火箭如何工作

固体推进剂火箭如何工作

固体推进剂火箭包括所有较老的烟花火箭，然而，现在有更先进的燃料，设计和固体推进剂的功能。

固体推进剂火箭是在液体燃料火箭发明之前发明的。 固体推进剂类型开始于科学家Zasiadko，康斯坦丁诺夫和Congreve的贡献。 现在处于先进状态，固体推进剂火箭现在仍然广泛使用，包括航天飞机双增压发动机和Delta系列增压级。

固体推进剂的功能

固体推进剂是单组分推进剂燃料，即几种化学品的单一混合物，即氧化剂和还原剂或燃料。 这种燃料处于固态并具有预成形或模制形状。 推进剂颗粒，核心的内部形状是决定火箭性能的重要因素。 决定颗粒相对性能的变量是核心表面积和比冲量。

表面积是推进剂暴露于内燃火焰的量，与推力存在直接关系。 表面积的增加将增加推力，但由于推进剂正在加速消耗，因此将减少燃烧时间。 最佳推力通常是恒定的，这可以通过在整个燃烧过程中保持恒定的表面积来实现。

恒定表面积晶粒设计的例子包括：端部燃烧，内部核心和外部核心燃烧，以及内部星形核心燃烧。

由于一些火箭可能需要最初高的推力分量才能起飞，而较低的推力将足以满足其发射后的回归推力要求，因此可以使用各种形状来优化推力关系。 在控制火箭燃料的暴露表面积时，复杂的晶粒核心图案通常具有涂有不易燃塑料（例如乙酸纤维素）的部件。

该涂层防止内燃火焰点燃该部分燃料，仅在燃烧直接到达燃料时才点燃。

具体的冲动

具体冲动是每秒燃烧的单位推进剂的推力，它测量火箭的性能，更具体地说，内推力产生压力和热量的乘积。 化学火箭中的推力是爆炸燃料燃烧产生的热膨胀气体的产物。 燃料的爆炸力与燃烧率的关系是具体的冲动。

在设计火箭推进剂颗粒时，必须考虑到特定的冲量，因为它可能是不同的故障（爆炸），并且是成功优化的推力生产火箭。

现代固体燃料火箭

从使用火药到更强大的燃料（更具体的冲动）的背离标志着现代固体燃料火箭的发展。 一旦发现火箭燃料（燃料提供自己的“空气”燃烧）后的化学物质被发现，科学家们就寻找了更强大的燃料，并不断接近新的极限。

优点缺点

固体燃料火箭是相对简单的火箭。 这是他们的主要优势，但也有其缺点。

• 一旦固体火箭被点燃，它将消耗整个燃料，而没有任何关闭或推力调整的选择。 土星V型月球火箭使用了将近800万磅的推力，这对于使用固体推进剂来说是不可行的，需要高比冲脉冲液体推进剂。

• 单火药火箭的预混燃料，即有时是硝酸甘油的危险是一种成分。

一个优点是固体推进剂火箭的存储容易。 其中一些火箭是小型导弹，如诚实的约翰和耐克大力士; 其他人则是大型弹道导弹，如北极星，警长和先锋。 液体推进剂可以提供更好的性能，但推进剂储存和处理液体接近绝对零度（0 开氏度）的困难限制了它们的使用，无法满足军方对其火力要求的严格要求。

• 更多
• 固体燃料火箭
• 液体燃料火箭
• 烟花火箭队

Tsiolkozski在1896年出版的“通过反应装置研究行星际空间的研究”中首次提出了液体燃料火箭的理论。他的想法在27年后实现，当时罗伯特戈达德发射了第一支液体燃料火箭。

液体燃料火箭使用强大的Energiya SL-17和土星五号火箭推动俄罗斯人和美国人进入太空时代。 这些火箭的高推力能力使我们第一次进入太空。

1969年7月21日，当阿姆斯特朗登上月球时发生的“人类巨大的一步”，是由土星V型火箭800万磅的推力实现的。

液体推进剂的功能

与传统的固体燃料火箭一样，液体燃料火箭燃烧燃料和氧化剂，然而两者都处于液态。

两个金属罐分别容纳燃料和氧化剂。 由于这两种液体的特性，它们通常在发射之前装入其储罐中。 单独的储罐是必要的，因为许多液体燃料在接触时燃烧。 按照设定的启动顺序，两个阀门打开，允许液体沿着管道流动。 如果这些阀门只是打开而允许液体推进剂流入燃烧室，则会发生微弱且不稳定的推力速率，因此使用加压气体进料或涡轮泵进料。

两者中较简单的压缩气体进料，将高压气体罐添加到推进系统。

惰性惰性气体（如氦气）在严酷的压力下由阀门/调节器保持并调节。

第二种，也是通常首选的解决燃油输送问题的方案是涡轮泵。 涡轮泵与常规泵的功能相同，通过抽吸推进剂并加速进入燃烧室旁路气体增压系统。

氧化剂和燃料在燃烧室内混合并点燃，并产生推力。

氧化剂和燃料

液体氧是最常用的氧化剂。 其他用于液体推进剂火箭的氧化剂包括：过氧化氢（95％，H2O2），硝酸（HNO3）和液态氟。 在这些选择中，给予对照燃料的液体氟产生最高的比冲量（每单位推进剂的推力量）。 但由于难以处理这种腐蚀性元素，并且由于其燃烧的高温，液体氟在现代液体燃料火箭中很少使用。 常用的液体燃料包括：液态氢，液态氨（NH3），肼（N2H4）和煤油（碳氢化合物）。

