火箭的动机构造原理?
利用核反应或放射性衰变释放出热量加热工质(工作介质)产生推力的火箭发动机。
这种发动机的比冲高、寿命长,但技术复杂,只适用于长期工作的航天器,也可用于运载火箭的高能末级。核火箭发动机根据核反应方式的不同分为三种类型:放射性同位素衰变型、核裂变型和核聚变型。相应的发动机称为放射性同位素火箭发动机、核裂变型火箭发动机以及热核火箭发动机。核反应堆中的核反应物质依状态不同分为固体堆芯和气体堆芯。放射性同位素火箭发动机的推力较小,一般在1牛以下,比冲为250~800秒。核裂变型火箭发动机比冲较高,采用固体堆芯可达750~1200秒,采用气体堆芯则高达 5000~10000秒。核火箭发动机由装在推力室承压壳体内的核反应堆、冷却喷管、工质输送系统和控制系统组成。在核反应堆中,核能转变为热能,加热工质。核火箭发动机使用的工质都是低分子量物质,如液氢、液氦和液氨等。输送系统将工质先送入喷管冷却套冷却推力室,然后进入反应堆加热,最后通过喷管膨胀加速排出。发动机控制系统调节工质的流量和控制反应堆的功率。核火箭发动机虽然从60年代初就开始研制,但至今尚处于试验阶段,未能实用。研制中存在的主要技术问题是辐射防护、排气污染、反应堆的控制和高效率换热器的设计等。
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。
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