1.拉瓦尔喷管的工作原理
分析一下拉瓦尔喷管的原理。
火箭发动机中的燃气流在燃烧室压力作用下,经过喷管向后运动,进入喷管的A1。在这一阶段,燃气运动遵循流体在管中运动时,截面小处流速大,截面大处流速小的原理,因此气流不断加速。
当到达窄喉时,流速已经超过了音速。而跨音速的流体在运动时却不再遵循截面小处流速大,截面大处流速小的原理,而是恰恰相反,截面越大,流速越快。
在A2,燃气流的速度被进一步加速,为2-3公里/秒,相当于音速的7-8倍,这样就产生了巨大的推力。拉瓦尔喷管实际上起到了一个流速增大器的作用。
其实,不仅仅是火箭发动机,导弹的喷管也是这样的喇叭形状的,所以拉瓦尔喷管在武器上有着非常广泛的应用。 。
2.拉瓦尔喷管的结构组成
拉瓦尔喷管是推力室的重要组成部分。喷管的前半部是由大变小向中间收缩至一个窄喉。窄喉之后又由小变大向外扩张至箭底。箭体中的气体受高压流入喷嘴的前半部,穿过窄喉后由后半部逸出。这一架构可使气流的速度因喷截面积的变化而变化,使气流从亚音速到音速,直至加速至超音速。所以,人们把这种喇叭形喷管叫跨音速喷管。由于它是瑞典人拉瓦尔发明的,因此也称为拉瓦尔喷管。
3.火箭发射原理方面的论文
火箭的发射原理 航空和航天 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。
航空 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。比空气轻的航空器,如气球、飞艇,用空气静力升空;比空气重的航空器,如飞机、直升机,则要利用空气动力才能升空,风筝也是利用空气动力升空的一种最原始的航空器。
可见,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 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(包括环绕某一天体运行、从其近旁飞过或在其上着陆)、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。
一类在太阳系内的航行活动叫做航天;一类,在太阳系以外的航行活动叫做航宇。航天不同于航空,航天要在极高真空的太空以类似于自然天体的运行规律飞行。
因此,航天首先,必须有不依赖空气,且具有巨大推力的运载工具——火箭。火箭的概念和原理 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。
火箭的三大系统 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。
推进剂——发动机的“食粮” 火箭发动机使用的燃料称为推进剂,堪称火箭发动机的“食粮”。目前,各国研制的运载火箭多使用化学燃料推进剂。
化学燃料推进剂可根据物理形态分为液体推进剂和固体推进剂两类,根据性质可分为可贮存推进和低温推进剂。可贮存推进指在常温下可以长期在火箭推进剂贮箱中贮存的推进剂,如硝酸和煤油等。
低温推进剂指在常温下沸点低的推进剂,如昭液氧、液氢等。随着航天技术的发展以及环保和人体健康要求的日益提高,火箭主发动机目前正朝着采用无毒、无污染的液氢、液氧和液氧、煤油推进剂的方向发展。
固体火箭发动机 固体火箭发动机是最简单的一种化学火箭发动机,它所携带的固体推进剂主要由燃料和氧化剂组成,通常制成具有一定几何形状的红柱,贮存在被叫做燃烧室的半封闭容器中(图)。为了点燃药柱,在燃烧室头部安装带有安全机构的点火装置,通电点火后,燃烧室中的药柱被点燃,并持续燃烧,产生高温、高压的燃气(工质),此时,固体推进剂的化学能转变为热能;燃气通过燃烧室尾部的拉瓦尔喷管以高速排出,从而产生推动火箭前进的推力,此时的热能转变为动能。
与液体火箭发动机相比,固体火箭发动机由于不需推进剂输送系统,推力室无需强制冷却,因此结构简单,没有活门、喷注器、涡轮泵、燃气发生器等部件。由于这个特点,它的可靠性较高,操作简便。
另外,固体发动机能够长期贮存。固体火箭发动机的缺点是:比推办较低,工作时间较短,不易调节推力和多次启动。
固体火箭发动机由药柱、燃烧室、喷管和点火装置等组成。固体推进剂常常被制成不同的形状,称为药柱,在推进剂相同的情况下,固体火箭发动机的推力由药柱的燃烧面决定。
固体火箭发动机的喷管具有将推进剂放出的热能转换成推进用的动能的作用,因为它不像液体发动机那样采用冷却措施,所以一般采用合金钢或高温玻璃钢等抗高温材料制成,并采用烧蚀等技术进行保护。一台固体火箭发动机可以设计成一个喷管,也可以设计成几个。
喷管有固定的,也有可动的,可动喷管可以绕发动机纵轴转动或摆动,实现对发动机推力方向的控制。 固体火箭发动机的工作过程比液体火箭发动机简单得多,点火时,先通电使电爆管爆炸,引燃点火药,点火药燃烧后点燃推进剂药柱。
液体火箭发动机 液体火箭发动机是采用液体推进剂的一种化学火箭发动机,一般由推力室、液体推进剂贮箱、供应系统和控制系统组成。推力室是推进剂混合、燃烧并高速喷出产生推力。
4.拉瓦尔喷管的介绍
拉瓦尔喷管是由两个锥形管构成,其中一个为收缩管,另一个为扩张管,是火箭发动机和航空发动机最常用的构件。