火箭發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理

如果對(duì)你有幫助，請(qǐng)下載使用!火箭發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理迄今為止，人類(lèi)從事的最神奇的事業(yè)就是太空探索了。它的神奇之處很大程度上是因?yàn)樗膹?fù)雜性。太空探索是非常復(fù)雜的，因?yàn)槠渲杏刑嗟膯?wèn)題需要解決，有太多的障礙需要克服。所面臨的問(wèn)題包括：太空的真空環(huán)境熱量處理問(wèn)題重返大氣層的難題軌道力學(xué)微小隕石和太空碎片宇宙輻射和太陽(yáng)輻射在無(wú)重力環(huán)境下為衛(wèi)生設(shè)施提供后勤保障但在所有這些問(wèn)題中，最重要的還是如何產(chǎn)生足夠的能量使太空船飛離地面。于是火箭發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。一方面，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)是如此簡(jiǎn)單，您完全可以自行制造和發(fā)射火箭模型，所需的成本極低（有關(guān)詳細(xì)信息，請(qǐng)參見(jiàn)本文最后一頁(yè)上的鏈接）。而另一方面，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)（及其燃料系統(tǒng)）又是如此復(fù)雜，目前只有三個(gè)國(guó)家曾將自己的宇航員送入軌道。在本文中，我們將對(duì)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行探討，以了解它們的工作原理以及一些與之相關(guān)的復(fù)雜問(wèn)題?；鸺l(fā)動(dòng)機(jī)基本原理當(dāng)大多數(shù)人想到馬達(dá)或發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，會(huì)認(rèn)為它們與旋轉(zhuǎn)有關(guān)。例如，汽車(chē)?yán)锏耐鶑?fù)式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)能量以驅(qū)動(dòng)車(chē)輪。電動(dòng)馬達(dá)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)能量則用來(lái)驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇或轉(zhuǎn)動(dòng)磁盤(pán)。蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)也用來(lái)完成同樣的工作，蒸汽輪機(jī)和大多數(shù)燃?xì)廨啓C(jī)也是如此?；鸺l(fā)動(dòng)機(jī)則與之有著根本的區(qū)別。它是一種反作用力式發(fā)動(dòng)機(jī)。火箭發(fā)動(dòng)機(jī)是以一條著名的牛頓定律作為基本驅(qū)動(dòng)原理的，該定律認(rèn)為''每個(gè)作用力都有一個(gè)大小相等、方向相反的反作用力〃。火箭發(fā)動(dòng)機(jī)向一個(gè)方向拋射物質(zhì)，結(jié)果會(huì)獲得另一個(gè)方向的反作用力。如果對(duì)你有幫助，請(qǐng)下載使用!開(kāi)始時(shí)您可能很難理解''拋射物質(zhì)，獲得反作用力〃這個(gè)概念，因?yàn)檫@好像和真實(shí)情況不大一樣?；鸺l(fā)動(dòng)機(jī)似乎只會(huì)發(fā)出火焰和噪音，制造壓力，而與''拋射物質(zhì)〃沒(méi)什么關(guān)系。我們來(lái)看幾個(gè)例子，以便更好地了解真實(shí)情況：如果您曾經(jīng)使用過(guò)獵槍?zhuān)貏e是那種12鉛徑的大獵槍?zhuān)敲茨椭浪鼤?huì)產(chǎn)生巨大的''撞擊力〃。也就是說(shuō)，當(dāng)您開(kāi)槍時(shí)，獵槍會(huì)狠狠地向后'撞擊〃您的肩膀。這種撞擊力就是反作用力。