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發動機
當大多數人想到馬達或發動機時,會認爲它們與旋轉有關。例如,汽車裏的往復式汽油發動機會產生轉動能量以驅動車輪。電動馬達產生的轉動能量則用來驅動風扇或轉動磁盤。蒸汽發動機也用來完成同樣的工作,蒸汽輪機和大多數燃氣輪機也是如此。
火箭發動機則與之有着根本的區別。它是一種反作用力式發動機。火箭發動機是以一條著名的牛頓定律作爲基本驅動原理的,該定律認爲“每個作用力都有一個大小相等、方向相反的反作用力”。火箭發動機向一個方向拋射物質,結果會獲得另一個方向的反作用力。
開始時您可能很難理解“拋射物質,獲得反作用力”這個概念,因爲這好像和真實情況不大一樣。火箭發動機似乎只會發出火焰和噪音,製造壓力,而與“拋射物質”沒什麼關係。我們來看幾個例子,以便更好地瞭解真實情況:
如果您曾經使用過獵槍,特別是那種12鉛徑的大獵槍,那麼您就知道它會產生巨大的“撞擊力”。也就是說,當您開槍時,獵槍會狠狠地向後“撞擊”您的肩膀。這種撞擊力就是反作用力。獵槍將31.1克的金屬以大約1120公里/小時的速度沿某個方向發射出去,同時您的肩膀會受到反作用力的撞擊。如果您開槍時穿着輪滑鞋或站在滑雪板上,槍會起到類似於火箭發動機的作用,反作用力會使您向相反的方向滑動。
如果您見過粗大的消防水管噴水的場景,可能會注意到消防員要花很大的力氣才能抓住它(有時您會看到有兩名或三名消防員手持同一根消防水管)。水管發生的情況與火箭發動機類似。水管向一個方向噴水,消防員們則運用自身的力量和重量來克服反作用力。如果他們放開水管,那麼水管會勁頭十足地四處亂撞。如果消防員全都站在滑雪板上,水管將推動他們以極快的速度向後移動。
如果您吹起一個氣球,然後放開它,那麼它會滿屋子亂飛,直到裏面的空氣漏光爲止,這就是您製造的火箭發動機。在這種情況下,被拋射出去的是氣球中的空氣分子。與許多人的想法不同,空氣分子其實是有質量的(請查看有關氦的頁面,以便更好地瞭解空氣質量的問題)。如果您讓空氣從氣球的噴口中噴出來,氣球的其餘部分則會向相反的方向運動。
燃料
燃料是氮的氧化物有:CO,H2,C2H2,CH4,C2H4,CH3CH2OH,N2H4,高級硼硅烷(這都是火箭推進器的燃料)和2踢腳差不多的 點火和原理都一樣。只是上面的那層不是火藥,是火箭頭(裏面是衛星之類的東西)。航空煤油是無色透明的,聞上去和普通的煤油沒什麼區別,而且不易揮發。燃點大約在300C左右,別說用打火石了,就算用明火也是點不燃的。早在運載火箭發明前,人們使用油和汽作燃料,汽車、輪船和飛機就是靠這些燃料來行駛的。後來,科學家發明了靠化學能來產生動力的運載火箭。運載火箭是用煤油、酒精、偏二甲肼、液態氫等作爲燃燒劑,而用硝酸、液態氮等提供的氧化劑幫助燃燒的,人們習慣上把燃燒劑和氧化劑通稱爲火箭發動機的燃料或推進劑。
推進劑
