航天探秘：火箭推進器為什麼一定要設計成「喇叭口」？

2020-09-04 蘿蔔灘主

人們為了將火箭發射到太空，需要從地面將其加速到幾公裡每秒的速度。火箭推進器內部燃料發生化學反應，將燃料的能量轉化為火箭的推力。這種推力就是以我們肉眼看到的火箭尾焰表現出來的。那麼為什麼推進器一定要設計成喇叭形狀的呢？

喇叭形狀的火箭推進器出口

就像火藥燃燒一樣，火箭內部燃料燃燒時非常劇烈。能夠釋放大量的熱並產生很大的壓力（上百個大氣壓）。根據反衝原理，燃燒後的產物直接從推進器尾部噴射出來也能產生一定的推力，但是仍然不能滿足航天飛行的需求。

超音速燃燒尾氣噴出火箭尾部

那這種喇叭一樣的出口又是什麼呢？科學家把它叫做「拉瓦爾」噴管，由瑞典科學家拉瓦爾發明。這種噴管中間窄兩邊寬，燃燒室的氣體先收縮再擴張，最後從火箭尾部排出。

執行艱巨任務的火箭

一般我們理解的是通道越窄速度應該越快，為什麼後面還要把通道再次變寬呢？原來前面由寬變窄是為了使氣體達到聲速，再次擴張的時候可以將強大的內能轉化為動能，因此速度會再次提升。我們知道火箭燃料燃燒的總質量是不變的，當它的速度變得更快的時候產生的推力也就更大。所以，朋友們，一個簡單的喇叭狀噴管還有這麼多的科學奧秘。

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