优点缺点

液体推进剂火箭是现有最强大的推进系统（就总推力而言）。 它们也是最具变化性的，也就是说，可调节的给定的大量阀门和调节器来控制和增强火箭的性能。

不幸的是，最后一点使液体推进剂火箭错综复杂。 一个真正的现代液体双组元推进剂发动机具有数千个连接各种冷却，加油或润滑液的管道连接。

此外，诸如涡轮泵或调节器的各个子部件由管道，电线，控制阀，温度计和支撑支撑的单独眩晕组成。 鉴于许多部分，一个整体功能失败的可能性很大。

如前所述，液氧是最常用的氧化剂，但它也有其缺点。 为了达到这种元素的液态，必须获得-183摄氏度的温度 - 氧易于蒸发的条件，正好在装载时损失大量的氧化剂。 硝酸是另一种强效氧化剂，含有76％的氧气，在STP时处于液态，并具有较高的比重 - 所有优点都很明显。 后一点是与密度类似的测量，并且随着其升高以便推进剂的性能。

但是，硝酸在处理过程中是危险的（与水混合产生强酸），并在燃料燃烧时产生有害的副产物，因此其使用受到限制。

• 更多
• 固体燃料火箭
• 液体燃料火箭
• 烟花火箭队

在公元前二世纪由古代中国人开发的烟花是最古老的火箭，也是最简单的。 最初的烟花有宗教用途，但后来在中世纪以“火焰箭”的形式被用于军事用途。

在十，十三世纪，蒙古人和阿拉伯人把这些早期火箭的主要成分带到了西方： 火药 。

虽然大炮和火炮成为东部引进火药的主要发展，但火箭也是如此。 这些火箭基本上是放大的烟花，比长弓或大炮，爆炸火药的包裹还要大。

十八世纪晚期帝国主义战争期间， Congreve上校发展了他着名的火箭，它们的行程距离为四英里。 “火箭红色眩光 ”（美国国歌）在麦克亨利堡的激烈战斗中记录了早期的军事战略形式中火箭战争的用法。

烟花如何运作

火药，由75％硝酸钾（KNO3），15％木炭（碳）和10％硫组成的混合物提供了大部分烟花的推力。 这种燃料被紧紧地装入套管中，厚纸板或纸卷起管，形成火箭的推进剂核心，典型的长度与宽度或直径比为7：1。

一根保险丝（涂有火药的棉麻线）通过火柴或“朋克”（一种带有煤炭般红色发光尖的木棒）点亮。

这种保险丝迅速燃烧到火箭的核心，在那里它点燃内部核心的火药壁。 如前所述，火药中的一种化学物质是硝酸钾，这是最重要的成分。 这种化学物质的分子结构KNO3含有三个氧原子（O3），一个氮原子（N）和一个钾原子（K）。

锁定在这个分子中的三个氧原子提供了熔丝和火箭用来燃烧另外两种成分碳和硫的“空气”。 因此硝酸钾通过容易释放氧气来氧化化学反应。 尽管这种反应并不是自发的，而且必须由比赛或“朋克”等热量引发。

推力

一旦燃烧的保险丝进入铁芯，就会产生推力。 核心迅速充满火焰，因此必要的热量点燃，继续传播反应。 核心初始表面耗尽后，一层火药继续暴露，火箭将燃烧几秒钟，产生推力。 动作反应（推进）效应解释了当热膨胀气体（在火药的反应燃烧中产生）通过喷嘴逸出​​火箭时产生的推力。 由粘土构成，喷嘴可以承受通过的火焰的强烈热量。

天空火箭

原始的天空火箭使用长木棍或竹棍来提供较低的平衡中心（通过将质量分布在更大的直线距离上），从而保证火箭在飞行中的稳定性。 通常三个翅膀相互成120度角，或四个彼此成90度角，翅膀的发育根源在箭羽引导中。 早期烟花的管理原则就是控制箭的飞行。 但是由于一根简单的棒似乎足够稳定，所以可以完全省略鳍。 在翅片设置正确的情况下（创建一个合适的平衡中心），可以移除产生引导杆的阻力（空气阻力）的额外质量，从而提高火箭的性能。

什么使漂亮的颜色？

产生这些恒星，报告（“刘海”）和颜色的火箭的组成部分通常位于火箭的鼻锥部分正下方。 火箭发动机消耗了所有燃料后，内部保险丝点亮，延迟了恒星的释放或其他影响。 这个延迟允许火箭继续上升的滑行时间。 由于重力最终将烟花拉回地球，它会减速并最终达到顶点（最高点：火箭速度为零）并开始下降。 延迟通常持续在该顶点之前，以最佳速度持续，在该速度下，小型爆炸将烟花的恒星沿期望的方向射出，从而产生出色的效果。 颜色，报告，闪光和星星是具有特殊烟火特性的化学物质，添加到平淡的火药中。

优点缺点

火药相对较低的比冲（每单位推进剂的推力量）限制了它在更大尺度上的推力生产能力。 烟花是最简单的固体火箭，也是最薄弱的。 来自烟花的演变带来了更复杂的固体燃料火箭，它们使用更多奇特而强大的燃料。 自十九世纪末以来，用于娱乐或教育以外的烟花型火箭的使用实际上已停止。

• 更多
• 固体燃料火箭
• 液体燃料火箭
• 烟花火箭队