火箭发动机如何降温? 3000度高温, 如何做到不被熔化?

黄氏说趣事2024-06-06 18:04:55  89

众所周知,汽车发动时,其发动机会持续高温。

其实火箭也是如此,在火箭进行发射时,火箭的发动机也会出现高温的状态。

火箭喷射的火焰便是支撑其发射的基础。

那么问题就出现了,火箭发动机喷口处可达到3000度的高温,它是如何降温的呢?

照常理来说,3000度的温度,已经完全可以将火箭熔化了,那火箭又是如何做到不被熔化的呢?

下面让我们一起来了解一下吧。

一、火箭为什么会喷射火焰?

我们都知道航天领域在军事方面十分重要,火箭也被国家看重。

我们身为华夏子民,大地子孙,对天空十分向往,在古代时,就已经有人产生了“飞天梦”。

据说在元末,有个叫陶成道的人,制造能力十分惊人。他用自己制造的火器帮助朱元璋打天下,朱元璋给了他一个“万户”的官职。

但他十分沉迷制造和向往天空,为了实现自己飞天的梦想,他将47枚自制的火箭捆在椅子上。

自己坐在两只风筝中间,利用燃料的燃烧和风筝的推动力将他带上天空。

他是古代第一个用生命付诸于实践飞行的人,也是中国火箭一个雏形的出现,为后人也提供了火是火箭必不可少的思路与想法。

之后我国有才能的人不断实验,总算成功使火箭升天。

我们接着来了解一下火箭的建造原理。其实看似非常复杂的火箭,原理却非常简单。

牛顿发现了这一原理,他是这样描述的:如果你以一定速度向后抛出一定重量,你就会受到一个反作用力的推动,并向前加速。

而对于火箭来说,最重要的就是靠火箭发动机向上推进的。那么火箭发动机又是怎样成为动力的呢?

火箭发动机在发射时,会有推进剂在发动机燃烧室中燃烧,由此产生大量高压气体。

同时在燃烧室的高压气体从燃烧室的喷管喷出,对火箭产生了反作用力,让火箭沿气体喷射的反方向前进,构成了火箭飞射的动力。

而固体的推进剂安装在固体火箭发动机的燃烧室内,液体火箭发动机内则是液体推进剂。

在燃料的巨大推力作用下,火箭火焰喷射,我们才得以看到火箭直飞云天的画面。

这种原理说难也难,说简单也简单,说难就是牛顿第三定律。

说简单就是,两只手拍掌时,你的右手和左手都能感受到对方的作用力,这也是火箭为什么会喷射火焰的简单的原理说明。

由此可见,燃烧室的火焰构成了火箭的动力,这就是火箭为什么会喷射火焰的原因。

二、火箭发动机是如何降温的?

下面我们开始了解火箭发动机是怎样做到降温的。其实想也知道,如果持续面临高温,再好的材料也会被熔化掉。

所以说,火箭发动机内也是存在一些降温技术的,利用这些技术方法,便可以达到火箭发动机降温的效果了。

接着我们来介绍一下。第一种是辐射冷却方法。

当火箭进入太空之后,由于太空中没有空气存在,所以热量只能够通过辐射来散发。

因为室壁内的温度会逐渐升高,所以只能通过辐射的方式,将热量转向外界环境中。

为了能够快速散热,火箭发动机的喷嘴通常会制造的很薄,一般是0.4毫米。

第二种是薄膜冷却方法。简而言之,就是通过一层薄膜来达到冷却的效果。在喷嘴内壁上喷一层很薄的燃料,让其保护喷嘴。

通过冷却剂,来达到隔绝高温的效果。薄膜就像是火箭发动机的“防弹衣”一样,不让高温气体直接接触到喷嘴。

第三种是再生冷却方法。这一种方法一般适用于大推力液体火箭发动机。液体火箭中的燃料通常是液氧、液体甲烷等。

这些都是低温的液体燃料,只要让这些燃料顺着喷嘴走一圈,就可以将热量带走。

而且还可以达到另一个目的,那就是在进入燃烧室之前,直接加热。

使用再生冷却的方法,便可以造成“冰火两重天”的结果了。

虽然火箭发动机的内壁温度是3000摄氏度左右,但是外壁的温度却极低。

若是直接用手去触摸的话,还很可能会被冻伤。这一种冷却方法的设计是来源于气割喷嘴。

气割喷嘴是双层的设计,当低温的混合气体经过此喷嘴时,刚好可以将高温带走。

最后喷嘴的温度便可以控制住,所以气割喷嘴不会被高温熔化。

而这一冷却方法不能够用在固体燃料火箭发动机中,因为燃料是固体的,所以不能对火箭发动机喷嘴进行冷却。

不过这也难不倒我国的工程师们。石墨,这一耐高温的材料,直接被使用在固体燃料火箭发动机的喷嘴处。

这样以来,即便火箭发动机的温度过高,也不会融化。

第四种是蒸腾冷却方法,这种方法是直接将冷却剂渗入到推力室的内表面上。

以此来吸收热量,并且形成低温的蒸汽膜,如此便可以获得降温的效果了。

再说冷却剂是如何进入推力室表面的,这是因为燃烧室和喷嘴内壁都使用了多孔的材料,也算是对火箭发动机的一层保护。

以上便是火箭发动机为什么不会熔化的原因了。

其实每一台火箭发动机中用的冷却方式都不是完全相同的,一般工程师会将这些冷却方法结合起来用,以此来达到最好的降温效果。

三、火箭的燃料是什么?

