1、第十章第十章 机械能、内能及其转化机械能、内能及其转化 第五节第五节 火箭火箭 气球内充满了气体气球内充满了气体 把吹气口松开，气球内的气把吹气口松开，气球内的气 体以很快的速度向外喷出。体以很快的速度向外喷出。 喷出的气体对气球产生一喷出的气体对气球产生一 个向喷气的反方向的推力，个向喷气的反方向的推力， 使气球飞出去。使气球飞出去。 作用力与反作用力作用力与反作用力 内能转化为机械能内能转化为机械能 喷气式发动机的分类喷气式发动机的分类 空气喷气发动机空气喷气发动机 火箭喷气发动机火箭喷气发动机 区别区别 古现代火箭发展史古现代火箭发展史 “ “火龙出水火龙出水“ “ 火箭发展的历史火箭发
2、展的历史 三国时代三国时代 的“燃烧箭”的“燃烧箭” 明代史记明代史记 中记载的中记载的 “神火飞“神火飞 鸦”鸦” （1 1）火箭起源于中国）火箭起源于中国 （2 2）中华民族不但发明了火箭，而且还最早应用）中华民族不但发明了火箭，而且还最早应用 了串联（多级）和并联（捆绑）技术以提高火箭的了串联（多级）和并联（捆绑）技术以提高火箭的 运载能力。运载能力。 相传在相传在1414世纪末期，中国有位称世纪末期，中国有位称 为“万户”的人，两手各持一大风为“万户”的人，两手各持一大风 筝，请他人把自己绑在一把特制的筝，请他人把自己绑在一把特制的 座椅上，座椅背后装有座椅上，座椅背后装有4747支当
3、时最支当时最 大的火箭（又称“起火”）。他试大的火箭（又称“起火”）。他试 图借助火箭的推力和风筝的气动升图借助火箭的推力和风筝的气动升 力来实现“升空”的理想。“万户”力来实现“升空”的理想。“万户” 的勇敢尝试虽遭失败并献出了生命，的勇敢尝试虽遭失败并献出了生命， 但他仍是世界上第一个想利用火箭但他仍是世界上第一个想利用火箭 的力量进行飞行的人。今天，为了的力量进行飞行的人。今天，为了 纪念这位传奇式的人物，国际上将纪念这位传奇式的人物，国际上将 月球表面东方海附近的一个环形山月球表面东方海附近的一个环形山 以“万户”命名。以“万户”命名。 “万户飞天”万户飞天” （3 3）2020世纪初
4、，俄国著名科学家齐奥尔世纪初，俄国著名科学家齐奥尔 科夫斯基从理论上证明了多级火箭可以科夫斯基从理论上证明了多级火箭可以 克服地球引力而进入太空，并建立了火克服地球引力而进入太空，并建立了火 箭运动的基本数学方程，奠定了航天学箭运动的基本数学方程，奠定了航天学 的基础。的基础。 19421942年年1010月月3 3日，德国首次成功日，德国首次成功 地发射了人类历史上第一枚弹地发射了人类历史上第一枚弹 道导弹道导弹 - -V V- -2 2 。 （4 4）第二次世界大战后在导弹的）第二次世界大战后在导弹的 基础上开始发展运载火箭。基础上开始发展运载火箭。 中国火箭发展状况中国火箭发展状况 中国
5、自中国自19561956年开始，展开现代火箭的研制工作。年开始，展开现代火箭的研制工作。 19701970年年 4 4月月2424日长征日长征1 1号运载火箭诞生，首次发射东方红号运载火箭诞生，首次发射东方红1 1号卫星成号卫星成 功功 。 目前，中国长征系列运载火箭已研制成功目前，中国长征系列运载火箭已研制成功7 7个型号。个型号。 长征二号长征二号C C型型 长征三号长征三号C C型型 长征长征1 1号号 长征三号长征三号A A型型 长征三号长征三号B B型型 长征四号长征四号B B型型 现代火箭的特点及用途现代火箭的特点及用途 早期的火箭主要用于战争早期的火箭主要用于战争 而今人们更注重
6、它的而今人们更注重它的 和平利用。例如发射和平利用。例如发射 卫星、运送空间站等卫星、运送空间站等 等。等。 三级火箭的每一级都像一支独三级火箭的每一级都像一支独 立的火箭。发射时先点燃第一级火立的火箭。发射时先点燃第一级火 箭，几分钟后这级火箭的燃料烧尽箭，几分钟后这级火箭的燃料烧尽 自动脱落，同时引燃第二级火箭，自动脱落，同时引燃第二级火箭， 第二级火箭燃料烧尽后也脱落，第第二级火箭燃料烧尽后也脱落，第 三级火箭开始工作，直到把卫星、三级火箭开始工作，直到把卫星、 飞船等送到预定轨道。飞船等送到预定轨道。 三级火箭像接力赛一样，都是三级火箭像接力赛一样，都是 在前一级的速度基础上再加速。同
