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    火箭推進原理

    火箭推進理論是航天理論的基礎之一。火箭發動機是一種推進工具,它能提供強大動力,使航天器達到所需要的宇宙速度。它的工作是基於直接反作用運動的原理,這一原理特別有利於高速航行。

    那麼什麼是直接反作用運動呢?

    按照牛頓力學基本定律,兩個相互作用的物體,其作用力與反作用力總是同時存在,它們的大小相等,方向相反。因此,任何一種移動,廣義地說,都是反作用運動。舉兩個例子:一是輪船,由於船的葉輪作用在水上,水的反作用力使船前進;二是噴氣式(飛機)發動機,由於發動機中的燃料燃燒,膨脹的燃氣高速向後噴出,發動機便得到與燃氣噴出方向相反的推力而向前運動。

    以最一般的觀點去研究產生推力的現象時,上述兩種運動沒有任何區別,它們都是在反作用力的推動下運動的。但是,從反作用力產生的特徵來看,二者是有區別的:在第一個例子中,發動機本身不能引起運動,它僅是個能源,若船上有發動機而沒有葉輪,那麼,發動機的功率再大,船也是不能運動的。因此,除了發動機(能源)外,有著一個介於發動機和外界某物體(如本例中的水)之間的中間機構,它與外界某物體相互作用,井承受由此產生的反作用力。這種中間機構,通常稱為推進器(如本例中的葉輪);在第二個例子中,沒有中間機構,推力是由燃氣對發動機本身的反作用產生的。我們把前一種型別的運動稱為間接反作用運動,後一種型別的運動稱為直接反作用運動。當然,也有直接與間接反作用運動並存的混合式,如:渦輪螺漿式發動機,發動機能量的一部分傳給螺旋漿(推進器),另一部分,則產生燃氣流的直接反作用運動。

    噴氣推進屬於直接反作用運動。那麼什麼是噴氣推進呢?將物質以氣體噴射的形式從被推進的物體中噴出,這種推進方式稱為噴氣推進。

    噴氣推進所噴射的物質叫做推進劑;利用噴氣推進產生推力的發動機,叫做噴氣發動機。運動時,相互作用的物體,一個是發動機本身,另一個是從它內部噴出的高速氣流。高速氣流產生的反作用力作用於發動機本身,方向與氣流方向相反,這就是推力。

    噴氣發動機分為兩大類:

    一是空氣噴氣發動機,它是利用大氣來產生噴氣射流的噴氣發動機。例如:以大氣中的氧氣作為氧化劑,燃燒燃料產生燃氣射流;或在核子熱交換器中加熱空氣,然後由噴管排出;

    二是火箭發動機,它是自身攜帶全部噴射物質的噴氣發動機。例如:帶有氧化劑和燃燒劑以產生燃氣射流。

    火箭發動機所達到的推力和速度遠遠超過了一般的推進方法。這種發動機不依賴周圍介質條件,在空間環境也能工作,這一特點,保證了在不同飛行速度下,發動機產生的推力不受空氣接受能力的影響,而是恆定的,這也使得火箭(發動機)所能達到的飛行速度比其它任何型別發動機要高得多;其次,由於是直接反作用運動,沒有中間機構,在主要的噴射通道中不存在限制工作溫度的運動機構,這就決定了火箭發動機的結構簡單,而所產生的推力卻很大。

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