火箭喷口原理

问题描述

精选答案

火箭点火时那个喷出火焰的喇叭形的装置，就是喷管。它是火箭发动机推力室的一个重要装置。负责将推进剂燃烧产生的高温、高压燃气的热能转化为动能。大家平时看到的“大喇叭”其实是它的后半部分，喷管的前半部是由大变小向中间收缩至一个窄喉，也就是倒着的“小喇叭”。

窄喉之后又由小变大向外扩张至出口，也就是我们看到的“大喇叭”。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喷出。这一结构可使气流的速度因喷截面积的变化而变化，燃气通过喉部后，在喷管中进一步的膨胀、加速，马赫数从1增加至4左右，喷管出口处的燃气喷射速度高达3500m/s以上，以获得巨大的推力。由于它是瑞典人拉瓦尔发明的，因此这种“喇叭形”的喷管被称为"拉瓦尔喷管"。可以说，喷管是火箭发动机比冲性能的保证。

反直觉的喷管现象

这里有一个看似违反直觉的现象：玩过水管的朋友都知道，当你把水管用手捏扁的时候，水流会变细且能喷出去更远。那么这个尾喷管为什么反而逐渐变粗呢？这样的话速度不是会降低了吗？简单来讲是这样的，水流与火箭的燃气不同。水流是不可压缩的流体，而火箭燃烧产生的高压燃气在窄喉的两侧的压强不同，温度也不同。无论再大的压强，燃气在窄喉处的最大速度只能达到声速，当燃气越过窄喉后，在尾喷管处迅速膨胀降温，把内能转变为动能。因此，喷管在火箭的能量转换过程中起着非常关键的作用。