從物理形態上講,火箭發動機使用的推進劑有兩種形式,一種是液態物質,另一種是固態物質。燃燒劑和氧化劑都是呈液體形態的發動機則稱爲液體燃料發動機,或稱爲液體火箭發動機,兩者都是呈固體狀態,則稱爲固體燃料火箭發動機或固體火箭發動機。固態氫、固態氧,作爲火箭動力。如果在兩種燃料中,一種爲固體,一種爲液體,則稱爲固-液火箭發動機或直接稱其物質名稱的火箭發動機。如,氫氧火箭發動機。由於固態燃燒劑產生的能量比液體氧化劑發出的能量高,所以,研製的火箭發動機多是固-液火箭發動機,兩種燃料相遇燃燒,形成高溫高壓氣體,氣體從噴口噴出,產生巨大推力而把運載火箭送上了太空。常用推進劑有:1、液氫(燃料)液氧(氧化劑),燃燒效率很高,多用於航天飛機及運載火箭末級,價格昂貴、不易儲存。
2、肼-50(燃料)四氧化二氮(氧化劑),燃燒效率一般,多用於中型火箭,價格適中、較易儲存。
3、RP-1高精煉煤油(燃料)液氧(氧化劑),燃燒效率一般,多用於火箭第一級,價格適中、不易儲存。
4、肼(燃料)、四氧化二氮(氧化劑),燃燒效率一般,多用於衛星,容易自燃、價格相對便宜、腐蝕性極強。
手抄報二:火箭與導彈區別
早期的火箭武器,發射出去之後都不再進行控制。這種稱爲火箭彈的無控火箭武器,其命中目標的精度差,作戰效率不高,發揮的威力有限。隨着戰爭的需要,迫切要求提高武器的命中精度,於是一種在火箭上裝上控制設備以控制其飛行的武器應運而生。這種武器我們稱之爲“導彈”。德國是最早研製導彈的國家。1931年5月,德國科學家赫爾曼·奧伯特領導的宇宙航行協會試驗成功了歐洲的第一枚液體火箭。到了1932年,德國軍方在參觀該協會研製的液體火箭發射試驗之後,意識到火箭武器在未來戰爭中具有的巨大潛力,便開始組織一批科學家和工程技術人員,集中力量祕密研製火箭武器。採用火箭發動機作動力裝置。
由於最早出現的一些導彈是用火箭來推進的,有人就把它稱之爲火箭,因此火箭與導彈這兩個名詞有時常常混爲一談。其實這兩者在概念上是有差別的:
導彈是指依靠自身的動力裝置推進,由控制系統控制其飛行並導向目標的一種武器。
而火箭則是一種依靠火箭發動機產生的反作用力推進的飛行器。
一枚導彈是由兩個主要部分組成,一是戰鬥部,二是運載器。真正直接用來作戰的是戰鬥部。有些導彈的戰鬥安排在導彈的最前端,稱之爲彈頭。戰鬥部內裝的可以是炸藥,也可以是核武器、化學武器或其他裝置。運載器則是用來把戰鬥部送向目標的一種可控制的飛行器,由結構系統、動力裝置系統和控制系統等組成。運載器可以是有控的火箭,也可以是其他類型的飛行器。彈道式導彈都用有控火箭作運載器,而在大氣層內飛行的巡航導彈,其運載器則是一種用空氣噴氣發動機(渦輪噴氣發動機或衝壓噴氣發動機)作動力裝置,類似無人駕駛飛機一類的的飛行器。
運載火箭
用有控火箭作運載器,這種運載器亦稱之爲運載火箭。
運載火箭不但可以用來運送戰鬥部,並使其擊中目標構成導彈;而且可以用來運送各種類型的航天器,例如,人造地球衛星、載人飛船、空氣站和空間探測器等,並使他們準確進入軌道。早期運送航天器的運載火箭就是從導彈運載派生出來的。蘇聯發射世界上第一顆人造地球衛星的衛星號運載火箭,就是用蘇聯最早研製成功的P-7洲際戰略導彈的運載器改制而成。我國的長征二號運載火箭也是在我國研製的第一代洲際戰略導彈的運載器基礎上改制而成。以後,隨着航天器類型與數量的增多,航天發射範圍的擴大,發射航天器的運載火箭開始獨立發展並自成系列。我國的長征三號系列、長征四號系列運載火箭就是專爲發射不同軌道的航天器而研製的專用運載火箭。
