火箭发动机工作原理的推力和固体燃料火箭_中国百科网
火箭发动机工作原理的推力和固体燃料火箭
    火箭工作原理的推力和固体燃料火箭 火箭发动机的“力量”称为推力。在美国，推力的单位是“推力磅数”，而在公制中则以“牛顿”为单位（4.45牛顿的推力与1磅推力相近）。1磅推力相当于使地球上质量为1磅的物体克服重力作用以保持静止所需的推力。在地球上，重力加速度为9.8米/秒2。如果您带着一袋棒球（假设每个棒球的质量为1磅）漂浮在太空中，并且每秒扔出一个棒球，使它与您的相对速度为33.8公里/小时，那么每个棒球将产生相当于1磅的推力。如果您以67.6公里/小时的速度掷出棒球，那么您产生的推力为2磅。如果您以3380公里/小时的速度掷出它们（可能是用某种“棒球炮”来发射它们的），那么您将会产生100磅的推力，以此类推。 关于火箭，有一个有趣的问题：由于发动机抛射的物体实际上是有质量的，因此火箭必须携带这些质量。因此，我们假设您希望每秒掷出一个相对速度为3380公里/小时的棒球来生成100磅的推力，并持续1小时。这意味着您开始时必须携带3,600个质量为1磅的棒球（因为1小时有3,600秒），或总质量为3,600磅的多个棒球。由于您穿着太空服时的总质量只有100磅，于是您会发现“燃料”的质量远远大于有效负荷（也就是您）。实际上，燃料的质量是有效负荷的36倍。而这是个常见的现象。这就是为什么目前必须用一枚巨大的火箭来将一个质量很小的人发射到太空――火箭必须携带大量燃料。
固体燃料火箭：混合燃料固体燃料火箭发动机是人类制造的第一种发动机。它在几百年前由中国人发明，从那以后一直得到广泛的应用。美国国歌（创作于19世纪初）中有“火箭发出红焰”（the rocket's red glare）这句歌词，它说的是用来发射炸弹或燃烧弹的小型军用固体燃料火箭。由此可以看出固体燃料火箭已经有了相当长的使用历史。 简单固体燃料火箭背后的原理十分浅显。您要做的就是制造出一种既能迅速燃烧又不会爆炸的物质。众所周知，火药会发生爆炸。火药由75%的硝石、15%的碳和10%的硫磺组成。在火箭发动机中，您不希望发生爆炸，而是想让能量在一段时间内均匀地释放出来。因此您可以将混合比例改成72%的硝石、24%的碳和4%的硫磺。这种情况下，您得到的不是火药，而是简单的火箭燃料。这种混合物的燃烧速度极快，但如果采用了适当的装填方式，它就不会爆炸。
固体燃料火箭：管道结构当您阅读关于高级固体燃料火箭（如航天飞机的固体火箭推进器）的文章时，常会读到类似下面的内容： 各个SRB发动机中的混合推进剂是由高氯酸铵（氧化剂，占总质量的69.6%）、铝（燃料，16%）、氧化铁（催化剂，0.4%）、聚合物（将混合物结合在一起的粘结剂，12.04%）和环氧固化剂(1.96%)混合而成的。推进剂在前发动机段有一个十一角星形的孔，而在每个尾段和后盖中，孔的形状则像截去两头的双圆锥。这种结构能在点火时提供巨大的推力，并在升空50秒后降低约三分之一的推力，以免在出现最大动态压力的时间段内使飞行器处于超负载状态。
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终于知道火箭的怎样去工作了。
