Question

火箭推进器原理

Answer 1

火箭推进原理
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。
那么什么是直接反作用运动呢？
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。
喷气发动机分为两大类：
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。