《飞行力学》
“火箭飞出大气层后,如何改变方向? 作用力和反作用力还成立吗? ”即使是太空中的火箭,只要有可以通过反冲作用实现速度、方向调节的作用力,就会有反作用力,两者同时发生也会同时消失,而且具有大小相等、方向相反、作用于同一个点的特性。 火箭飞行和转向
火箭飞行和转向牛顿力学告诉我们,力是物体之间的相互作用,不能脱离物体单独存在。 对火箭来说,无论是在大气层内飞行还是在太空飞行,改变运动状态都需要力的参与,换句话说,力是改变物体运动状态的原因。
我们知道火箭飞行的动力来源于火箭自身的喷气发动机。 火箭发动机通过以非常高的速度喷射大量的气体来获得反作用力,这种力最终作用于火箭产生加速度。 由于力有大小和方向的矢量,改变火箭发动机喷射气体的方向,可以得到不同方向的反作用力,给火箭自身施加不同方向的加速度,改变火箭的运动姿态。 在这个过程中,我们发现火箭改变自身运动状态的原理与是否在大气层内没有太大关系,但在实际火箭飞行中,还需要考虑空气对空气阻力的影响。
火箭的主要任务是将宇宙飞船和人造卫星等的载荷送入轨道,所以主要任务是在大气层内飞行,火箭飞出大气层后也扔整流罩,在减轻载荷的同时为星矢的分离做准备。 从一枚运载火箭发射到完成星矢分离是一个非常复杂的过程。 由于火箭自身质量、气动布局等因素的影响,火箭在飞行过程中必须不断调整飞行姿态,保持飞行航线。 对大多数驾驶火箭来说,除了提高火箭尾翼的飞行稳定性外,还需要通过改变火箭发动机的喷射方向来实现飞行中的动态调节,这种姿态调节也可以应用于火箭大气层外的飞行。
也有通过安装小型侧面发动机和底部的姿态调整发动机来实现火箭更高精度姿态控制的运载火箭。
卫星上的喷气发动机知道火箭的作用是把卫星和宇宙飞船送入太空。 因此,真正在宇宙中长时间运转的是航天器,而不是卫星和宇宙飞船。 或者宇宙飞船的飞行和姿态控制也依赖于发动机,产生推力的原理与火箭发动机类似,通过高速喷射工学产生的反作用力来推进宇宙飞船本身。 在太空中,航天器不受空气阻力的影响,而且自身处于失重状态,只需很小的推力就可以改变航天器自身的飞行状态。
以“卫星发动机”为例,最初的卫星推进系统以高压冷气推进为主,至今仍有以高压氮气为动力源的小型卫星。 由于推进剂不需要发生化学反应,该推进系统结构简单安全,但性能不高。 随着科学技术的发展,能量密度更高的肼被用作卫星动力发动机的推进剂,在铱的催化作用下,http(//10001.com/瞬间分解产生大量的高温气体,从而产生推力宇宙飞船、航天飞机和大型卫星往往需要更高性能的喷气发动机来获得推力。 该推力系统通常是向发动机燃烧室内喷射燃料和氧化剂使其燃烧,产生高温高压气体,获得更高推力的二元推进系统。 随着科学技术的发展,近年来更先进的离子发动机和无工质发动机也逐渐受到重视。
为什么火箭发动机能产生推力? 火箭发动机工作时,液体燃料和氧化剂通过控制系统和管路送入发动机燃烧室,在这里发生剧烈燃烧,产生大量高温高压气体。 这些气体只能从发动机后部的喷出口向后方喷出,喷射产生的反作用力会作用在发动机上。 由于发动机与箭体相连,整个过程中火箭发动机通过燃烧推进剂得到高温高压气体,这些气体从发动机后方喷出使火箭得到与气体喷射方向相反的力,即火箭发动机产生的推力。 这个过程遵循牛顿第三定律。
要总结火箭的飞行姿态,还有通过调整火箭发动机的喷射方向进行控制,安装专用的姿态调整发动机进行控制的运载火箭。 无论是在大气层内还是宇宙,都适用牛顿第三定律。
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