液体火箭发动机如何工作
液体火箭发动机自带燃料和氧气,把它们泵进燃烧室燃烧,再让高温燃气从逐渐变宽的喷管喷出。跟着推进剂从贮箱一路走到喷管出口的推力。
液体火箭发动机自带燃料和氧气,把它们泵进燃烧室燃烧,再让高温燃气从逐渐变宽的喷管喷出。跟着推进剂从贮箱一路走到喷管出口的推力。
液体火箭发动机是一种靠燃烧液体推进剂、把高温燃气从尾部喷出来产生推力的机器。与喷气发动机不同,它自带氧气,因此在没有空气的地方也能工作。它的核心是一个在极高压力下运行的燃烧室,由泵供料,末端接一只钟形喷管。
从外面看,火箭发动机不过是一堆贮箱、管路和一只喷管。真正有意思的工程——推进剂如何被泵送、喷注、燃烧和冷却——全都发生在内部,所以把它剖开,才是看清各部件如何配合的最直观方式。
燃料和氧化剂分装在两个贮箱里。它们之所以要分开存放,正是因为一旦相遇就会发生反应,所以只在发动机内部的最后一刻才混合。
燃烧室的压力远高于贮箱。由小型涡轮驱动的泵从低压贮箱抽走推进剂,把它加压到燃烧室压力。贮箱只负责装液体,真正“推”的是泵。
燃烧室顶部是一块钻有许多小孔的喷注盘。它把两股流动分成细密的射流,让燃料和氧化剂尽可能充分地混合,从而获得干净而高温的燃烧。
燃烧产生的燃气温度高达数千度。为防止壁面熔化,低温推进剂在燃烧之前先流经燃烧室壁面外的一圈夹套通道——这就是再生冷却。它既保护了金属,又顺带加热了推进剂。
高温燃气先经过狭窄的喉部,再进入逐渐变宽的钟形段——德·拉伐尔喷管。膨胀让燃气加速超过音速,而快速离开发动机的排气,正是把飞行器向前推的力。
因为太空中没有空气。火箭必须同时携带燃料和助燃用的氧气,把它们分装在两个贮箱里,只在发动机内部才混合。
靠喷管。推进剂燃烧产生高温高压燃气,逐渐变宽的德·拉伐尔喷管让燃气膨胀、加速到超音速喷出,这股高速排气就是推力。
燃烧室的压力远高于贮箱。由小型涡轮驱动的泵把推进剂加压到燃烧室压力,才能顶着这个压力把推进剂喷进去。
靠再生冷却。低温推进剂在燃烧之前先流经燃烧室壁面外的夹套通道,一边吸走热量,一边把壁面温度压在熔点以下。
不是。火箭靠向后方高速抛出质量工作,根据牛顿第三定律发动机被推向反方向。它不需要空气,因此同一台发动机在太空真空中同样有效。