初中物理知識點:火箭

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定義:
火箭是指一種自身既帶有燃料,又帶有助燃用的氧化劑,用火箭發(fā)動機作動力裝置,可在大氣層內(nèi)飛行,也可在沒有空氣的大氣層外的太空飛行的飛行器。因火箭機構最早用于發(fā)射箭矢上,因此在中文稱為火箭。

火箭使用的是噴氣式發(fā)動機,F(xiàn)代火箭使用的燃料多為液體燃料。液體燃料火箭主要由燃料箱、氧化劑箱、輸送裝置、燃燒室和尾部噴口組成,F(xiàn)代火箭的特點是功率巨大,不僅可以在高空飛行,而且還可以飛出大氣層。多級火箭可以作為星際航行的運載工具。

火箭分類與組成:
1. 分類
火箭發(fā)動機火箭通?煞譃楣腆w與液體火箭,有控與無控火箭,單級與多級火箭,近程、中程與遠程火箭等。火箭的種類雖然很多,但其組成部分及工作原理是基本相同的。除有效載荷外,有控火箭必不可少的組成部分有動力裝置、制導系統(tǒng)和箭體。

2. 組成
動力裝置
是發(fā)動機及其推進劑供應系統(tǒng)的統(tǒng)稱,是火箭賴以高速飛行的動力源。其中,發(fā)動機按其工質(zhì),可分為化學火箭發(fā)動機、核火箭發(fā)動機、電火箭發(fā)動機等。當前廣泛使用的是化學火箭發(fā)動機,它是靠化學推進劑在燃燒室內(nèi)進行化學反應釋放出的能量轉(zhuǎn)化為推力的。在發(fā)動機效率相同的情況下,單位時間內(nèi)燃燒與噴射的物質(zhì)越多,噴射速度越大,發(fā)動機推力就越大。在推力相同的情況下,結構重量越輕,單位時間內(nèi)消耗推進劑越少,發(fā)動機性能就越高。推力與推進劑每秒消耗量之比稱為比推力,它是鑒定發(fā)動機性能的主要指標。
制導系統(tǒng)
有了足夠的推力,火箭便可克服地球引力而飛離地面。但對有控火箭而言,為保證在飛行過程中不致翻滾,而且準確地導向目標,還需有制導系統(tǒng)。該系統(tǒng)的功用是實時地控制火箭的飛行方向、高度、距離、速度以及飛行姿態(tài)等,亦即控制火箭的質(zhì)心運動和繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(俯仰、偏航與滾動),使火箭穩(wěn)定而精確地飛抵目標。制導系統(tǒng)地日臻完善和精度的迅速提高,是現(xiàn)代火箭技術的一大特點。箭體是火箭另一個不可缺少的組成部分,火箭的各個系統(tǒng)都安裝其上,并容納大量的推進劑。
箭體
結構除要求具有空氣動力外形外,還要求在完成既定功能的前提下,重量越輕越好,體積越小越好。在起飛重量一定時,其結構重量輕,則可得到較大的飛行速度或距離;鸺l(fā)動機熄火點的理想速度(不計速度的重力損失與空氣阻力損失)Vk可表示為:,式中ω代表推進劑燃氣的有效流速,其大小取決于發(fā)動機的性能;,Mk代表熄火點的火箭質(zhì)量,主要是箭體結構質(zhì)量;Mo代表起飛時的火箭質(zhì)量。從上式可以看出,當火箭起飛質(zhì)量Mo一定時,Mk越小,μk小,則末速Vk越大,即飛行距離越遠;或者當飛行距離一定時,Mk小,Mo亦小,即火箭可以造得小些。除上述三大系統(tǒng)之外,還有電源系統(tǒng),有時還根據(jù)需要在火箭上安裝初始定位定向、安全控制、無線電遙測以及外彈道測量等附加系統(tǒng)。

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