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来自 科技知识 2019-10-13 09:19 的文章
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航天科普:空天飞机的发动机有何特殊之处?四

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包括火箭在内的航天器,在太空中飞行时的动力靠发动机推进的,推进的原理就是动量守恒,比如火箭发动机,自带的氧气与燃料燃烧后产生的高温气流从后尾喷管喷射出去,由此获得巨大推力,推动火箭向前运行,如果喷气的速度越快,那么火箭获得的速度也就越大。

为了实现这一功能,工程师想到一个可行的解决方法,就是使用超音速燃烧冲压喷气发动机(简称scramjet)作为空天飞机的引擎。这种发动机在升空时会从大气吸入氧气。由于飞行时会捕捉空气而不用携带载助燃剂,飞机起飞重量大大减轻。就拿今日所使用最先进的发射系统航天飞机来说,约有一半的发射重量是来自液态氧与氧化剂。整个系统必须一路承载着这些重量,让火箭持续燃烧燃料以进入轨道。换句话说,同样燃烧一公斤的推进剂时,scramjet所产生的推进力是火箭的四倍。在经过几十年断断续续的发展后,具实用性的scramjet可望展翅而飞。各国研究人员已经在2007年与2008年对这种进行了关键而全面的地面测试,2009年也进行了一系列突破技术障碍的飞行试验。

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当我们在一叶扁舟上向前移动时,这个时候船会向后运动,这都是相同的道理,从本质上来说都是动量守恒决定的。

空天飞机就是既能航空又能航天的飞行器,集喷气式飞机、运载火箭与航天飞机于一身,它既可以作为载人航天器,又可完全重复使用。空天飞机上同时有飞机发动机和火箭发动机,它起飞时也不使用火箭助推器,而是像普通飞机一样从跑道上凭借喷气式发动机起飞,在高空逐渐加速,以高超音速在大气层上层飞行。进入太空前,因为氧气稀薄,喷气式发动机切换为火箭发动机,以自带的氧化剂和燃烧剂助推进入太空,成为航天器。空天飞机降落时则可以像普通飞机一样在飞机场降落。

相反,火箭同时携带燃料和氧气。因此火箭无需从前部吸入空气。它所需要的是用氧气燃烧燃料,然后以高速向后喷射。这种动量用于提升和推进火箭两方面,没有机翼用于“上升”,所有机翼都是用于转向的。

回答:

例如,美国能源部的劳伦斯-利弗莫尔国家实验室已完成一种超高音速飞机的革命性设计。这架原型机是用氢做动力,时速近一万一千公里,即10倍音速。这样的风驰电掣使其可在2小时内飞到全球任何位置。这种飞机的与众不同在于它的飞行轨迹。它被设计成采用在大气层上缘飞行,像用石片打水漂一样在大气层上弹跳前进,轨迹类似一条正弦曲线。按照设计师的构想,这种飞机首先穿越大气层到4万米的高空,关掉发动机靠重力与惯性降回大气层表面。此时再启动scramjet发动机吸入空气推进助燃,再次升入太空。如此往复,不但燃料的燃烧效率得以提高,还减少了散热的麻烦。来源:航天科技集团网站

1.WJ百科全书

回答:

火箭通常比喷气发动机要强大的多,也更耗资源。大多数的飞机不能垂直攀升,而火箭就是为垂直攀升而设计的。喷气发动机在大气层外几乎没有用处,但是火箭可以正常工作,因为火箭自己携带燃料和氧气。

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喷气发动机和火箭最大的不同在于他们的推进系统。喷气发动机使来自空气中的氧气和燃料在高温下结合。通常需要火花来点燃燃料,但是一旦发动机开始运转它就会一直运转直到氧气或者燃料燃烧殆尽。发动机被尾部喷出的热气体向前推进,就像用花园的水管喷水时它会回给你一个力一样。相比之下,火箭发动机并不是所谓的“空气呼吸器”。

简单来说,动量守恒有三种情况,一种是高速抛出物质,自身就获得相应的动量;另一种是和其它物质碰撞,从而发生动量的转移而获得动量。还有一种情况,就是太空飞行常用的“引力弹弓”。

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太空里没有空气,各种飞行器是怎样被推进飞行的?

喷气飞机的发动机工作方式如下:发动机的前部吸入空气。吸入的空气和发动机内的燃料一起燃烧。由此产生大量气体高速向后喷射,这既推动飞机前进,又吸入更多空气进入发动机。在正常飞行中,发动机用于推进飞机前进。实际的“上升”是通过经强风流过的机翼获得的(针对机翼如何抬起飞机有些争议,分为“伯努利”和“牛顿”两派......但这又是另一回事了。)

但即使是比冲再高、推力再大的发动机也无法将飞船推至光速,因为接近光速时的质增效应会将发动机的推力消耗殆尽,但仅仅是银河系的广袤即达20万光年,试想即使我们实现光速飞船又如何?

