PDF《火箭的推进原理》

四、推进系统 推进系统由发动机和推进剂输送系统组成.在整个火箭中,推进剂及其贮箱常常 占嘶鸺宓暮艽笠徊糠 .正是由於推进剂燃烧后产生的高温高速气流从尾 部喷出,火箭才能前进. 01. 喷射原理 A. 牛顿第三运动定律(作用力与反作用力定律) :火箭推力的获得,乃由高速喷 出物反作用而生成.当高速喷气自喷管喷出时,使火箭获得一个与喷气动量 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.pdffactory.com 大小相等、方向相反的动量,而得以反向前进. B. 牛顿第二运动定律(动量跟作用力的关系) :动量为物体质量与速度的乘积, 与作用力呈正比关系,换句话说,若想增加火箭的推力,就必须增加喷气喷 射的速度或每秒钟喷出火箭的气体重量. 02.火箭发动机 火箭发动机是火箭的动力装置,它是一种不依靠空 气、能产生推力的装置.火箭发动机本身携带推进 剂,并能使推进剂含有的化学能或来自其他能源的 能量有效的转化成推进剂的动能,经发动机喷管向 外排出产生反作用推力. (注三) 火箭发动机依照使用的推进剂不同,可分为化学火 箭发动机、核火箭发动机、电火箭发动机和太阳加 热式火箭发动机等几种.目前实际用於航太的都是 化学火箭发动机,采用化学推进剂. (注五) 推力室是化学火箭发动机的主要构造,由燃烧室和喷管组成.推进剂在燃烧室内 经燃烧或催化反应将化学能转为燃气的热能和压力势能.而后,高温高压的燃气 通过喷管膨胀加速,使燃气所含的热能和压力势能转换成燃气的动能. (注六) 化学火箭发动机又可分为固态火箭发动机和液态火箭发动机 .而固态火箭跟液态 火箭便是现今比较常用的火箭.此外,还有混合火箭---就是用固体的燃料而用液 体的氧化剂.另外值得一提的是,现今多级运载火箭大多包含了液态火箭跟固态 火箭,也就是说,一个火箭可能一级是固态的而另一级却是液态的. A. 固态火箭发动机 固态火箭发动机采用固体推进剂,从底层向顶层或从内层向外层快速燃烧.固体 推进剂起源较早,推进剂直接装在燃烧室中,能直接保存於火箭内,通常可以储 藏5?10 年之久.固态火箭构造上比液态火箭简单很多,所以相对上,固态火箭 的可靠性跟安全性会比较高,且能在短时间内产生巨大推力,常用於军事飞弹、 助推器和航天器的变轨发动机.当然,它也会有许多缺点,如固体推进剂的能量 特性比液体推进剂低,所以固态火箭发动机的最大喷气速度比液态火箭发动机 低,其上限约为

3000 米/秒,因此固体火箭的比冲就比较低.其工作时间也因推 力室尺度的限制而较短,且推力调节、多次起动和重复使用也较困难.因此,固 液体火箭发动机的推力室 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.pdffactory.com 态火箭在使用上也会受到许多限制. 典型的固态火箭有下列几个主要部分:推进剂、燃烧室、喷嘴、以及点火器. 但由於现代科技的发展,如采用新型材料、新的高能推进剂等,使固态火箭的技 术性能不断提升、应用围更广泛.现代固体火箭推力可以从几牛顿到几千万牛 顿,工作时间也能长达数分钟. (注八) B. 液态火箭发动机 液态火箭发动机使用常温或低温下呈液态的推进剂,具有性能高、工作时间长、 适应力强、易做到多次启动等优点.液体推进剂燃烧的能量较高,喷气速度的上 限可达