獵槍將31.1克的金屬以大約1120公里/小時(shí)的速度沿某個(gè)方向發(fā)射出去，同時(shí)您的肩膀會(huì)受到反作用力的撞擊。如果您開(kāi)槍時(shí)穿著輪滑鞋或站在滑雪板上，槍會(huì)起到類(lèi)似于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的作用，反作用力會(huì)使您向相反的方向滑動(dòng)。如果您見(jiàn)過(guò)粗大的消防水管?chē)娝膱?chǎng)景，可能會(huì)注意到消防員要花很大的力氣才能抓住它（有時(shí)您會(huì)看到有兩名或三名消防員手持同一根消防水管）。水管發(fā)生的情況與火箭發(fā)動(dòng)機(jī)類(lèi)似。水管向一個(gè)方向噴水，消防員們則運(yùn)用自身的力量和重量來(lái)克服反作用力。如果他們放開(kāi)水管，那么水管會(huì)勁頭十足地四處亂撞。如果消防員全都站在滑雪板上，水管將推動(dòng)他們以極快的速度向后移動(dòng)。如果您吹起一個(gè)氣球，然后放開(kāi)它，那么它會(huì)滿(mǎn)屋子亂飛，直到里面的空氣漏光為止，這就是您制造的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。在這種情況下，被拋射出去的是氣球中的空氣分子。與許多人的想法不同，空氣分子其實(shí)是有質(zhì)量的（請(qǐng)查看有關(guān)氮的頁(yè)面，以便更好地了解空氣質(zhì)量的問(wèn)題）。如果您讓空氣從氣球的噴口中噴出來(lái)，氣球的其余部分則會(huì)向相反的方向運(yùn)動(dòng)。太空棒球賽的場(chǎng)景想像下面的情景：您穿著一套太空服，飄浮在航天飛機(jī)外的太空中，您的手中恰好有一個(gè)棒球。如果您把棒球扔出去，反作用力會(huì)使您的身體朝與棒球相反的方向移動(dòng)。身體離開(kāi)的速度，是由您扔出的棒球的質(zhì)量和您使它獲得的加速度決定的。質(zhì)量與加速度相乘即為作用力的大小（f=m*a）。無(wú)論您向棒球施加的力有多大，它和作用在您身體上的反作用力總是大小相等（m*a=m*a）。所以，我們不妨假設(shè)棒球的質(zhì)量為1磅，而您的身體與太空服的總質(zhì)量為100磅。您以9.75米/秒（33.8公里/小時(shí)）的速度將棒球扔出去。也就是說(shuō)，您用手臂加速質(zhì)量為1磅的棒球，使它獲得33.8公里/小時(shí)的速度。您的身體將受到反作用力，但身體的質(zhì)量是棒球的100倍。因此，它向相反方向運(yùn)動(dòng)的速度是棒球的百分之一，即0.098米/秒（0.338公里/小時(shí)）。如果想讓棒球產(chǎn)生更大的推力，您有兩個(gè)選擇：增大棒球的質(zhì)量或提高它的加速度。您可以扔出一個(gè)質(zhì)量更大的棒球，或接連不斷地扔出多個(gè)棒球（增大質(zhì)量），也可以用更快的速度將棒球扔出去（提高它的加速度）。不過(guò)，您能采取的方法也僅此而已。

如果對(duì)你有幫助，請(qǐng)下載使用!NASA供圖這是在美國(guó)密西西比州的漢考克郡進(jìn)行的一次發(fā)射測(cè)試中，由一臺(tái)遠(yuǎn)程照相機(jī)拍攝的航天飛機(jī)主發(fā)動(dòng)機(jī)的特寫(xiě)照片?；鸺l(fā)動(dòng)機(jī)通常拋射的是高壓氣體形式的物質(zhì)。發(fā)動(dòng)機(jī)向某個(gè)方向噴出氣體物質(zhì)，以獲得相反方向的反作用力。這些物質(zhì)來(lái)自火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒的燃料。燃燒過(guò)程使燃料物質(zhì)得以加速，使之以極高的速度從火箭噴口噴出。燃料在燃燒過(guò)程中由固態(tài)或液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣體，但并不會(huì)使其質(zhì)量發(fā)生變化。如果您燃燒一斤火箭燃料，那么就有一斤排出物以高溫高速的氣體形式從噴口噴出。形態(tài)發(fā)生了改變，但質(zhì)量則保持不變。而燃燒過(guò)程會(huì)加快物質(zhì)的速度。下面我們來(lái)了解有關(guān)推力的更多知識(shí)。推力和固體