上文我们提到了再生冷却法,因此又引到火箭的燃料处,那么接下来,我们便具体了解下火箭的燃料都有哪些。

主要可以分为固体燃料和液体燃料两种。一般发动机在点火之后,固体推进剂或者是液态推进剂便会在发动机燃烧室里燃烧。

紧接着便会产生高压气体,由此,造成火箭气体喷射的场面。

所以说火箭发射时离不开燃料产生的作用的。首先我们来了解一下煤油这一燃料。

煤油可以说是很好储存的,并且性价比比起其他燃料来说,也不是高出一星半点。

可是煤油在使用过程中,会因燃烧而产生碳。碳累积之后结焦,便会阻碍火箭的使用了。

像是一些大推力火箭,便不能使用煤油燃料,若是一些比较简单的发动机的话,则可以使用,只不过要注意进行清理。

其次便是上文中所提到的石墨这一固体燃料了。

固体燃料也是具有更易保存的特点,除此之外,还可以长期储存,即便是长期放在导弹之内也是可以的。

固体燃料,可以在火箭发射时,提供巨大的推力,可是其价格却很是昂贵的。所以说固体燃料还未曾成为我国的主力火箭燃料。

接下来,便是液氧和液氢了,这一种燃料上文也提到过。

液氢和液氧的燃烧效率高,而且无毒无腐蚀,但是储存起来有很大的困难。

储存困难主要表现在液氢这一燃料上,因为若想保持液态,液氢就必须保持零下252摄氏度的沸点。由于与环境温差过大,所以很难储存。

曾有消息称,火箭液氢管不能保证完全封闭,因此很可能会被外界的高温影响,导致温度上升。

当低温液体遇到高温时,便会蒸发为气体,那么很容易就会引发爆炸。所以说液氢也并非常见的火箭燃料。

可是火箭想要升空,就离不开燃料。

所以只能利用上文所指出的几种冷却方法,来与燃料相配合,达到最终火箭发射,并成功在太空运转的结果。

除去燃料之外,为了使火箭成功升空,烧蚀材料也是必不可少的。

烧蚀材料其实也是使火箭发动机降温的一种有效材料。

烧蚀材料具有耐高温的特点,可以在极高温的环境下,保持结构完整。

烧蚀材料可以进行隔热保护,并且抗氧化能力也很强。

当火箭升入大气层,在大量的氧气环境中,烧蚀材料可以保护火箭外部和内部不被腐蚀和氧化。

将烧蚀材料与燃料有机结合,也是可以达到非常显著的效果的。

目前我国烧蚀材料正在不断摸索的阶段,相信在我国科学家们的努力之下,我国的航天事业一定会再创辉煌。

结语

总而言之,火箭发动机技术的发展,证实了科技力量是无穷的这一观点。

大家或许都不会想到,火箭发动机会有如此多的科技。

相信未来,凭借科技的不断发展,火箭技术一定会更加先进。让我们拭目以待吧!

最后问一句,大家还知道哪些有关火箭的知识呢?

[免责声明]文章描述过程、图片都来源于网络,此文章旨在倡导社会正能量,无低俗等不良引导。如涉及版权或者人物侵权问题,请及时联系我们,我们将第一时间删除内容!如有事件存疑部分,联系后即刻删除或作出更改。

参考资料:

科学火箭叔 2023.01.31 《3000度高温,火箭喷嘴里喷出的热气,怎么没把自己熔化呢?》

新工业 2021.07.07 《为什么有了氢氧火箭,还要开发甲烷火箭?火箭燃料知多少?》

材料文献解读 2023.10.27 《3000度高温不融化,烧蚀材料,当之无愧的航天器“保护伞”》

转载此文是出于传递更多信息目的。若来源标注错误或侵犯了您的合法权益,请与本站联系,我们将及时更正、删除、谢谢。
https://www.414w.com/read/674549.html
0
随机主题
米兰旧将: 德比六连败不可接受, 我在目前这支米兰能够踢上比赛003赛事预测: 乌德勒支VS鹿特丹斯巴达比赛看点解析口碑公认的三款手机, 入手仅千元价位喜迎开门红! 双巨头狂轰63+11+12, 欧文关键罚球太稳, 华子没办法我国网络拍卖领域首个规范性文件发布, 明确线上线下监管一致性从辽篮夺冠看广东队的三点差距!杜锋需要反思,球迷成为受害者!降价就会冲的小米手机, 很多人直接选了这两款, 小米13Ultra在内山东荣成: 学习海洋生物多样性知识洛杉矶这个论坛上, 上海市长向加州企业发出邀请国家金融监督管理总局录用1472人, 研究生667人, 财经政法为主哥伦比亚总统下令在巴勒斯坦设立大使馆五款车选谁毛病少? 星瑞、思域、凌度、艾瑞泽8、朗逸故障率横比彭于晏自述拍戏真实经历!揭秘抗战时期我党如何在老蒋眼皮底下不知不觉中壮大八路军实力。建明中国总裁: 继续深耕中国市场 推进增资扩产创新新材: 5月22日召开业绩说明会, 投资者参与3天内2度对美制裁, 中方气场很强大, 却为何只制裁卸任的美国政客牟林: 美国悍然提出杀人双标, 国际刑事法院逮捕以总理博弈白热化四部门: 营造良好的货币金融环境《艾尔登法环 黄金树幽影》宣传视频来了, 交界地世界观拓展了!客户生病,投保的保险没有理赔,去客户家道个歉
最新回复(0)