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回答:

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在太空中没有空气,是真空环境,也就没有氧气,这时的飞行器发动机原理和飞机发动机就不一样,所以火箭发动机等太空飞行器不但需要携带燃料,还需要随身携带氧化剂。

简而言之,就是这样。喷气发动机混合空气和燃料,并燃烧它以推动自己。液体火箭混合自行携带的燃料和氧气。固体火箭内部携带所有的燃料,燃料很轻,但是一旦启动他们就无法停止。希望我的回答可以解答你的所有疑问。参考资料

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正经地说,喷气发动机和火箭的工作原理是存在严重差异的(我猜想细节上的差异会更大,但是我只只能从物理角度解释 )。

在太空中,比如卫星或空间站若需要返回,变轨或者飞向新的天体,这时候就需要重新启动发动机,产生推力,来加速或改变飞行器的飞行方向。

2.天文学名词


一者是飞机,而另一者是火箭!这在我看来是非常不同的!

引力弹弓则是一种被经常使用的非常经济实用的加速方法。它是利用小质量物体(如空间飞行器)在大质量物体(行星)附近掠过时两个物体间的动量交换来获取加速度。只要精心选择接近时的位置和角度,就可以精确地获取到行星的动能,使飞行器在需要的方向上被加速或者减速,这个过程中飞行器和行星也保持着动量守恒。例如已经飞离太阳系的旅行者号探测器,就被多次利用引力弹弓加速,才获得了足够飞离太阳系的速度。如果仅靠飞离地球时的初速和自身携带燃料来加速,根本不可能飞出多远。还有前不久发射的特斯拉汽车,也需要用引力弹弓来加速,才能够有足够的速度到达火星。

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因为空气给不了这么大的一个反作用力,举个例子,你扔一块砖头或者扔一个树叶,你扔的时候空气是有反作用力在砖头或树叶上的,但砖头或树叶显然没有被空气的反作用力给推回来。

  1. physlink- Frank DiBonaventuro

回答:

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答:动量守恒现象,与是否有空气无关,相反因没有空气效率更高了。

在航天飞机侧翼的长而相对薄的火箭是固体火箭助推器。固体火箭助推器充满氧化铝粉末。底部有一小部分起始材料让它们启动。固体火箭问题最大的问题是......它们不能关闭。固体的助推器比液体发动机拥有更多的动力,它们的重量更轻,也更为可靠,但它们不能被关闭。不然的话,“挑战者”也不会失败。

回答:

首先我要指出两者的相似之处:两者都燃烧燃料,两者都通过燃烧燃料以获得动力。啊!当然,两者都会“飞”。

因此未来的出路肯定不是在这种向后方丢弃质量的行为,必须要有一种不抛弃质量并且不违反狭义相对论的发动机出现,而观测到的宇宙的膨胀超过光速的现象似乎为我们留了一个窗户,但迄今为止我们找遍了物理学上所有的可能,也仅仅是在虚无缥缈理论上有一些方向,但却如空中楼阁,根基在哪里都不知道.......少年,人类需要你的努力!

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题主是否感觉飞行器喷射飞行跟我们人日常走路相同的道理?我们向前走因为有摩擦力的存在,使我们可以前进,其实是错误的。

两种发动机之间的主要区别在于火箭需要自行运载燃烧所需的氧气。喷气发动机需要从大气中获取氧气进行燃烧。所以它无法在太空真空中进行运作。

飞行器在太空里变轨的时候需要启动推进器,因为没有空气,飞行器都会自带氧化剂。你可以这样想一下,在一个密闭的盒子里化学反应产生大量气体,气体各向膨胀作用到盒子内壁的力是相互抵消的。这个时候你在盒子一面上开一个孔,可想而知气体会喷射而出,那么问题来了,盒子受到的合力不再为零,这是在气体喷出去的瞬间就决定了的事,跟是否有空气无关。
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(图片来源网络,侵删)

喷气发动机和火箭发动机一样,都是通过向所需加速的相反方向喷出热气体来实现推进。牛顿第三定律表明喷出的热气体的对喷气发动机或火箭推进的飞船产生了一个与气体喷出方向相反的反作用力;赋予气体的动量与赋予飞船的动量完全相反。

很抱歉,我说的是这个汽车......