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终于知道火箭的怎样去工作了。火箭升空的是使一个物体从静止开始运动，必须有力作用在物体上，并且作用一定时间T。在物理学上，力F和时间T的乘积FT叫做力的冲量。要使火箭发射，就必需有冲量作用在火箭上。这种冲量是通过燃气的爆炸而产生的。　　发射火箭由地面控制中心倒记数到零便下令第一级火箭发动机点火。在震天动地的轰鸣声中，火箭拔地而起，冉冉上升。加速飞行段由此开始了，经过几十秒钟，运载火箭开始按预定程序缓慢向预定方向转变，100多秒钟后，在70公里左右高度，第一级火箭发动机关机分离，第二级接着点火，继续加速飞行，这时火箭已飞出稠密大气层，可按程序抛掉卫星的整流罩。在火箭达到预定速度和高度时，第三级火箭发动机关机分离，至此加速飞行段结束。随后，运载火箭靠已获得的能量，在地球引力作用下，开始惯性飞行段，直到与预定轨道相切的位置止。此时第三级火箭发动机点火，开始了最后加速段飞行。当加速到预定速度时第三级发动机关机。火箭的运载使命就全部完成了。终于知道火箭的怎样去工作了。　　火箭飞行所能达到的最大速度，也就是燃料燃尽时获得的最终速度，主要取决两个条件：一是喷气速度，二是质量比（火箭开始飞行时的质量与燃料燃尽时的质量之比）。喷气速度越大，最终速度就越大，由于现代科学技术的条件下一级火箭的最终速度还达不到发射人造卫星所需要的速度，所以发射卫星要用多级火箭。火箭是以热气流高速向后喷出，利用产生的反作用力向前运动的喷气推进装置。它自身携带燃烧剂与氧化剂，不依赖空气中的氧助燃，既可在大气中，又可在外层空间飞行。火箭在飞行过程中随着火箭推进剂的消耗，其质量不断减小，是变质量飞行体。终于知道火箭的怎样去工作了。　　现代火箭可用作快速远距离运送工具，如作为探空、发射人造卫星、载人飞船、空间站的运载工具，以及其他飞行器的助推器等。如用于投送作战用的战斗部(弹头)，便构成火箭武器。火箭是目前唯一能使物体达到宇宙速度，克服或摆脱地球引力，进入宇宙空间的运载工具，而火箭的速度是由火箭发动机工作获得的。箭体用来安装和连接火箭各个系统，并容纳推进 剂。箭体除要求具有良好的空气动力外形外，还要求在既定功能不变的前提下，质量越轻越好，体积越小越好。在起飞质量一定时，结构质量轻，则可获得较大的飞行速度或射程。看了这些，相信一定明白了吧！
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作者最新文章& 动量守恒定律知识点 & “火箭是利用反冲原理工作的重要航天运输工具...”习题详情
200位同学学习过此题，做题成功率61.0%
火箭是利用反冲原理工作的重要航天运输工具．（1）我国长征3号甲火箭在起飞阶段，通过发动机喷射气体而获得的反冲力约为火箭总重量的2倍左右．假设在它刚刚起飞后竖直上升的某时刻，火箭的速度大小为v，在此后一个较短的时间t内，发动机喷出的气体质量为△m，喷出的气体相对于地面的速度方向向下，大小为u，求这一段时间内火箭受到的反冲力大小．（计算时忽略喷出气体的重力大小，且认为此段时间内火箭受到的反冲力大小不变）（2）火箭有单级和多级之分，多级火箭就是把火箭一级一级地接在一起，第一级燃料用完之后把箭体抛弃，减轻负担，然后第二级开始工作，燃料用完之后再把第二级抛弃…，因此从理论上讲，多级火箭能比单级火箭获得更大的速度．某同学分别建立了以下两个力学模型来粗略地模拟单级火箭和二级火箭在水平飞行时的工作过程，如图甲、乙所示．甲图中的光滑水平面上并排静止放置有质量分别为2m和m的两个物块A、B，它们之间粘有微量的炸药C，爆炸时释放出的能量为2△E；乙图中光滑水平面上并排静止放置有质量均为m的三个物块D、F、G，D、F之间和F、G之间分别粘有微量的炸药P和Q，通过控制使炸药Q先爆炸，炸药P后爆炸，Q和P爆炸时释放出的能量均为△E．所有炸药的质量都忽略不计，爆炸的时间极短，爆炸产生的能量都转化为机械能，爆炸后所有物块的速度方向在同一直线上．求所有的爆炸都发生后物块D的速度是物块A的速度的倍数．　&
本题难度：一般
题型：解答题&|&来源：2011-天津模拟
分析与解答