7、在前一级的速度基础上再加速。同 时，由于每一级脱落后都能使剩余时，由于每一级脱落后都能使剩余 部分中有效载荷的质量的比例增加，部分中有效载荷的质量的比例增加， 火箭结构部分的质量在逐级减小，火箭结构部分的质量在逐级减小， 仅从这一点来看就比单级火箭优越仅从这一点来看就比单级火箭优越 得多。得多。 制导与控制系统 动力系统 第3级火 箭 第2级火箭 第1级火箭 有效负荷 不采用不采用4 4级火箭的原因级火箭的原因 1.1.多级火箭采用发动机与多级火箭采用发动机与1 1、2 2级火箭不同，级级火箭不同，级 数越多，要求的技术越高。数越多，要求的技术越高。 2. 2. 需要解决发动机的高空启动技术。
8、需要解决发动机的高空启动技术。 3. 3. 发射时的故障率以级数成几何增长。发射时的故障率以级数成几何增长。 例子：长征例子：长征3 3号火箭一共发射号火箭一共发射1212次，其中，第次，其中，第1 1、 8 8、1111次失败，原因就是第次失败，原因就是第3 3级火箭的发动机级火箭的发动机 发动失败及出现故障。发动失败及出现故障。 现代火箭的燃料现代火箭的燃料 固体火箭是如何推进的？固体火箭是如何推进的？ 固体火箭的推进剂为固体，这种推固体火箭的推进剂为固体，这种推 进剂又称为“火药”，火药铸成块状，进剂又称为“火药”，火药铸成块状， 排放在箭体内，占了大部分空间。固体排放在箭体内，占了大部
9、分空间。固体 火箭结构简单，制作方便，装入火药后火箭结构简单，制作方便，装入火药后 可以长期存放，随时可以点火；点燃后可以长期存放，随时可以点火；点燃后 燃烧时间短，燃烧的激烈程度无法控制，燃烧时间短，燃烧的激烈程度无法控制， 发射时震动大，因此它不适于发射载人发射时震动大，因此它不适于发射载人 的飞行器，多用于军事方面。的飞行器，多用于军事方面。 固体火箭推进原理示意图固体火箭推进原理示意图 仪器舱 燃料 燃料室 氧化剂 泵 喷口 液体火箭是如何推进的？液体火箭是如何推进的？ 液体火箭的推进剂为液体，燃料和液体火箭的推进剂为液体，燃料和 氧化剂的组合情况很多，如酒精和液态氧化剂的组合情况很多
10、，如酒精和液态 氧、煤油和液态氧、液态氢和液态氧等。氧、煤油和液态氧、液态氢和液态氧等。 液体火箭燃烧时间长，便于控制，控制液体火箭燃烧时间长，便于控制，控制 推进剂的输送，可以使火箭停火、重新推进剂的输送，可以使火箭停火、重新 点燃，从而控制火箭的飞行速度，操纵点燃，从而控制火箭的飞行速度，操纵 很方便。液体火箭的燃料不易储藏，成很方便。液体火箭的燃料不易储藏，成 本很高。它是进行宇宙航行的主要交通本很高。它是进行宇宙航行的主要交通 工具。工具。 液体火箭推进原理示意图液体火箭推进原理示意图 仪器舱 燃料 燃料室 氧化剂 泵 喷口 一、飞船和运载火箭在技术厂房按垂一、飞船和运载火箭在技术厂房
11、按垂 直组装和垂直测试的一系列程序完成直组装和垂直测试的一系列程序完成 技术准备工作后，整体垂直运输到脐技术准备工作后，整体垂直运输到脐 带塔，并进行最后的功能检查。带塔，并进行最后的功能检查。 发射过程演示讲解发射过程演示讲解 二、一切准备就绪后，火箭一二、一切准备就绪后，火箭一 级发动机及级发动机及4 4个助推器同时点个助推器同时点 火火 。 四、火箭继续飞行，抛掉逃逸塔。四、火箭继续飞行，抛掉逃逸塔。 三、火箭升空，开始程序转弯。三、火箭升空，开始程序转弯。 五、助推器分离。五、助推器分离。 六、火箭一级二级分离，整流罩分离。六、火箭一级二级分离，整流罩分离。 七、二级发动机关机，随后船
12、箭分离。七、二级发动机关机，随后船箭分离。 八、飞船入轨。入轨后，飞船捕获地球，建立轨八、飞船入轨。入轨后，飞船捕获地球，建立轨 道运行姿态，展开太阳电池帆板并对太阳定向。道运行姿态，展开太阳电池帆板并对太阳定向。 九、飞船按预定轨道环绕地球飞行。九、飞船按预定轨道环绕地球飞行。 十、轨道舱与返回舱分离。十、轨道舱与返回舱分离。 十一、建立返回制动姿态。飞十一、建立返回制动姿态。飞 船制动进入返回轨道，返回舱船制动进入返回轨道，返回舱 降低至降低至140140公里的高度时，推公里的高度时，推 进舱与返回舱分离。进舱与返回舱分离。 十二、在降至十二、在降至100100公里时，返回舱进入再入姿态公里时，返回舱进入再入姿态 调整，约调整，约8080公里时，返回舱再入稠密大气层。公里时，返回舱再入稠密大气层。 十三、进入黑障区后，通信中断，十三、进入黑障区后，通信中断， 约约4040公里高度时，出黑障区，通信公里高度时，出黑障区，通信 恢复。恢复。 十四、在返回舱再入大气层后，着陆场地十四、在返回舱再入大气层后，着陆场地 面雷达站和测量站跟踪捕获目标，测量返面雷达站和测量站跟踪捕获目标，测量返 回轨道，预报返回舱着陆点。在约回轨道，预报返回舱着陆点。在约1010公里公里 高度时，返回舱抛撒舱盖，拉出引导伞和高度时，返回舱抛撒舱盖，拉出引导伞和 辅助引导伞。辅助引导伞。
