火箭发动性能把人送上月球,还能把探测器送到太阳系外,既然如此厉害,为什么汽车和轮船就意外验测验利用火箭发动机呢?
不但是安全问题
不少人认为,汽车之以是不装火箭发动机,一个很大的缘故原由是安全问题。没错,假如小车都装上火箭发动机,那么在你点火的时候,如果后面溘然串出一女子,结果你一下就把她的长裙烧光了,怎么交代?你说!
还有,走街串巷,尤其是人群密集的大街上,你这一喷火,想必遭殃无数。以是,小车不装火箭发动机,安全确实是一个缘故原由。
然而,安全又不是最紧张的缘故原由,比如各种轮船,如果装上火箭发动机,在茫茫大海上,若真要出什么安全事件,估计也便是烤熟几只海鸥。
那么,这么多年过去了,是什么缘故原由终极导致各种车、轮船等,从不该用火箭发动机呢?奥伯殊效应该当是最大的缘故原由。
奥伯殊效应
奥伯殊效应是20世纪,一个叫做赫尔曼·奥伯特的德国科学家首先提出来的,他被人们视为第一代太空探索领域的先驱者之一。
1901年,赫尔曼·奥伯特年少时,那时的他痴迷凡尔纳的科幻小说,跟大家一样爱军事爱科技。
奥伯殊效应讲的是,对付速率随韶光变革的翱翔器来说,如果要想尽最大可能增加翱翔器的动能,就须要在翱翔器速率最快的时候点燃火箭!
这讲的到底是神马玩意儿呀?
很大略:如果火箭由于受到力的缘故,速率时候在改变(比如蹦极时,刚跳下时速率最慢,然后地球引力让他越来越快……),那么,当火箭的速率达到最大值时,点燃发动机,此时,燃料对火箭动能的改变达到最大化,这也意味着,燃料的利用率也达到了最大化。
可这是为什么?
既然火箭发动机的推力都是一样的,那什么时候点燃,不都是推动火箭提高吗?为什么偏偏要在速率最大时再点燃是最好的?
咱们可以往极度思考,如果我们把一个小火箭去世去世地绑在一辆静止的火车上,点燃火箭,你看到啥?
你只会看到小火箭无力地把燃料用完,火车却纹丝不动,现在我们问,火箭的推力发挥浸染了没?
答案当然是没有,由于,火箭要想对火车做功,火车必须有一个位移S。如果我们知道小火箭的推力为F,那么我们立时就能算出,小火箭对火车做的功W=F·S。
现在,我们把火车换成一个在外太空,以1米每秒速率翱翔的小卫星,把小火箭绑在这枚小卫星上,如果点燃小火箭,小火箭带来的推力还是F,现在,咱们就点燃火箭,我们问,在1秒的韶光内,小火箭对卫星做了多少功?
还是老方法,用推力F乘上小卫星在1秒内移动的间隔S。
为了有一个比拟,咱们连续举例子,还是上面的小卫星,只是它的初始速率是100米每秒,当我们点燃绑在它上面的小火箭,那么在一秒的韶光内,小火箭对小卫星做的功将大于前者。这个很好理解,由于功W=F·S,而当小卫星的初始速率是100米每秒时,推力F不变,速率越大时,显然在1秒内移动的间隔就越大,做的功也就越多。
因此,咱们得出的结论是,同样的火箭发动机,用它去推动翱翔器,那么,当翱翔器的速率达到最大值时再点燃火箭发动机,那么发动机的效率就越大,这便是奥伯殊效应。
低速物体利用火箭发动机不明智
经由上面的大略举例,相信我们已经清楚了,那便是低速物体利用火箭发动机是十分低效的,低速?低速到什么程度?咱们也可以往极度想,当低速到速率即是0时,火箭的效率便是0.
不管翱翔器的速率是多少,火箭发动机产生的推力是始终不变的,在这种情形下,纵然翱翔器纹丝不动,但是火箭还是在产生推力,只不过效果是0。火箭发动机要想产生效果,必须由翱翔器实际移动的间隔来表示,既然要有间隔来表示,那么在这种情形下,移动的间隔越大,火箭发动机的效率也就越大,可若何才能在一定的韶光内移动最大的间隔呢,答案是,当翱翔器处在速率最大时。
这便是小车和轮船为什么不该用火箭发动机的缘故原由,由于它们的速率很低,利用火箭发动机时,燃油的效率十分低下。
别说是小车和轮船,便是飞机,利用火箭发动机也是一种比较低效的行为。
然而,飞机有不同,详细又有一些差异。
比如客机,速率目前都在音速以下,以是,客机利用的是涡扇发动机。
但是到了高空,当速率达到超音速时,利用低涵道比的涡扇发动机就比较有效率。
低涵道比的涡扇发动机,动力紧张来自内涵道,而内涵道就有点儿类似于火箭发动机了,动力都是来自于高温燃气向后喷射。关于涵道和各种型航空发动机的先容和差异,请头条的网友们查看我头条号以前的文章《桨扇发动机这款高效神器,为何只有一种飞机在用》
既然这样,那么,在好几倍音速时,没有外涵道只有内涵道的涡喷发动机岂不是更有上风,是的。
涡喷发动机,它与火箭发动机的一个差异是,前者从空气中得到氧气,而后者自带氧化剂。
上图为试车中的火箭发动机。
以上,我们可以轻易得出,翱翔器速率越高,其利用的发动机就越靠近火箭发动机。以是,对付低速交通工具如汽车、轮船等,除非是在极其分外的场合,如追求刺激有趣。否则,现在和往后都不太可能大面积利用火箭发动机。
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本文原载于知道日报, 本日发布在头条时,又花了四小时精心修正和不断完善,以是并非旧文。