习题“火箭是利用反冲原理工作的重要航天运输工具．（1）我国长征3号甲火箭在起飞阶段，通过发动机喷射气体而获得的反冲力约为火箭总重量的2倍左右．假设在它刚刚起飞后竖直上升的某时刻，火箭的速度大小为v，在此后一个较短的时...”的分析与解答如下所示：
运用动量定理求解反冲力大小．根据动量守恒定律列出等式解决问题．同一个问题需要选择不同的系统作为研究对象．根据能量守恒求解问题．
解：设发动机对气体的喷射力为F，对t时间内气体运用动量定理得：Ft=△mu-（-△mv）&& ①有牛顿第三定律得：火箭受到的反冲力大小F′=F&&& ②由①②得：F′=△m(v+u)t&&&&&& ③（2）在甲图中有动量守恒得：2mvA=mvB&&&& ④有能量守恒得：2△E=122mvA2+12mvB2&&&&&&&& ⑤由④⑤得：vA=√2△E3m& ⑥在乙图中炸药爆炸，动量守恒得：2mvDF=mvG ⑦由能量守恒得：△E=122mvDF2+12mvG2&&&&&&&&⑧炸药爆炸时：2mvDF=mvD+mvF&&&&&&&&&& ⑨由能量守恒得：122mvDF2+△E=12mvD2+12mvF2&&&&&&&&& ⑩由⑦⑧⑨⑩得：vD=√△Em（1+√13）vDvA=√3+1√2答：所有的爆炸都发生后物块D的速度是物块A的速度的√3+1√2倍
动量守恒和动量定理的应用都要注意方向，由于动量是矢量，具有方向性，为此首先规定一个正方向，然后在此基础上进行研究．把动量守恒和能量守恒结合起来列出等式求解是常见的问题．
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火箭是利用反冲原理工作的重要航天运输工具．（1）我国长征3号甲火箭在起飞阶段，通过发动机喷射气体而获得的反冲力约为火箭总重量的2倍左右．假设在它刚刚起飞后竖直上升的某时刻，火箭的速度大小为v，在此后一...
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经过分析，习题“火箭是利用反冲原理工作的重要航天运输工具．（1）我国长征3号甲火箭在起飞阶段，通过发动机喷射气体而获得的反冲力约为火箭总重量的2倍左右．假设在它刚刚起飞后竖直上升的某时刻，火箭的速度大小为v，在此后一个较短的时...”主要考察你对“动量守恒定律”
等考点的理解。
因为篇幅有限，只列出部分考点，详细请访问。
动量守恒定律
与“火箭是利用反冲原理工作的重要航天运输工具．（1）我国长征3号甲火箭在起飞阶段，通过发动机喷射气体而获得的反冲力约为火箭总重量的2倍左右．假设在它刚刚起飞后竖直上升的某时刻，火箭的速度大小为v，在此后一个较短的时...”相似的题目：
如图所示，物体A静止在光滑的水平面上，A的左边固定有轻质弹簧，与A质量相等的物体B以速度v，向A运动并与弹簧发生碰撞，A、B始终沿同一直线运动，则A、B组成的系统动能损失最大的时刻是&&&&A开始运动时A的速度等于v时B的速度等于零时A和B的速度相等时
如图，半径为R的光滑圆形轨道固定在竖直面内．小球A、B质量分别为m、βm（β为待定系数）．A球从左边与圆心等高处由静止开始沿轨道下滑，与静止于轨道最低点的B球相撞，碰撞后A、B球能达到的最大高度均为，碰撞中无机械能损失．重力加速度为g．试求：（1）待定系数β；（2）第一次碰撞刚结束时小球A、B各自的速度和B球对轨道的压力；（3）小球A、B在轨道最低处第二次碰撞刚结束时各自的速度，并讨论小球A、B在轨道最低处第n次碰撞刚结束时各自的速度．&&&&
质量为m的物块甲以3m/s的速度在光滑水平面上运动，有一轻弹簧固定其上，另一质量也为m的物块乙以4m/s的速度与甲相向运动，如图所示，则&&&&甲、乙两物块在弹簧压缩过程中，由于弹力作用，动量不守恒当两物块相距最近时，物块甲的速率为零当物块甲的速率为1m/s时，物块乙的速率可能为2m/s，也可能为0物块甲的速率可能达到5m/s
