问火箭的工作原理

水动火箭是一项广受世界各地欢迎的玩意，火箭的动力来源其实并不是来自火药而是瓶内高压的空气和水。火箭主体是一个水樽，瓶内先注入一定量的水，再利用气泵将空气打进瓶内，令瓶内形成高压。当拔去活塞後，瓶内的水随即以高速排出瓶外，形成一股强大动力，一些水火箭的热爱者所研制的火箭，发射距离竟可超越千多米。水樽是由一种可以循环再用的胶料制做而成，物料本身十分坚韧，一般盛载汽水的水樽都可以承受高压，尤其适合制作水动火箭。一台简单的水火箭, 原来已涉及多项物理概念：包括抛物线理论、动量守恒定理及牛顿第三定律，学生透过实践，更能体会其中一些科学原理。

火 箭的原理当然是著名的牛顿的第三定律。  但是，由于要飞出大气层，所以阻力越小越好，就不用升力单翼，所以发动机提供全部的反重力。需要垂直发射。  能发射卫星的火箭一般为三级，第一级推力很大，垂直上升段可以获得有效的速度和高度。然后火箭开始程序转弯，使速度方向有切地球的分量，这是因为卫星想要不断飞行，必须要有一定速度。  所以，火箭分垂直上升段——获得速度和高度，程序转弯后以弹道轨迹（洲际弹道导弹就同运载火箭同样）飞出大气层，最后，发动机关机，卫星因惯性入轨，同时微型发动机调整轨道。  火箭之所以能这样，是因为它用的火箭发动机是通过喷射气体来得到作用力，故可以有效地利用控制喷射气体方向来转向，这种技术称为矢量推力技术，战机上的（如苏35）的矢量推力比火箭的这种技术迟了很多时间。最早的弹道导弹（远程运载火箭）v2就是有这技术了，它通过四个导流板，将一部分喷射气体偏转，就实现了矢量推力。  现代的矢量推力技术是一种称为摆动喷管的结构，更先进，更精确，推力损失最小。  火箭之所以能够实现推力转弯，是因为它有一套导航系统，通常是无线电或惯性导航系统，这样可以知道即时速度和高度，从而反馈给自动驾驶仪，自动驾驶仪就控制矢量推力系统进行程序转弯。

:要使一个物体从静止开始运动，必须有力作用在物体上，并且作用一定时间T。在物理学上，力F和时间T的乘积FT叫做力的冲量。要使火箭发射，就必需有冲量作用在火箭上。这种冲量是通过燃气的爆炸而产生的。 在现实生活中，我们经常会看到这样的现象，一个充足气的气球拿在手上，突然放手，气体从气球中喷出来，这时气球就向着相反的方向飞出去，这种运动遵循动量守恒定律，在物理上我们称作为反冲。 2．火箭的构造 随着科技的不断发展，科学家们已经发明制造了各种型号的火箭，这些火箭内部构造互不相同而且都相当复杂。如1970年发射的长征1号丁，它是一枚装有二度轨级的三级小型运载火箭，其内部结构如图（1）所示。但是不管这些火箭内部构造有多复杂，其主要部分都可以归纳为壳体和燃料。壳体是圆筒形的，前端是封闭的尖端，后端有尾喷管，燃料燃烧产生的高温压燃气从尾喷管迅速喷出，火箭就向前飞去。 发射火箭由地面控制中心倒记数到零便下令第一级火箭发动机点火。在震天动地的轰鸣声中，火箭拔地而起，冉冉上升。加速飞行段由此开始了，经过几十秒钟，运载火箭开始按预定程序缓慢向预定方向转变，100多秒钟后，在70公里左右高度，第一级火箭发动机关机分离，第二级接着点火，继续加速飞行，这时火箭已飞出稠密大气层，可按程序抛掉卫星的整流罩。在火箭达到预定速度和高度时，第三级火箭发动机关机分离，至此加速飞行段结束。随后，运载火箭靠已获得的能量，在地球引力作用下，开始惯性飞行段，直到与预定轨道相切的位置止。此时第三级火箭发动机点火，开始了最后加速段飞行。当加速到预定速度时第三级发动机关机。火箭的运载使命就全部完成了。 火箭飞行所能达到的最大速度，也就是燃料燃尽时获得的最终速度，主要取决两个条件：一是喷气速度，二是质量比（火箭开始飞行时的质量与燃料燃尽时的质量之比）。喷气速度越大，最终速度就越大，由于现代科学技术的条件下一级火箭的最终速度还达不到发射人造卫星所需要的速度，所以发射卫星要用多级火箭。 火箭的级数不是越高越好，级数越多，构造越复杂，工作时间的可靠性就越差。火箭和喷气式飞机一样都是反冲的重要应用。为了提高喷气速度，需要使用高质量的燃料。当燃气从细口喷出时或水从弯管流出时。它们具有动量由动量守恒定律可知，盛燃气的容器就要向相反方向运动。火箭是靠喷出气流的反冲作用获得巨大速度的。