由於運載火箭可以在大氣層外飛行,所以它已成爲人類進行航天活動必不可少的工具。運載火箭技術亦已成爲一個國家航天技術的重要基礎。當前,世界上航天技術先進的國家都在爲研製高可靠、低成本、大推力、無污染、多用途以及可以重複使用的運載火箭而不懈努力。
模擬火箭
(1)取兩個金屬小筒(最好是冰箱的廢乾燥過濾器)對稱水平地固定在橫杆兩端,在筒的尾部鑽一小孔,筒的下部要能放置酒精棉球,如圖所示。用醫用注射器通過筒的小孔向內部注射適量酒精,點燃筒下面的酒精棉球,很快就可以看到從小孔中噴射出火焰,火箭模型就會飛速轉動,而且發出“呼呼”的響聲,十分生動形象。
(2)也可以取眼藥水玻璃瓶,在瓶蓋中心插入一段去掉珠子的圓珠筆芯管,要使瓶塞緊緊套在瓶口,然後將兩玻璃瓶對稱水平地固定在橫杆的兩端,瓶下面要能安放酒精棉球,用注射器向小瓶內注射三分之一容積的水。當點燃酒精棉球后,很快看到橫杆兩端玻璃瓶口噴出蒸氣,轉架快速旋轉。同樣說明了火箭原理。
運載火箭
指運載人造衛星或其他人造星體的火箭。這種火箭具有很高速度,有的運送人造星體以後本身也在星際間按照一定軌道運轉。《文匯報》1984.4.19:“他那二十多年航天事業的生涯,實地指揮過多次運載火箭的發射,把好幾顆衛星送上太空。”
宇宙火箭
可以脫離地球引力範圍發射到其他星球或星系空間的火箭。
氣象火箭
探測高層大氣的物理特徵(如氣壓、溫度、溼度等)和現象的探空火箭。通常爲小型無控制火箭,重10~100千克。探測高度30~100千米。
V2火箭
V2是單級液體火箭,全長13.5米,重13噸,直徑1.65米,最大射程322千米,射高96千米,彈頭重1噸。V2採用較先進的程序和陀螺雙重控制系統,推力方向由耐高溫石墨舵片操縱執行。V2在工程技術上實現了宇航先驅的技術設想,對現代大型火箭的發展起了承上啓下的作用。成爲航天發展史上一個重要的里程碑。
火箭炮
發射火箭彈的火炮。有多軌式、框架式和多管式。可一次發射一發至數十發火箭彈。發射速度快,火力猛,威力大,機動性能好。但射彈散佈較大,發射時火光明顯,陣地易暴露。
火箭彈
靠火箭發動機推進的非制導彈藥。主要用於殺傷、壓制敵方有生力量,破壞工事及武器裝備等。按對目標的毀傷作用分爲殺傷、爆破、破甲、碎甲、燃燒等火箭彈;按飛行穩定方式分爲尾翼式火箭彈和渦輪式火箭彈。火箭彈通常由戰鬥部、火箭發動機和穩定裝置3部分組成。戰鬥部包括引信、火箭彈殼體、炸藥或其他裝填物。火箭發動機包括點火系統、推進劑、燃燒室、噴管等。尾翼式火箭彈靠尾翼保持飛行穩定;渦輪式火箭彈靠從傾斜噴管噴出的燃氣,使火箭彈繞彈軸高速旋轉,產生陀螺效應,保持飛行穩定。火箭彈的發射裝置,有火箭筒、火箭炮和火箭發射架等。由於火箭彈帶有自推動力裝置,其發射裝置受力小,故可多管(軌)聯裝發射。單兵使用的火箭彈輕便、靈活,是有效的近程反坦克武器。
多級火箭
由兩級或兩級以上的火箭組合成的火箭。有串聯、並聯和串並混合三種組合方式。採用多級火箭能增加射程,提高有效載荷(彈頭、衛星、宇宙飛船等)的最終速度。戰略導彈和大型運載火箭通常採用多級火箭。
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