“火箭是利用反冲原理工作的重要航天运输工具...”的最新评论
该知识点好题
1水平面上，一白球与一静止的灰球碰撞，两球质量相等．碰撞过程的频闪照片如图所示，据此可推断，碰撞过程中系统损失的动能约占碰撞前动能的&&&&
2如图所示，物体A静止在光滑的水平面上，A的左边固定有轻质弹簧，与A质量相等的物体B以速度v，向A运动并与弹簧发生碰撞，A、B始终沿同一直线运动，则A、B组成的系统动能损失最大的时刻是&&&&
3质量为m的钢板与直立轻弹簧的上端连接，弹簧下端固定在地上，平衡时，弹簧的压缩量为x0，如图所示，一物块从钢板正上方距离为3x0的A处自由落下，打在钢板上并立刻与钢板一起向下运动，但不粘连，它们到达最低点后又向上运动，已知物块质量也为m时，它们恰能回到O点，若物块质量为2m，仍从A处自由落下，则物块与钢板回到O点时，还具有向上的速度，求物块向上运动到达最高点O点的距离．
该知识点易错题
1水平面上，一白球与一静止的灰球碰撞，两球质量相等．碰撞过程的频闪照片如图所示，据此可推断，碰撞过程中系统损失的动能约占碰撞前动能的&&&&
2质量为m的钢板与直立轻弹簧的上端连接，弹簧下端固定在地上，平衡时，弹簧的压缩量为x0，如图所示，一物块从钢板正上方距离为3x0的A处自由落下，打在钢板上并立刻与钢板一起向下运动，但不粘连，它们到达最低点后又向上运动，已知物块质量也为m时，它们恰能回到O点，若物块质量为2m，仍从A处自由落下，则物块与钢板回到O点时，还具有向上的速度，求物块向上运动到达最高点O点的距离．
3如图所示，在一光滑的水平面上有两块相同的木板B和C．重物A（视为质点）位于B的右端，A、B、C的质量相等．现A和B以同一速度滑向静止的C，B与C发生正碰．碰后B和C粘在一起运动，A在C上滑行，A与C有摩擦力．已知A滑到C的右端而未掉下．试问：从B、C发生正碰到A刚移动到C右端期间，C所走过的距离是C板长度的多少倍？
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大火箭，天津造（创新·驱动发展）
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整流罩、箭体、助推器……一件件大块头静静地躺在天津新一代运载火箭产业化基地的车间里，不久的将来，它们将被组装成大型运载火箭长征五号和中型运载火箭长征七号，运上轮船，向着目的地海南文昌卫星发射场启程。2016年，烙印着“天津造”的新一代运载火箭长征七号将实现首飞。而在2007年10月之前，新一代大火箭的出生地还只是一片盐碱地。
整流罩、箭体、助推器……一件件大块头静静地躺在天津新一代运载火箭产业化基地的间里，不久的将来，它们将被组装成大型运载火箭长征五号和中型运载火箭长征七号，运上轮船，向着目的地海南文昌卫星发射场启程。2016年，烙印着“天津造”的新一代运载火箭长征七号将实现首飞。而在2007年10月之前，新一代大火箭的出生地还只是一片盐碱地。建造新一代大型火箭需要新平台大火箭为什么称之为大？不仅个子更大，本事也更大。长征五号运载火箭研发成功后，我国火箭在近地轨道运载能力将从现在的9吨增长到25吨，地球同步轨道运载能力从5.5吨增长到14吨，地球同步轨道发射能力将较现役火箭提高2.5倍左右。与长征五号相比，更苗条些的中型火箭长征七号的运载能力也达到了近地轨道13.5吨，太阳同步轨道5.5吨，并且研制方案兼顾载货和载人。“运载能力有多大，航天舞台就有多大。” 