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火箭的真空推力和海平面推力有什么區(qū)別?

2020-01-16 21:53 作者:瀚海狼山  | 我要投稿



現(xiàn)代大火箭仍然是目前讓人類本身和人類需要的物資脫離地球引力,實(shí)現(xiàn)外太空飛行的唯一辦法。雖然電磁長軌道彈射理論上也可以直接讓大型物體入軌,不過目前還沒到了普遍實(shí)用化的程度。也許是暫時(shí)作為秘密項(xiàng)目不對外公開。因此大型運(yùn)載火箭的地位仍然不可動(dòng)搖。瀚海狼山(匈奴狼山)在以前的推文中也講過現(xiàn)代火箭燃燒做功的過程,液體大火箭的發(fā)動(dòng)機(jī)部分,其實(shí)只占整個(gè)火箭總重的很小一部分。大部分重量都在燃料箱和氧化劑儲(chǔ)箱以及火箭的外殼上。而液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中,渦輪泵和噴嘴又占了發(fā)動(dòng)機(jī)重量的大部分,真正作為燃燒室的體積和重量占比都很小。液體大火箭的燃燒室和噴嘴,就像下部鋸掉底的兩節(jié)葫蘆。上層兩頭都通的就是燃燒室,而底下開大口的就是噴嘴了。液體火箭的燃料和,

氧化劑在燃燒室內(nèi)劇烈的燃燒,產(chǎn)生高溫高壓。而燃燒室向下的喉部又急劇的縮小了口徑,因此會(huì)讓噴出的燃?xì)膺_(dá)到超過音速10倍以上的高速。實(shí)際上液體火箭噴出燃燒室的燃?xì)獾幕瘜W(xué)反應(yīng)還沒有徹底完成。在下面的噴嘴中,仍然會(huì)加速燃燒反應(yīng)。有些液體大火箭甚至?xí)趪娮斓耐鈿ど?,再增加一些燃料供?yīng)的環(huán)繞管道。為噴嘴再注入一定的燃料加速燃燒。這很像噴氣飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)尾部直接噴油助燃的后燃器。理論上講,如果把這個(gè)向下的噴嘴做的無限大。那么火箭攜帶的燃料和氧化劑才能越充分的反應(yīng)完畢,把化學(xué)反應(yīng)的熱能全部轉(zhuǎn)化為燃?xì)馀蛎浄赐偏@得推力動(dòng)能。但是實(shí)際上卻無法把噴嘴做的無限大。因?yàn)閲娮熳龅脑酱?,火箭發(fā)動(dòng)機(jī)自身的重量就越大?;鸺痫w時(shí),都要求火箭工作發(fā)動(dòng)機(jī)的總推力要大于



全部火箭加有效載荷物的自重,也就是專業(yè)上講的推重比大于1。這樣火箭才能快速垂直上升,達(dá)到進(jìn)快脫離地球引力的目的。這樣噴嘴就不能做的太大太重,盡量減少1級火箭的自重。而且火箭起飛時(shí),還有一個(gè)問題,就是地面都是有大氣壓力的。一般默認(rèn)在海平面零米。大約20攝氏度的大氣壓力值是一個(gè)大氣壓。而火箭說到底,也是靠燃?xì)鈱ν鈬娚渥龉Φ囊环N吹氣裝置。地面火箭的燃燒室內(nèi)部的壓力首先要大于一個(gè)大氣壓,才可能克服大氣壓力對外噴氣產(chǎn)生推力。隨著火箭越飛越高,到了150公里以上的高空。大氣壓力會(huì)無限趨近于0,也就是逐步進(jìn)入真空狀態(tài)。這種失去大氣壓力限制的火箭的噴氣做功,效率其實(shí)是會(huì)提升的。也就是同樣一臺(tái)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。在真空中的推力一般大于在海平面高度的推力。而且火箭飛到了150公里高度以上,也可以憑借慣性。



讓持續(xù)工作的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的推力暫時(shí)小于二級火箭和有效載荷物全部加起來的自重,也就是推重比可以稍微小于1。此時(shí)的二級火箭的發(fā)動(dòng)機(jī),可以靠長比沖把有效載荷最終送入軌道。150公里以上高空基本已經(jīng)沒有明顯的大氣壓。此時(shí)可以把二級或者上面級的火箭的噴嘴做的相對比較大。最大限度的利用燃料燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化成推力。


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