火箭喷管的形状如何影响推力?

时间:2021-10-11 08:48:07   作者:
火箭喷管只有一个工作要做,那就是把所有从燃烧室出来的质量尽可能快地导向一个方向。它通过形成一个发散的喷嘴,让燃烧室中的热压缩气体扩展到狭窄的喉部,进入周围环境。通常这是通过使用De Laval喷嘴来实现的,它将热量和压力转换成凉爽的超音速流。

火箭喷管的形状如何影响推力

在理想的情况下,废气离开喷嘴时的压力与周围环境的压力完全匹配。如果这样做,那么所有的废气流是在一个方向,最大限度的推力潜力的燃料消耗。如果喷嘴太短,无法让废气充分膨胀,则称为膨胀不足,一部分废气将以与所需气流方向成一定角度的角度排出,从而降低推力。

如果你的引擎是在真空中运行,那么从定义上讲,你将永远有一个膨胀不足的喷管,因为要达到完全膨胀,它的尺寸实际上需要无穷大。然而,这是远远抵消发动机运行在真空中没有大气压力对(有效赋予它一个额外的1块燃烧室压力),这就是为什么真空优化喷嘴有更好的比冲量海平面比他们的兄弟,尽管失去了一些由于侧向膨胀推力。如果你想了解De Laval喷嘴的热力学,以及气体在通过喷嘴时的行为,那么有很多教程会深入解释发生了什么,以及在计算中施加了什么条件。

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理想情况下,喷管发出的推力与周围大气的环境压力相同。当火箭上升时,这并不总是可能的,因为压力会随着高度的升高而降低。你甚至可以看到火箭上的羽流在上升过程中扩大。你可以根据喷管的大小来判断火箭的运行位置。喷嘴小,在大气中较低。大喷嘴,接近真空的空间。航天飞机的主引擎有点不正常,因为它们的设计初衷是从海平面一直到近地轨道。
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