中国运载火箭技术研究院所属的天津航天长征火箭制造有限公司总经理陶钢介绍说，长征五号与长征七号这两型火箭将基本覆盖我国在所有轨道的应用，成为新一代主力火箭。有趣的是，正因为新一代火箭的个头更大了，新的制造基地才得以兴起。“首先，长征五号的直径有5米，铁路与航空运输都难以承载，海运是比较理想的运输方式。”陶钢解释，天津距离位于北京的中国运载火箭设计研究院（航天一院）较近，又靠海，成为首选。另一个原因是，建造新一代大型火箭必须另辟场所。“长征五号的箭体结构、材料、燃料等都是全新的，需要建造一个建立在芯级直径5米基础上的平台。”陶钢说。新一代火箭技术、设计等方面有许多亮点芯级直径5米，在行外人看来，仅是箭体更粗了，但对航天人来说，是技术、设计、生产工艺上的全新认知和前所未有的挑战。长征五号运载火箭是我国目前研制规模最大、技术跨度最高的航天运输系统工程，是我国首个从总体到系统均采用全新技术的大型液体运载火箭。长征七号火箭的研制也突破了96项关键技术。结构设计和生产工艺方面也有许多新亮点。长征五号火箭结构主任设计师栾宇指着总装车间内一个直径5.2米的整流罩告诉记者：“这是长征五号的整流罩，目前为国内最大，提高了火箭的有效载荷。”新一代运载火箭也带来了设计手段的改变。“尝试了从设计到生产的全三维数字平台，让新火箭的研制有了更为精确、仿真的设计和测试环境。”长征七号火箭总体主任设计师马忠辉说。新一代火箭的研制还涉及了材料的革新。“我们增加了对许多新材料的认知，就像面粉，不仅要知道它可以揉成面团，还要知道怎么揉怎么醒面更好吃。”陶钢说。经过短短六年多的研制，新一代火箭整装待发。在陶钢看来，这是我国火箭研制史上的奇迹。今后，大火箭的雄姿，普通人也能近距离目睹。“一旦首飞成功后，大家都能来基地参观。”陶钢说，未来到天津，不仅可以吃海鲜、观航母，还能看大火箭。新基地造就了一批研发和管理人才“先生产再生活”是航天人的惯例。“2008年刚开始建设时只有几个人，我们就先盖工棚，厂房设备到位了再建。”陶钢说。3年前来到天津的栾宇说：“3年前还只有几个厂房，经常赶工期几天几夜吃住都在办公室，现在来就正是好时候。” 基地内中央景观带、道路、公寓、食堂等配套设施也逐步完善。随着设施的完善，人员也逐步扩充，基地还就地培养了一批研发和管理人才。“85后”赵鸿飞从电子科技大学电气专业毕业后就来到了天津基地，担任总装车间的主任助理。每天她都在极严格的条件下工作。进门先要进行除尘，头发一丝不苟地绾好后戴上帽子，穿上的白大褂是分体的，上衣要塞在裤子里，这样自己衣服上带的灰尘线头才不会落进设备里，“微小的颗粒都可能导致部件参数的变化”。而且，更让一般年轻的“低头族”难以接受的是，出于保密的需要，车间内不能携带手机。“父母刚开始不理解，上班忙就算了，为什么永远联系不上你？”赵鸿飞笑着说。受得了寂寞更要顶得住压力。各型火箭的设计师们面临的压力常人难以想象。马忠辉介绍说，总装阶段的四个多月里，大家经常干到凌晨，第二天照常上班。总测阶段的半个月里，只有两天是零点前回家的。“我们的工作需要极度静心，每一项参数的毫厘之差都可能导致飞船甚至是航天员生命的陨落。”马忠辉说。“必须承担起这样的压力。”栾宇说，航天人共同的动力是对事业的热爱。这份热爱里面有昂扬的斗志：“宇宙空间就是人类未来，我们不能落后”；这份热爱里面有无限的荣光：“天上的星星月亮，我们是离它们最近的人。”《 人民日报 》（ 日
