火箭為什麼能升空 背後的原理你知道麼?

2020-11-24 華龍網

不同於飛機利用空氣動力飛行,火箭是利用噴氣獲得的反推力起飛的。其中科學奧秘到底是什麼?今天帶大家一起來了解一下其中的原理。

火箭和飛機都能夠飛上天,但其獲得升力的原理卻完全不一樣。飛機能飛上天,主要歸功於其特殊的翼型設計,當飛機具有一定速度和迎角時,便可以獲得 「浮起來」的升力,也就是說,飛機能飛起來靠的是空氣動力。

而火箭則是由發動機的噴氣獲得反作用力,其工作的基本原理是牛頓的第三運動定律:相互作用的兩個物體之間的作用力和反作用力總是大小相等,方向相反,作用在同一條直線上。理解這個定律並不難,射擊時會有後坐力,這正是子彈給槍的反作用力;滑冰場上你推自己的同伴,發現自己也會往後退,這是同伴給自己的反作用力。而火箭之所以能飛,是因為火箭燃料燃燒所生成的熾熱氣體,通過火箭尾部的尾噴管向後快速噴出,這樣向後噴的燃氣就會對火箭產生反作用力,它推動著火箭向前飛,這就是火箭推力的來源。當這個推力大於火箭自身重力時,火箭就起飛了。

作用力與反作用力的定律是牛頓提出來的,率先將這個原理應用於火箭上的是被譽為「航天之父」的齊奧爾科夫斯基。1882年,齊奧爾科夫斯基自學了牛頓第三定律,這個看似簡單的作用力與反作用力原理使他豁然開朗。他在日記中寫道:"如果在一隻充滿高壓氣體的桶的一端開一個口,氣體就會通過這個小口噴射出來,並給桶產生反作用力,使桶沿相反的方向運動。"這是對火箭飛行原理的形象描述。

然而火箭僅僅能飛起來還是遠遠不夠的,要想抵達目的地,不會轉彎可不行。那麼火箭是如何轉彎的呢?飛機轉彎靠的是空氣舵,火箭轉彎靠的是燃氣舵。燃氣舵位於發動機尾噴管處,從外面看不出來。它能夠適當改變火箭尾焰的方向,從而改變火箭獲得的反作用力方向,這樣火箭就能轉彎了。當然,火箭轉彎還有其他的方法,比如採用矢量噴管,與燃氣舵原理一樣,即通過調整火箭發動機軸對稱噴管的方向,從而改變火箭尾焰的方向,進而改變火箭發動機的推力方向使火箭轉彎。

(華龍網綜合)

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