(yùn)動(dòng)。LOGO（二）軌道飛行中的力學(xué)原理（二）軌道飛行

11、中的力學(xué)原理 5、能量守恒定律、能量守恒定律 從能量角度分析從能量角度分析飛船在橢飛船在橢圓軌道上運(yùn)行時(shí)，離地高度在圓軌道上運(yùn)行時(shí)，離地高度在變化，其速度大小也在變化。變化，其速度大小也在變化。近地點(diǎn)近地點(diǎn)Q的速度大，動(dòng)能也就的速度大，動(dòng)能也就大，遠(yuǎn)地點(diǎn)大，遠(yuǎn)地點(diǎn)P速度小，動(dòng)能也速度小，動(dòng)能也就小就小。 能量是不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)能量是不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，因此在此過(guò)程中，憑空消失，因此在此過(guò)程中，由能量守恒可知，由能量守恒可知，飛船動(dòng)能的飛船動(dòng)能的減小或增大轉(zhuǎn)化為飛船的勢(shì)能減小或增大轉(zhuǎn)化為飛船的勢(shì)能。LOGO四、返回地球四、返回地球飛船返回首先需降低飛行速度飛船返回首先需降低飛行速度

12、 LOGO飛船如何安全回家飛船如何安全回家飛船返回著陸的過(guò)程可分為以下四個(gè)階段：飛船返回著陸的過(guò)程可分為以下四個(gè)階段： 一是制動(dòng)飛行階段：飛船在太空中運(yùn)行最后一圈一是制動(dòng)飛行階段：飛船在太空中運(yùn)行最后一圈時(shí)，地面測(cè)控部門(mén)向飛船發(fā)出返回指令，飛船隨時(shí)，地面測(cè)控部門(mén)向飛船發(fā)出返回指令，飛船隨即即調(diào)整姿態(tài)調(diào)整姿態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火制動(dòng)，進(jìn)入返回軌道。制動(dòng)，進(jìn)入返回軌道。LOGO二是自由滑行階段二是自由滑行階段 飛船以無(wú)動(dòng)力飛行狀態(tài)自由下降。當(dāng)高度降飛船以無(wú)動(dòng)力飛行狀態(tài)自由下降。當(dāng)高度降至距離地面至距離地面140公里公里處時(shí)，處時(shí)，推進(jìn)艙和返回艙推進(jìn)艙和返回艙分離分離，推進(jìn)艙在穿越大氣層時(shí)燒毀，返回艙，推進(jìn)艙在穿越大氣層時(shí)燒毀，返回艙繼續(xù)下降。繼續(xù)下降。LOGO三是再入大氣層階段三是再入大氣層階段 飛船進(jìn)入大氣層時(shí)，飛船表面和大氣層摩擦飛船進(jìn)入大氣層時(shí)，飛船表面和大氣層摩擦產(chǎn)生巨大熱量，在飛船表面形成高溫等產(chǎn)生巨大熱量，在飛船表面形成高溫等離子氣體離子氣體層層，并對(duì)，并對(duì)電磁波造成屏蔽電磁波造成屏蔽形成形成“黑障黑障”，使飛船，使飛船在在240秒內(nèi)與地面失去聯(lián)系。秒內(nèi)與地面失去聯(lián)系。LOGO四是著陸階段四是著陸階段 當(dāng)返回艙降至離地面約當(dāng)返回艙降至離地