火箭可以在任何地方工作,可以在真空中或者在大气层。航天飞机是一个很好的例子,航天飞机使用两种主要类型的火箭发动机。你可以在航天飞机底部看到大型喷嘴和液体燃料火箭发动机。它们将液态氢和液态氧一起喷射到锥体的底部,只要有燃料和氧气的供给它们就会一直燃烧。然而,火箭不使用空气,它可以在任何高度或者太空中运行。问题是现在飞船不仅要携带燃料还需要携带氧气。航天飞机机身巨大的棕色灌是主要的燃料箱,用于同时容纳燃料和氧气。来抬升所有这些重量需要巨大的能量,这需要更多的燃料和空间,对应更多的重量。从某种层面上说使用液体燃料火箭就是和自己作对。你可以看到与航天飞机相比土星5号火箭有多大,你可以比较有效荷载。这是固态火箭助推器的用武之地。

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因为太空没有空气,所以飞行器需要自带氧化剂,也就是氧气,这样经过和燃油充分燃烧后形成高温高压的燃气,燃气喷涌而出形成反作用力,这样飞行器就被推动向前了。

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所以只要有喷涌而出的燃气,就可以给发动机反作用力,就可以推动发动机向前走。理解了这个,在太空中,飞行器怎么飞行的就好理解了。

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尽管这是科幻片里的画面,但您可以看到飞船尾部耀眼的离子发动机尾焰,当然我们现在无法制造出如此庞大飞船的结构,但原理都是一样的,只有不断向后方抛弃质量,飞船才能获得加速度,否则它将以关掉发动机时的速度继续滑行!

回答:

又一个初高中不学习的登场

作用与反作用里的基础是无需空气介质的,在近地轨道上,即使不用发动机,而只是向后方扔出一个物体,那么同样可以获得增加的速度!而发动机可以将物质扔得更快,那么飞船获得的速度就更高!

其实无论在大气层中还是在太空,飞行器都是依靠动量守恒来获得前进的加速度的。

第一个要理解太空里没有空气,应该是不准确的,容易错误的理解成真空。其实,太空中充满各种其他的气体或者物质,星体,不然你以为那些星系是怎么存在的,如果是真空,地面上也有相关的实验,抽真空后,物体会膨胀,分解分裂。很显然,太空中有其他的气体存在。飞行器在太空飞行时燃料燃烧,产生大量高温高压气体从后方推出,这些气体压缩后方空间中的气体及物质,对后方气体、物质产生作用力,利用反作用力推动自身前进。如果不是这样,就像做梦踩空了一样,身体还在原处,只是把脚下空间蹬了下去,或者说飞行器向前挪动了一下就停下了。 实际上,我们在一些视频中看到的是飞行器在调整姿态时才会用发动机短开,然后关闭。和在上面的假设的情况,真空中飞行器发动机长开只向前挪动一次的效果是相同的。发动机长开和短开效果一样,就说明“太空中真空”是一个矛盾,太空不空。理解起来和地球高空中喷气式飞机飞行应该是差不多的道理。 纯属个人己见。

航天科普:空天飞机的发动机有何特殊之处?四川快乐12app官网。这完全是对作用与反作用力的牛顿第三定律的误解,其实这个是我们运动的基础,即使是在地面跑的汽车、水里的轮船、还是天上的飞机....甚至宇宙空间的飞船,都是是通用的!您肯定会指出地面跑的汽车不是,因为那是摩擦力为基础向前跑的....没错,是轮胎与地面之间摩擦力相互作用才向前走的...您说对了,理解一点都没错!

问题:太空里没有空气,各种飞行器是怎样被推进飞行的?

回答:


航天科普:空天飞机的发动机有何特殊之处?四川快乐12app官网。很多人以为飞机发动机往外喷气,然后大气中的空气给了飞机喷气一个反作用力,这样飞机才有动力飞起来,其实不是这样的。

而和其它物质碰撞从而获得动量的主要是还未进入实用的太阳帆。方法是在外太空张开一张巨大的反射薄膜,对准太阳方向,由于太阳发射出的光子和各种高能粒子不断撞击帆面,推动整个飞行器获得向前的加速度。这个加速度虽然很小,但是由于不必携带燃料,又是持续不断地加速,过不了多久也会获得很高的速度,这是非常节省的推进方法,很有前景但是现在还只是设想和初步试验阶段。

四川快乐12app官网 13这个问题很好。我们知道,飞机之所以能在空中飞行,靠的是发动机提供的动力,原理其实很简单,就是作用力与反作用力,即发动机压缩空气,通过燃烧室后变为高温高压的空气,朝后喷出,获得前进的动力。

飞机发动机吸入并压缩空气,与燃料混合,燃烧,产生巨大的压力将燃烧后的气体向后喷射,从而使飞机获得向前的动量。运载火箭燃料燃烧后向后喷射,自身获得向前的推力。卫星变轨和姿态调整都是直接向反方向喷射气体,从而获得需要的动量。以上都是喷射物质的例子。

所以不要高看了空气的反作用力。那飞机是怎么向前飞的呢?首先飞机发动机吸入氧气,和燃油混合后,充分燃烧,燃烧后形成了高温高压的燃气,然后这个燃气从发动机后面喷涌而出,这个喷涌而出的燃气给了发动机反作用力,而不是外面的空气给了发动机发作用力,记住,是喷涌而出的燃气给了发动机发作用力。

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