带火星探测器上天的火箭,为什么有着葫芦形状的推进器?
火箭推进器就是类似于一个会喷火的葫芦形装置,火箭之所以能上天全靠这个葫芦状的法宝。火箭是航天器的运载工具,能够携带多种实验器材和观测仪器上太空,是种利用喷射的工质产生反作用力推进的飞行器。相比于普通飞机这种上天的航空器,火箭升空的速度那可是杠杠的。
火箭的推进器下面有几个小“脚”,这其实是火箭的推进器的拉瓦尔喷管,是火箭能够上天的关键。低速流体的流动遵循质量守恒对应的连续性定理,流体流动过程中会遵循质量守恒对应的连续性定理,同一时间内流体流进任意截面的流量和从另一截面流出的流量相等。
流体流动也会遵循能量守恒对应的伯努利原理,对应伯努利方程。由伯努利方程可以得到这样的一个推论:低速理想流体,在速度相对大的部分静压力会更小一点,可以理解为流体的势能存在和动能的相互转化。
火箭喷管中推进气流真实情况下是非常复杂滴,气流的状态能够达到亚音速甚至高音速。流速为不同马赫数的流体对应的名称不同,可以设想气流是一维的绝热等熵流动,稳定且符合理想气体状态方程。
拉瓦尔喷管很好的平衡了气流在喷管中,亚音速和超音速状态下加速时看似不可调和的矛盾。气流通过火箭推进器的喷管喷出,气流温度和气流压强也从非常高的状态,在经历过加速之后变小。
拉瓦尔喷管喷出的超音速气流的压强是不一样的,可以将气流的行为划分为三种:过度膨胀,理想膨胀,膨胀不足。理想情况下管出口处的气流气压应该降低到和大气压强一样的程度,这种情况也是最高效的。
中国航天事业,起步于上个世纪中期,到现在已历经60余年。今年是中国航天非凡的一年,有北斗卫星三代成功组网,有预计7月到8月即将发射的火星探测器,有预计10月份实施的嫦娥5号无人月面取样返回,还有中国空间站也将在今年开始逐步搭建。