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火箭为什么能升空 背后的原理你知道么?

2019-08-15 08:36   作者:刘奇

不同于飞机利用空气动力飞行,火箭是利用喷气获得的反推力起飞的。其中科学奥秘到底是什么?今天带大家一起来了解一下其中的原理。

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2019年7月26日,酒泉,11时57分,中国在西昌卫星发射中心用长征二号丙运载火箭,成功将遥感三十号05组卫星发射升空,卫星进入预定轨道。(梁珂岩/人民图片)

(声明:凡带有“人民图片”字样图片,系版权图片,受法律保护,使用(含转载)需付费,欢迎致电购买:010-65363965或021-63519288。)

火箭和飞机都能够飞上天,但其获得升力的原理却完全不一样。飞机能飞上天,主要归功于其特殊的翼型设计,当飞机具有一定速度和迎角时,便可以获得 “浮起来”的升力,也就是说,飞机能飞起来靠的是空气动力。

而火箭则是由发动机的喷气获得反作用力,其工作的基本原理是牛顿的第三运动定律:相互作用的两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等,方向相反,作用在同一条直线上。理解这个定律并不难,射击时会有后坐力,这正是子弹给枪的反作用力;滑冰场上你推自己的同伴,发现自己也会往后退,这是同伴给自己的反作用力。而火箭之所以能飞,是因为火箭燃料燃烧所生成的炽热气体,通过火箭尾部的尾喷管向后快速喷出,这样向后喷的燃气就会对火箭产生反作用力,它推动着火箭向前飞,这就是火箭推力的来源。当这个推力大于火箭自身重力时,火箭就起飞了。

作用力与反作用力的定律是牛顿提出来的,率先将这个原理应用于火箭上的是被誉为“航天之父”的齐奥尔科夫斯基。1882年,齐奥尔科夫斯基自学了牛顿第三定律,这个看似简单的作用力与反作用力原理使他豁然开朗。他在日记中写道:"如果在一只充满高压气体的桶的一端开一个口,气体就会通过这个小口喷射出来,并给桶产生反作用力,使桶沿相反的方向运动。"这是对火箭飞行原理的形象描述。

不同于飞机利用空气动力飞行,火箭是利用喷气获得的反推力起飞的。其中科学奥秘到底是什么?今天带大家一起来了解一下其中的原理。

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2019年7月26日,酒泉,11时57分,中国在西昌卫星发射中心用长征二号丙运载火箭,成功将遥感三十号05组卫星发射升空,卫星进入预定轨道。(梁珂岩/人民图片)

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火箭和飞机都能够飞上天,但其获得升力的原理却完全不一样。飞机能飞上天,主要归功于其特殊的翼型设计,当飞机具有一定速度和迎角时,便可以获得 “浮起来”的升力,也就是说,飞机能飞起来靠的是空气动力。

而火箭则是由发动机的喷气获得反作用力,其工作的基本原理是牛顿的第三运动定律:相互作用的两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等,方向相反,作用在同一条直线上。理解这个定律并不难,射击时会有后坐力,这正是子弹给枪的反作用力;滑冰场上你推自己的同伴,发现自己也会往后退,这是同伴给自己的反作用力。而火箭之所以能飞,是因为火箭燃料燃烧所生成的炽热气体,通过火箭尾部的尾喷管向后快速喷出,这样向后喷的燃气就会对火箭产生反作用力,它推动着火箭向前飞,这就是火箭推力的来源。当这个推力大于火箭自身重力时,火箭就起飞了。

作用力与反作用力的定律是牛顿提出来的,率先将这个原理应用于火箭上的是被誉为“航天之父”的齐奥尔科夫斯基。1882年,齐奥尔科夫斯基自学了牛顿第三定律,这个看似简单的作用力与反作用力原理使他豁然开朗。他在日记中写道:"如果在一只充满高压气体的桶的一端开一个口,气体就会通过这个小口喷射出来,并给桶产生反作用力,使桶沿相反的方向运动。"这是对火箭飞行原理的形象描述。

然而火箭仅仅能飞起来还是远远不够的,要想抵达目的地,不会转弯可不行。那么火箭是如何转弯的呢?

飞机转弯靠的是空气舵,火箭转弯靠的是燃气舵。燃气舵位于发动机尾喷管处,从外面看不出来。它能够适当改变火箭尾焰的方向,从而改变火箭获得的反作用力方向,这样火箭就能转弯了。当然,火箭转弯还有其他的方法,比如采用矢量喷管,与燃气舵原理一样,即通过调整火箭发动机轴对称喷管的方向,从而改变火箭尾焰的方向,进而改变火箭发动机的推力方向使火箭转弯。

值得一提的是,中国人民自古以来就有飞天的梦想,嫦娥奔月的故事已经家喻户晓,而在现实生活中,世界上第一个尝试飞天的当属明朝的万户。万户用47支火箭捆绑在座椅的背后,把自己绑在座椅的前边,试图借助火箭向前推进的力量使自己飞天。不幸的是飞向天空的过程中火箭爆炸了,万户也因此献出了生命。万户虽然牺牲了,但他是“世界上第一个想利用火箭飞行的人”,后人为了纪念他,将月球上的一座环形火山命名为“万户山”。

本文由空军指挥学院教授徐邦年进行科学性把关。

(责任编辑:王绍绍)
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