18新利最新登入火箭发动机工作原理

想象以下情况:你穿太空服和你旁边漂浮在空中航天飞机;你碰巧有一个棒球手。

如果你把棒球,你的身体就会朝着相反的方向反应的球。的控制你的身体移动的速度重量你的棒球扔的加速度适用于它。质量乘以加速度是力(f = m *)。无论迫使你适用于棒球将由一个完全相同的反应平衡的力量应用于你的身体(m * = m *)。假设棒球重量1磅,和你的身体加上宇航服重100磅。你扔掉棒球的速度每秒32英尺(21英里/小时)。也就是说,你的手臂加速磅重的棒球,获得21英里每小时的速度。你的身体反应,但它比棒球重100倍。因此,它在一百棒球的速度移动,或0.32英尺每秒(0.21英里)。

如果你想创造更多推力从你的棒球,你有两种选择:增加质量或增加加速度。你可以抛出一个重棒球扔一些棒球或一个接一个(增加质量),或者你可以把棒球扔更快(增加加速度)。但这是你所能做的一切。

火箭发动机通常把质量的形式高压气体。引擎将气体的质量在一个方向上,为了得到一个反应相反的方向。质量来自于火箭发动机燃烧燃料的重量。燃烧过程加速燃料的质量,这样出来的火箭喷嘴在高速度。的燃料从固体或液体变成气体燃烧时不会改变它的质量。如果你烧一磅的火箭燃料,一磅排气喷嘴出来的形式高温、高速气体。形式的变化,但是质量没有。燃烧过程加速质量。

接下来让我们了解更多关于推力。

火箭发动机被称为的“力量”推力。推力测量“磅推力”在美国和在牛顿公制(4.45牛顿的推力= 1磅推力)。一磅推力的推力保持磅重的物体静止对抗的力量重力在地球上。等等地球重力加速度是32英尺每秒每秒(21英里/秒)。如果你是漂浮在空间袋棒球,你扔一个棒球在21英里每秒远离你,你的棒球会产生相当于1磅推力。如果你把棒球而不是在42英里,那么你将会生成2磅的推力。如果你扔在2100英里/小时(也许,拍摄出来的某种棒球枪),那么你就产生了100磅的推力,等等。

火箭的一个有趣的问题是,对象引擎想把实际重量的东西,和火箭携带,重量。假设你想为一个小时产生100磅的推力通过投掷一个棒球每秒2100英里的速度。这意味着你必须开始用3600磅棒球(一小时有3600秒),或3600磅的棒球。因为你只有100磅宇航服,你可以看到你的“燃料”小矮人的重量载荷的重量(你)。事实上,燃料重量36倍负载。这是很常见的。这就是为什么你必须有一个巨大的火箭现在得到一个微小的人进入太空,你必须携带大量燃料。

你可以看到航天飞机重量方程非常清楚。如果你看过发射航天飞机,你知道有三个部分:

空航天飞机重165000磅。外部燃料箱空重78100磅。两个固体火箭助推器185000磅空。然后你要加载的燃料。每个SRB持有110万磅的燃料。外部燃料箱将143000加仑的液态氧(1359000英镑)和383000加仑的液体氢(226000磅)。整个车辆——航天飞机外部燃料箱,固体火箭助推器外壳和所有的燃料,在发射的总重量为440万磅。440万英镑得到165000英镑的轨道是一个相当大的区别!公平地说,航天飞机可以携带65000磅的有效载荷(15 x 60英尺大小),但它仍然是一个很大的区别。轨道飞行器的燃料重近20倍[来源:航天飞机运营商的手册)。

所有的燃料被赶出航天飞机的后面也许每小时6000英里的速度(典型的化学火箭的火箭排气速度范围5000到10000英里/小时)。燃烧的固体火箭助推器大约两分钟,在启动生成大约330万磅的推力(265万磅的平均燃烧)。三个主引擎(使用外部燃料箱中的燃料)燃烧大约8分钟,每个在燃烧产生375000磅的推力。

在下一节中,我们将看看特定燃料混合物在固体燃料火箭。

固体燃料火箭引擎是第一个引擎由人创造的。他们发明了几百年前在中国,已经得到了广泛的应用。线的“火箭的红色眩光”国歌(写在1800年初)谈论小军事固体燃料火箭交付使用炸弹或燃烧装置。所以你可以看到,火箭已经在使用相当一段时间。

