火箭飞行原理与应用

火箭的发射原理与应用

0906020226 通信2班钟凯【摘要】航空和航天是当今人类认识和改造自然过程中最活跃，最有影响力，也最有发展前途的科学和技术领域，是人类文明高度发展的重要标志，也是衡量一个国家科学和技术水平，以及综合实力的重要标志。我们将通过这篇文章的探讨，从火箭的原理结构分析火箭的发射原理，并研究其在国民生产当中的主要应用。

【关键词】火箭发射原理火箭应用

【正文】

一航空航天技术的概论

航空是指载人或不载人的飞行器在地球大气层中的航行活动。航空活动的范围主要限于离地面30公里的大气层内。在大气层中航行的飞行器（航空器），只要克服自身的重力就能升空。航空离不开地球的大气圈，也摆脱不了地球的引力作用。

航天是指载人或不载人的飞行器在太空的航行活动，也叫做空间飞行或宇宙航行。航天包括：环绕地球的运行、飞往月球或其它星球的航行、行星际空间的航行及飞出太阳系的航行。可见，航天活动的范围要比航空活动的范围大得多。

二火箭的结构与主要部件

火箭是一种依靠火箭发动机喷射工作介质产生的反作用力推动前进的飞行器。火箭的飞行原理是它借助了物体的反作用力，就像一只充足气体的气球，当我们把它从手中放开后，气球内的气体便顺着气球的气嘴喷出，同时气球向前冲去。因自身携带氧化剂，用不着像飞机那样依靠大气中的氧，所以火箭可以飞出大气层，在真空条件下飞行。

运载火箭是将人造卫星、宇宙飞船、空间站和宇宙探测器等航天器送入太空的运载工具，是人类一切航天活动的基础。它主要包括三大系统：动力系统、结构系统和控制系统。动力系统即火箭发动机系统，是火箭的动力装置，堪称火箭的心脏。它依靠推进剂在燃烧室内燃

烧，形成高温高压燃气，通过喷管高速排出后产生反作用力推动火箭前进。火箭发动机按使用推进剂的类别分为液体火箭发动机、固体火箭发动机、固液混合式火箭发动机三种。结构系统通常称为箭体结构，它是火箭的躯体，用于连接火箭所有结构部段，使之成为一整体，具有良好的空气动力外形和飞行性能。控制系统是火箭的大脑和神经中枢。火箭发射后的级间分离、俯仰偏航、发动机关机与启动、轨道修正和星箭分离等一系列动作，都依靠控制系统完成。

三火箭的升空原理

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。按照牛顿力

学基本定律，两个相互作用的物体，其作用力与反作用力总

是同时存在，它们的大小相等，方向相反。因此，任何一种

移动，广义地说，都是反作用运动。

火箭发动机所达到的推力和速度远远超过了一般的推

进方法。这种发动机不依赖周围介质条件，在空间环境也能

工作，这一特点，保证了在不同飞行速度下，发动机产生的

推力不受空气接受能力的影响，而是恒定的，这也使得火箭

（发动机）所能达到的飞行速度比其它任何类型发动机要高

得多；其次，由于是直接反作用运动，没有中间机构，在主

要的喷射通道中不存在限制工作温度的运动机构，这就决定

了火箭发动机的结构简单，而所产生的推力却很大。

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。

四火箭原理的应用

下面介绍火箭原理的应用，通过论文我们介绍国际上主要的火箭，并探索原理在这些火箭上的应用。

（一）俄罗斯火箭应用

闪电号运载火箭是苏联在R-7洲际弹道导弹（8K71）基础上研制的一种重要的运载火箭型号，闪电号是苏联的第一种3级火箭。研制闪电号的命令在1960年由苏联航天工业的创始人科罗廖夫亲自签发。研究进行得很顺利，因为他们只是要开发一种R-7的3级型号。闪电号的第一级和捆绑助推器都沿用了R-7的原设计；第二级是加粗了的东方号运载火箭的第二级。只有第三级是在东方号第二级基础上新设计的。

联盟号运载火箭（又译为联合号运载火箭）是不可重复使用之发射系统，由Korler设计局制造研发，总部位在俄罗斯的萨马拉，曾经发射过载人的太空船，是一个从联合号出来的小分枝，目前用来发射自动运行补给太空火箭至国际太空站（MKC），也用于发射商业卫星发射系统由自动TSSKB公司与Starsem公司研发制造，在2001年有时一次发射；另外有九次在2001年，现在的联合号火箭从哈萨克的白寇奴尔和普列谢茨克航天发射场发射。（二）美国火箭应用

把美国第一颗人造卫星探险者1号送上太空飞行的，是著名火箭专家冯·布劳恩主持研制的丘比特C运载火箭。1958年2月1号，布劳恩用丘比特导弹改装的运载火箭，开辟了美国征服太空的新纪元。此后，美国先后用几种中程和洲际导弹，经过改进研制成为雷神，宇宙神，大力神以及德尔塔等几种不同用途的运载火箭。

（1）雷神运载火箭

雷神液体火箭本身推力为78吨，加上阿金纳上面级，总长23.2米，最大直径2.44米，起飞重量56吨，能把700多千克的卫星送上500千米左右高的地球轨道。为了增加运载能力，有时在它周围捆绑上3台固体助推火箭，使其运载重量提高到1吨。雷神是美国发射早期小型卫星如发现者号的运载火箭，从1959年以来发射400多次，现已不常用。

（2）宇宙神运载火箭

宇宙神系列火箭，由美国通用动力公司制造，已连续生产30多年。火箭长25.1米，直径3米，起飞重量120吨。目前经常使用的是宇宙神—阿金纳D号和宇宙神—半人马座号两种型号。前者重129吨，能把2吨重的有效载荷送入500千米高的地球轨道；后者重139吨，近地轨道的最大运载能力为4吨。它们除作为月球号和火星号星际探测器的运载工