液体火箭的工作原理(宇宙飞船是怎么启动的?)
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液体火箭的工作原理
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液体火箭的工作原理主要包括以下几个关键步骤:
1. 推进剂输送:液体火箭发动机工作时,液体推进剂(氧化剂和燃料)分别从储箱中被挤出,经由推进剂输送管道进入推力室。
2. 混合与燃烧:推进剂通过推力室头部喷注器混合雾化,形成细小液滴,被燃烧室中的火焰加热气化并剧烈燃烧,在燃烧室中变成高温高压燃气。
3. 能量转换与推力产生:燃气经过喷管被加速成超声速气流向后喷出,产生作用在发动机上的推力,推动火箭前进。这一过程中,推进剂的化学能首先转化为热能,然后通过燃气膨胀将热能转化为动能。
液体火箭发动机的主要组成部分包括推力室、推进剂供应系统和发动机控制系统。推力室是将液体推进剂的化学能转变成推进力的重要组件,它由推进剂喷嘴、燃烧室、喷管组件等组成。推进剂供应系统的功用是按要求的流量和压力向燃烧室输送推进剂。发动机控制系统则负责调节和监控发动机的工作状态,确保其按照预定的程序运行。
液体火箭发动机的优点包括发动机本身的质量较小,特别是对于大推力、长时间工作的发动机;有获得高比推力的可能性;有多次启动、关机及调节推力的可能性;发动机工作时间比较长;推进剂本身的造价较低等。其缺点为推进剂输送、贮送系统复杂,不便于长期贮存,不便于维护使用等。
液体火箭通过将液体推进剂输送到燃烧室进行燃烧,产生高温高压燃气,通过喷管加速喷出,从而产生推力,推动火箭飞行。
火箭助推器原理
它是一种动力装置,内含燃料,推动火箭、飞船升天。根据助推器所使用的燃料的不同,可以将助推器分为液体火箭助推器和固体火箭助推器。【液体火箭助推器】
液体火箭助推器(简称“液体助推器”)是一种捆绑在火箭芯级第一级,增加火箭运载能力的液体燃料小型火箭。与固体火箭助推器不同的是,液体助推器可以在必要时切断推进剂供应来紧急刹车。这对载人航天器发射很重要。联盟号运载火箭的前身R7导弹,就采用了液体助推器,使得火箭可以在发射台上点火检查发动机工作情况。80年代,苏联的能源号使用了四枚天顶号做助推器,将暴风雪号航天飞机和极地-1号送入太空。日本的H-IIA中有两个版本的火箭也使用了液体助推器来增加载荷。阿丽亚娜四号中部分型号(42L, 44L和44LP)采用了两或四个液体助推器。无助推器的标准型阿丽亚娜四号可以将2175kg货物送入转移轨道。而44L型可以将4790kg货物送入同一轨道。航天飞机研发期间就曾考虑过使用液体助推器,尤其是挑战者号事故后,又有提议用液体助推器换下航天飞机上的固体助推器,四家公司还为NASA设计了助推器。尽管液体助推器的安全性和高性能很有优势,然而研发成本迫使NASA坚持使用固体助推器。
【固体火箭助推器】
固体火箭助推器(Solid rocket boosters,SRB,简称“固体助推器”)是一种捆绑在航天运载器上提供附加推力(有时是主要推力)的火箭。阿丽亚娜五号、宇宙神五号以及的美国的航天飞机都使用固体助推器。其中航天飞机使用的固体助推器是这类助推器中推力最大的。
相比液体助推器,固体助推器的优势就是推力更大,且不需要制冷隔热设备。将固体助推器用于液体火箭芯级能减少液体燃料的使用,减轻火箭整体重量。固体助推器设计成本更低,生产和测试也更容易,但造价却比相同推力的液体助推器高。固体助推器点燃之后就很难在燃料耗尽前停车,这对于载人航天器发射来说是个风险因素。固体助推器的事故率大约是1%,且事故往往是灾难性的。固体助推器还有一种潜在风险,就是在推进剂的制作过程中,混合起来的推进剂遇火就会发生爆炸。2003年8月22日,发生在巴西阿尔坎塔拉航天中心发射台的火箭爆炸事故就造成了21名技术人员丧生。无人和载人航天飞机衍生运载器都计划使用航天飞机固体助推器的改进型,其中载人运载器将使用一枚增大型固体助推器作为其第一级。
【可回收助推器】
可回收助推器又称可回收助推发动机。发动机工作结束后,部分主要部件可以回收,经修理后可重复使用的助推器。美国踢奥科尔公司研制的美国航天飞机固体助推器是用于载人航天的特大型分段式可回收固体助推器。它是世界上第一个可回收并可多次重复使用的特大型固体助推器,一般金属件按照设计可重复使用20次,柔性喷管的柔性接头可重复使用10次。目前金属壳体和喷管部件等已实现了可多次回收并重复使用。
液体火箭发动机是如何降温的?用的是什么降温?液氧吗?
降温就是用低温燃料气化吸热的原理,在进入燃烧室前先流过燃烧室吸热后喷入燃烧室。还有一种降温方法就是辐射降温。通过温度越高向周围辐射能量越大的原理,简单来说就是到烧白时温度不会再升高应为此时辐射量最大。液体火箭发动机是如何降温的?用的是什么降温?液氧吗?
降温就是用低温燃料气化吸热的原理,在进入燃烧室前先流过燃烧室吸热后喷入燃烧室。还有一种降温方法就是辐射降温。通过温度越高向周围辐射能量越大的原理,简单来说就是到烧白时温度不会再升高应为此时辐射量最大。宇宙飞船是怎么启动的?
现役运载火箭主要是液氢液氧、液氧煤油、偏二甲肼等液体燃料和固体燃料两类,而纯固体燃料的运载火箭比较少,多用于助推器。偏二甲肼与二氧化氮这种方式的点火是最简单的,因为两者相遇便会直接点燃,橘红色的尾焰和烟雾是其主要特征。
其它类型的燃料需要外部能源进行点火,液体火箭一般是先通过涡轮泵将燃料和氧化剂输送到燃烧室,混合之后通过火花塞进行点燃,原理其实和家用汽油车差不多,只是工作方式略有不同。
固体火箭则是和炸弹差不多,通过火工品进行点燃,有点类似于电雷管引爆炸药。通常看到美国人发射火箭的时候在发射台有大量的火花,那个并非是为了发动机点火,而是为了点燃泄露出来的氢气,不然积蓄到一定浓度,等发动机点火时会发生爆炸的危险。
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