背后的想法简单的固体燃料火箭很简单。你想要做的是创造一些燃烧很快但不爆炸。你也知道,火药爆炸。火药是由75%的硝酸,15%的碳和硫的10%。在火箭发动机,你不想要爆炸,你想更均匀地在一段时间内发布。因此,你可能会改变72%硝酸的混合,24%碳和硫的4%。在这种情况下,而不是火药,你会得到一个简单的火箭燃料。这种混合将会迅速燃烧,但它不爆炸如果加载正确。这是一个典型的横截面:

在左边你看到火箭点火之前。固体燃料的绿色所示。18新利最新登入它是圆柱形,管中间钻。当你点燃燃料,燃烧管的沿墙。燃烧,燃烧向外套管,直到所有的燃料消耗。在一个小模型火箭发动机或在一个小小的瓶子火箭燃烧可能最后第二个或更少。在航天飞机SRB包含超过一百万磅的燃料,燃烧持续大约两分钟。

当你读到先进的固体燃料火箭像航天飞机固体火箭助推器,你经常阅读:

这段论述不仅燃料混合物的配置通道钻中心的燃料。“11点星形穿孔”可能会是这个样子:

这个想法是为了增加信道的表面积,从而增加了燃烧区,因此推力。当燃料燃烧时,横置塑造成一个圈。对于火箭推进器,它让引擎高初始推力和推力降低中间的飞行。

固体燃料火箭发动机有三个重要的优势:

他们也有两个缺点:

缺点意味着固体燃料火箭是有用的(如用于任务导弹),或者对增压系统。当你需要能够控制引擎,您必须使用一种液体推进剂系统。接下来我们将了解这些和其他的可能性。

1926年,罗伯特·戈达德第一液体推进剂火箭发动机测试。他的引擎使用汽油和液态氧。他还在工作,解决火箭发动机设计中的一些基本问题,包括泵机制、冷却策略和指导安排。这些问题使液体推进剂火箭如此复杂。

的基本思想很简单。在大多数液体推进剂火箭发动机,燃料和氧化剂(例如,汽油和液态氧)注入燃烧室。他们燃烧来创建一个热气体的高压和高速流。这些气体流量通过喷嘴加速进一步(5000到10000英里/小时退出速度是典型的),然后他们离开引擎。下面的高度简化的图表显示了您的基本组件。18新利最新登入

这个图表没有显示典型的发动机的实际复杂性(见的18新利最新登入一些链接在页面的底部好图片和描述的引擎)。例如,它是正常的燃料或氧化剂是冷液化气体像液态氢和液态氧。的一个重大问题在液体推进剂火箭发动机冷却燃烧室和喷管,首先低温液体流通冷却过热的部分。泵必须产生极高的压力为了克服压力,在燃烧室燃烧燃料产生。航天飞机的主发动机实际使用两个抽水阶段和燃烧的燃料来驱动第二阶段泵。所有的泵和冷却是一个典型的液体推进剂发动机看起来更像一个管道项目失控造成比其他——看看引擎这个页面明白我的意思。

各种各样的用于液体推进剂火箭发动机燃料组合。例如:

我们习惯于看到化学火箭发动机的燃料燃烧来产生推力。然而还有许多其他的方法来产生推力。18新利最新登入把质量做的任何系统。如果你能找出一种棒球加速到极高的速度,你会有一个可行的火箭发动机。唯一的问题是,这种做法将是棒球“排气”(高速棒球的)左流在空间。这种小问题导致火箭发动机排气产品设计师喜欢气体。

许多火箭引擎非常小。例如,态度推进器卫星不需要产生推力。卫星上发现的一个常见的引擎设计不使用“燃料”—加压氮气推进器只是从一辆坦克通过一个喷嘴吹氮气。这样的推进器保持在轨道上的太空实验室,也用于载人航天飞机操纵系统。

新引擎的设计正试图找到方法来加速离子或原子粒子极高的速度更高效地创建推力。美国宇航局的深空一号是第一个使用离子发动机推进[来源:SPACE.com]。看到这个页面附加讨论等离子体和离子引擎。

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