火箭推进的力学原理是什么?废气是如何推动火箭的?

时间:2021-04-12 08:49:32   作者:
在火箭内部,有一个燃烧室,我们在里面点燃燃料和氧化剂。它们燃烧,转化成一种非常热的气体,迅速膨胀。但是燃烧室是刚性的,只有一个小孔,所以气体就从这个小孔从火箭后部喷射出去。

火箭推进的力学原理是什么?废气是如何推动火箭的?

或者每一个作用力都有一个大小相等,方向相反的反作用力。

想象一下,你穿着旱冰鞋,手里拿着一个沉重的炮弹。如果你把炮弹扔到你面前会发生什么?

火箭推进的力学原理是什么?废气是如何推动火箭的?

如果有一个力推动炮弹向前,那么一定有一个大小相等,方向相反的力推动你向后。

但是,你后退的速度不会和炮弹前进的速度一样快,因为你更大。这个概念涉及到动量。

火箭推进的力学原理是什么?废气是如何推动火箭的?

动量(P)等于物体的质量(m)乘以速度(v)。

系统的动量守恒。这意味着,如果没有外界的影响,系统的总动量是恒定的。所以,如果你把炮弹扔出去,通过给它一个特定方向的速度来改变它的动量,动量的变化将是相等的,相反的。

齐奥尔科夫斯基在此基础上提出了一个火箭方程:

火箭推进的力学原理是什么?废气是如何推动火箭的?

火箭的速度变化量等于燃料的排气速度乘以火箭初始质量的自然对数除以最终质量。最终质量是初始质量减去从火箭后部喷出的燃料。

火箭推进的力学原理是什么?废气是如何推动火箭的?

因此,我们可以通过增加排气速度(使爆炸的燃料变热)或将燃料从火箭尾部喷射出去,使火箭更快。
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