火箭原理　　发动机　　当大多数人想到马达或发动机时，会认为它们与旋转有关。例如，汽车里的往复式汽油发动机会产生转动能量以驱动车轮。电动马达产生的转动能量则用来驱动风扇或转动磁盘。蒸汽发动机也用来完成同样的工作，蒸汽轮机和大多数燃气轮机也是如此。　　火箭发动机则与之有着根本的区别。它是一种反作用力式发动机。火箭发动机是以一条著名的牛顿定律作为基本驱动原理的，该定律认为“每个作用力都有一个大小相等、方向相反的反作用力”。火箭发动机向一个方向抛射物质，结果会获得另一个方向的反作用力。　　开始时您可能很难理解“抛射物质，获得反作用力”这个概念，因为这好像和真实情况不大一样。火箭发动机似乎只会发出火焰和噪音，制造压力，而与“抛射物质”没什么关系。　　燃料　　燃料是氮的氧化物有：CO,H2,C2H2,CH4,C2H4,CH3CH2OH,N2H4，高级硼硅烷（这都是火箭推进器的燃料）和2踢脚差不多的 点火和原理都一样。只是上面的那层不是火药，是火箭头（里面是卫星之类的东西）。航空煤油是无色透明的，闻上去和普通的煤油没什么区别，而且不易挥发。燃点大约在300C左右，别说用打火石了，就算用明火也是点不燃的。早在运载火箭发明前，人们使用油和汽作燃料，汽车、轮船和飞机就是靠这些燃料来行驶的。后来，科学家发明了靠化学能来产生动力的运载火箭。运载火箭是用煤油、酒精、偏二甲肼、液态氢等作为燃烧剂，而用硝酸、液态氮等提供的氧化剂帮助燃烧的，人们习惯上把燃烧剂和氧化剂通称为火箭发动机的燃料或推进剂。　　推进剂　　从物理形态上讲，火箭发动机使用的推进剂有两种形式，一种是液态物质，另一种是固态物质。燃烧剂和氧化剂都是呈液体形态的发动机则称为液体燃料发动机，或称为液体火箭发动机，两者都是呈固体状态，则称为固体燃料火箭发动机或固体火箭发动机。固态氢、固态氧，作为火箭动力。如果在两种燃料中，一种为固体，一种为液体，则称为固－液火箭发动机或直接称其物质名称的火箭发动机。如，氢氧火箭发动机。由于固态燃烧剂产生的能量比液体氧化剂发出的能量高，所以，研制的火箭发动机多是固－液火箭发动机，两种燃料相遇燃烧，形成高温高压气体，气体从喷口喷出，产生巨大推力而把运载火箭送上了太空。常用推进剂有：1、液氢(燃料)液氧(氧化剂)，燃烧效率很高，多用于航天飞机及运载火箭末级，价格昂贵、不易储存。　　2、肼-50(燃料)四氧化二氮(氧化剂)，燃烧效率一般，多用于中型火箭，价格适中、较易储存。　　3、RP-1高精炼煤油(燃料)液氧(氧化剂)，燃烧效率一般，多用于火箭第一级，价格适中、不易储存。　　4、肼(燃料)、四氧化二氮(氧化剂)，燃烧效率一般，多用于卫星，容易自燃、价格相对便宜、腐蚀性极强。