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48小时点击排行长征七号火箭将于本月在海南文昌发射，对于海南文昌卫星发射中心来说，这将是发射中心自建成以来的第一次发射任务。然而尴尬的是，部分网友甚至不知道我国已经在海南建成了一个全国最大的火箭发射场，而更多的网友则是对我国已经有3个发射场的情况下，为什么还要在海南再建一个？地球自西向东几乎所有的火箭发射都是自西向东发射，原因不难理解，因为地球是自西向东转的。毫无疑问，地球表面的所有物体均沿着纬线的方向随着地球自西向东转动，由于这个原因，火箭在地面未发射之前，火箭就已经具有了一个和地球自转速度相同的并且是向东的速度。如果火箭的发射方向是向东，那么它就可以利用这个本来就有的速度使自身迅速加速。这就是为什么，几乎所有火箭都是向东发射的原因。▲图为SpaceX公司的猎鹰9号火箭在日发射卫星到地球同步转移轨道时，使用慢速摄影拍摄的发射轨迹然而，我们知道，地球表面各处的线速度是不同的，南北极点的线速度最小，维度越低线速度越大，赤道的纬度等于零，所以赤道的线速度最大。这就类似于一把转动的雨伞，伞的顶部相当于北极，转动时，线速度最小，而伞尖就相当于地球的赤道。雨伞转动时，雨滴会先从伞尖而不是伞的顶部飞出去，因为伞尖的线速度最大。对于地球来说，赤道上的线速度最大，为每秒456米，如果在赤道发射火箭，则是最节省燃料的。那么，能节省到什么程度呢？咱们可以通过一组数据来对比一下：▲库鲁航天发射场是法国目前唯一的航天发射场，也是欧空局开展航天活动的主要场所，位于南美东北部，为法国海外最大的省份法属圭亚那法国的库鲁航天发射场纬度只有5.23度，如果一枚火箭是在法国的库鲁航天发射场发射，它的地球同步转移轨道运载能力要比在哈萨克斯坦的&Baikonur发射基地发射要高出&20%，因为哈萨克斯坦的这个发射基地的纬度是北纬46度。假如发射基地是纬度更高的地方，比如说北纬70度，那它的运载能力比起在库鲁航天发射场发射时要减少一半。▲中国海南文昌卫星发射中心位于北纬19度36分，虽然它还不算很靠近赤道，但是目前来说它是我国最靠近赤道的发射场减少调轨燃料地球同步轨道卫星的特点是，它们位于地球赤道的正上空，所以，低纬度发射场的另一个好处是，如果发射的是地球同步轨道卫星，那么在赤道发射将会使得卫星一开始就具有正确的轨道倾角，直接就进入正确的轨道平面。相反，如果是在高纬度地区发射这样的地球同步卫星，那就要求卫星携带额外的推进剂，以便在太空实施空间机动，从而改变轨道平面使最终的轨道面与赤道面重合。▲地球同步轨道卫星的轨道平面与赤道平面重合文昌卫星发射中心有海运便捷优势北京大学地空学院教授焦维新曾说过：“大推力火箭是建造空间站的首要前提，也是人类重返月球、登陆火星的必要条件。”然而，大推力火箭的直径都很大，对于内陆的3个发射场来说，运送大型火箭一直是个老大难的问题，当直径超过3.5米时，火箭就难以通过火车运输。而长征五号系列运载火箭的直径为5米，运抵内陆3个发射场比较困难。而文昌卫星发射中心位于海南靠近海岸的地方，且有良好的港口，可以停泊运送大型火箭的船只。可以预见，未来的中国人登月还有火星探测器发射等，都将从文昌卫星发射中心发射。▲长征5号火箭，其近地轨道运载能力大约为25吨，同步转移轨道运载能力大约为14吨无须担心火箭残骸内陆发射场一个难以避免的安全隐患是，发射火箭时，残骸一般坠落在发射点以东1000公里内，容易掉落到有人地区带来伤亡或者财产上的损失。而文昌卫星发射中心的另一个好处是，它的东面是茫茫大海，即使有残骸坠落，也大可不必担心安全问题，它砸中船只的可能性是微乎其微的。▲2015年08月，火箭发射时，火箭残骸坠落农户家中，直接把房子砸穿既然低纬度的发射场有那么多好处，为什么我国一开始不把发射基地建在海南岛呢？这主要是跟历史原因有关系，上世纪冷战时期，国际形势复杂，而我国那时实力有限，面临着美国、台湾等地区的危险，把重要的发射基地建在海南显然是一件十分不妥的事，因此，只好把发射基地建在内陆深山老林里。而现在，国际安全形式大为好转，最主要的是，我国已经不怕任何威胁了。