實拍SpaceX獵鷹9號再次升空 成功將7顆衛星送入軌道
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簡介
火箭發動機就是利用衝量原理,自帶推進劑、不依賴外界空氣的噴氣發動機。火箭發動機是噴氣發動機的一種,將推進劑貯箱或運載工具內的反應物(推進劑)變成高速射流,由於牛頓第三運動定律而產生推力。火箭發動機可用於航天器推進,也可用於導彈等在大氣層內飛行。大部分火箭發動機都是內燃機,也有非燃燒形式的發動機。
工作原理
大部分發動機靠排出高溫高速燃氣來獲得推力,固體或液體推進劑(由氧化劑和燃料組成)在燃燒室中高壓(10-200 bar)燃燒產生燃氣。
向燃燒室供入推進劑
液體火箭通過泵或者高壓氣體使氧化劑和燃料分別進入燃燒室,兩種推進劑成分在燃燒室混合併燃燒。而固體火箭的推進劑事先混合好放入燃燒室。固液混合火箭使用固體和液體混合的推進劑或氣體推進劑,也有使用高能電源將惰性反應物料送入熱交換機加熱,這就不需要燃燒室。火箭推進劑在燃燒並排出產生推力前通常儲存在推進劑箱中。推進劑一般選用化學推進劑,在經歷放熱化學反應後產生高溫氣體用於火箭推進。
燃燒室
化學火箭的燃燒室通常呈圓柱體形,其尺寸要滿足推進劑充分燃燒,所用推進劑不同,尺寸不同。用L * 描述燃燒室尺寸
Vc 是燃燒室容量
At 是噴口面積
L* 的範圍通常為25-60英尺(0.6 - 1.5 m)
燃燒室的壓力和溫度通常達到極值,不同於吸氣式噴氣發動機有足夠的氮氣來稀釋和冷卻燃燒,火箭發動機燃燒室的溫度可達到化學上的標準值。而高壓意味著熱量在燃燒室壁的傳導速度非常快。
燃燒室收縮比
燃燒室的收縮比是指燃燒室橫截面積與噴管喉部面積之比。當推進劑和燃燒室壓力一定時,收縮比與質量流量密度成反比,選定質量流量密度也就選定了燃燒室收縮比。但利用收縮比來選擇燃燒室直徑更直接和方便一些。收縮比的選擇主要是根據實驗或者統計方法,推薦以下數據:
對於大多數泵壓式供應系統的大推力和高壓燃燒室,收縮比常取1.3~2.5
對於採用離心式噴嘴的燃燒室,收縮比常取4~5
噴嘴
發動機的外形主要取決於膨脹噴嘴的外形:鐘罩形或錐形。在一個高膨脹比的漸縮漸闊噴嘴中,燃燒室產生的高溫氣體通過一個開孔(噴口)排出。
如果給噴嘴提供足夠高的壓力(高於圍壓的2.5至3倍),就會形成噴嘴阻流和超音速射流,大部分熱能轉化為動能,由此增加排氣的速度。在海平面,發動機排氣速度達到音速的十倍並不少見。
火箭發動機
一部分火箭推力來自燃燒室內壓力的不平衡,但主要還是來自擠壓噴嘴內壁的壓力。排出氣體膨脹(絕熱)時對內壁的壓力使火箭朝向一個方向運動,而尾氣向相反的方向。
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