利用燃料燃燒時產(chǎn)生的巨大推力,即反沖的原理
1．準(zhǔn)備知識
要使一個物體從靜止開始運動,必須有力作用在物體上,并且作用一定時間T.在物理學(xué)上,力F和時間T的乘積FT叫做力的沖量.要使火箭發(fā)射,就必需有沖量作用在火箭上.這種沖量是通過燃?xì)獾谋ǘa(chǎn)生的.
在現(xiàn)實生活中,我們經(jīng)常會看到這樣的現(xiàn)象,一個充足氣的氣球拿在手上,突然放手,氣體從氣球中噴出來,這時氣球就向著相反的方向飛出去,這種運動遵循動量守恒定律,在物理上我們稱作為反沖.
2．火箭的構(gòu)造
隨著科技的不斷發(fā)展,科學(xué)家們已經(jīng)發(fā)明制造了各種型號的火箭,這些火箭內(nèi)部構(gòu)造互不相同而且都相當(dāng)復(fù)雜.如1970年發(fā)射的長征1號丁,它是一枚裝有二度軌級的三級小型運載火箭,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖（1）所示.但是不管這些火箭內(nèi)部構(gòu)造有多復(fù)雜,其主要部分都可以歸納為殼體和燃料.殼體是圓筒形的,前端是封閉的尖端,后端有尾噴管,燃料燃燒產(chǎn)生的高溫壓燃?xì)鈴奈矅姽苎杆賴姵?火箭就向前飛去.
發(fā)射火箭由地面控制中心倒記數(shù)到零便下令第一級火箭發(fā)動機點火.在震天動地的轟鳴聲中,火箭拔地而起,冉冉上升.加速飛行段由此開始了,經(jīng)過幾十秒鐘,運載火箭開始按預(yù)定程序緩慢向預(yù)定方向轉(zhuǎn)變,100多秒鐘后,在70公里左右高度,第一級火箭發(fā)動機關(guān)機分離,第二級接著點火,繼續(xù)加速飛行,這時火箭已飛出稠密大氣層,可按程序拋掉衛(wèi)星的整流罩.在火箭達到預(yù)定速度和高度時,第三級火箭發(fā)動機關(guān)機分離,至此加速飛行段結(jié)束.隨后,運載火箭靠已獲得的能量,在地球引力作用下,開始慣性飛行段,直到與預(yù)定軌道相切的位置止.此時第三級火箭發(fā)動機點火,開始了最后加速段飛行.當(dāng)加速到預(yù)定速度時第三級發(fā)動機關(guān)機.火箭的運載使命就全部完成了.
火箭飛行所能達到的最大速度,也就是燃料燃盡時獲得的最終速度,主要取決兩個條件：一是噴氣速度,二是質(zhì)量比（火箭開始飛行時的質(zhì)量與燃料燃盡時的質(zhì)量之比）.噴氣速度越大,最終速度就越大,由于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的條件下一級火箭的最終速度還達不到發(fā)射人造衛(wèi)星所需要的速度,所以發(fā)射衛(wèi)星要用多級火箭.
火箭的級數(shù)不是越高越好,級數(shù)越多,構(gòu)造越復(fù)雜,工作時間的可靠性就越差.火箭和噴氣式飛機一樣都是反沖的重要應(yīng)用.為了提高噴氣速度,需要使用高質(zhì)量的燃料.當(dāng)燃?xì)鈴募?xì)口噴出時或水從彎管流出時.它們具有動量由動量守恒定律可知,盛燃?xì)獾娜萜骶鸵蛳喾捶较蜻\動.火箭是靠噴出氣流的反沖作用獲得巨大速度的.