为什么火箭需要这么多的燃料?

谢谢邀请。我来回答这个问题。

火箭之所以携带90%的燃料,完全是因为火箭发动机是个笨家伙,效率实在太差了!

别看火箭又喷火又冒烟,显得很威风。实际上火箭燃料燃烧所产生的能量,大部分都被喷出去的气体动能带走了,一部分转化成了光能、热能,火箭获得的动能只是一小部分。

所以火箭发动机的比冲都不大,约在200到450秒之间。比冲,是指单位推进剂所产生的冲量,通俗讲就是每1千克燃料产生1千克推力时持续的时间。类似于汽车的百公里油耗这个概念吧,是衡量火箭能源利用效率的指标。

飞机使用的航空发动机,燃气能量浪费的少,转化效率比火箭高很多。航空发动机只负责克服空气阻力,为飞机提供水平方向的加速度。

真正克服重力抬起飞机的,是流经机翼上下表面的空气流,按照伯努利原理产生的升力。飞机是一个四两拨千斤,借力打力的家伙。

火箭发动机却是实打实的,在垂直方向上对抗重力,火箭向下喷射气体,获得反推力推动火箭上升。

按照动量守恒定律,火箭飞行过程中,喷出的气体质量乘以喷射速度等于火箭剩余的质量乘以火箭速度。由此得知,燃料重量占火箭总重量越大,喷出的气体越多,喷射速度越快,火箭剩余的质量越小,获得的速度就越快。

另外,火箭要飞出大气层,那里没有氧气参与燃烧,所以火箭还要携带大量的氧化剂助燃。我国的长征七号火箭,总重500吨,液氧加煤油就占了450吨,其他所有加起来才50吨。

长征七号运载火箭

所以火箭需要携带占重量90%的燃料+氧化剂,并在飞行过程中把这些燃料都喷射出去,才能让剩余的10%的质量,获得超过第一宇宙速度7900米/秒的高速度,最终克服地球引力的影响,进入太空轨道。

想想都肉疼,费尽千辛万苦,才能运送那么一点点东西。等比冲高的离子、核能、电能等新型火箭发动机成熟了,就不用携带那么多燃料了。

和风漫谈原创。欢迎关注评论,喜欢请点赞哦。

理论上讲,脱离地球引力需要7.9km/s,初速度为0,根据动能定理mv2=E,其中v单位为米,质量为千克,此外还要加上克服重力做功,即mgh=E2,将两者相加,变为火箭发射所需能量。所以需要能量巨大,所需燃料也就很多。

运载火箭是用煤油、酒精、偏二甲肼、液态氢等作为燃烧剂,而用硝酸、液态氮等提供的氧化剂帮助燃烧的。人们习惯上把燃烧剂和氧化剂通称为火箭发动机的燃料或推进剂。

火箭由装有易燃混合物的壳体组成的装置,燃烧生成的气体向后排出,从而产生反作用力把它发射到空中。用于燃烧弹或者爆破弹,或者作为发射装置,以及用火箭把卫星带回来。

拓展资料:

CO,H2,C2H2,CH4,C2H4,CH3CH2OH,N2H4,高级硼硅烷(这都是火箭推进器的燃料)。和爆竹的点火原理一样,只是上面的那层不是火药,而是火箭头(里面是卫星、逃逸舱、探测器之类的东西)。现在常用的发射卫星(飞船)的火箭燃料要体积小,重量轻,但发出的热量要大,这样才能减轻火箭的重量 , 使卫星(飞船)快速地送上轨道。液体(固体)燃料放出的能量大, 产生的推力也大;而且这类燃料比较容易控制,燃烧时间较长。因此,发射卫星(飞船)的火箭大都采用液体 (固体)燃料。

火箭用的燃料有很多种,航天火箭很多都用液体燃料原因就是液体燃料成本相对低一些能量和安全性反而高一些所需要的技术也低一些,那些液体燃料有些具有高腐蚀性,高度的易燃易爆性,事先加注燃料很危险,而且很多型号的火箭因为设计的必然泄漏问题从加注燃料刚开始就会开始泄露燃料,你再去旁边施既是浪费又是是找死,其次捏很多液体燃料本身无毒但是需要添加很多剧毒的添加剂,一旦加注更加难以进行施工,所以绝大多数液体燃料的火箭要到起飞前再加注燃料,而中小型火箭以及一些弹道导弹就不用了,他们需要的是较小的体积较高携带机动性和迅速发射的要求。

所以都用昂贵一些的固体燃料,但问题是固体燃料很多本身就是剧毒燃烧放出的气体多数也都是剧毒的,你把如此昂贵的固体燃料放入运载用的航天火箭需很大的量不仅更高昂的成本花出去了不说到时候火箭出去了天空一阵剧毒雨落下……,别的不说那根本就是一次性的一二级火箭燃料罐体还只是航天标准而不是军用级别的标准又没人用导弹拦截你至于下那么大成本费力不讨好不?然而你要问有没有固体燃料的航天火箭,有的我记得美国当年的那个年登月的火箭貌似用的就是固体燃料,问题是单单发射一个地球轨道卫星实际用不到那么高能的燃料成本。

经常看到很多火箭的具体参数的时候会发现,一枚最大起飞推力上千吨的大型火箭,近地轨道的最大运载力往往只有二十余吨,如果轨道高度更高的话这个运载力还要大打折扣。但是从火箭自身的重量来说,虽然一枚火箭的最大起飞推力上千吨,但是火箭自身的重量也高达八百多吨,而火箭自身各部分重量中除了二十余吨的发射载荷外,剩下的火箭发动机、箭体燃料箱等重量都比较轻,整体重量往往只占火箭整个起飞重量的10%左右,也就是说一枚起飞重量上千吨的大型火箭中超过85%的重量是火箭燃料的重量。之所以一枚火箭中燃料的重量占据整个火箭的绝大部分重量也是有原因的:

第一点:火箭的起飞方式不同于普通的固定翼飞机,因为飞机在起飞过程中发动机输出的推力只要满足机翼产生足够的升力即可顺利起飞。而火箭在起飞过程中,一级火箭包括助推器产生的推力要大于火箭自身的重量才能成功起飞离地。同时因为火箭从点火到航天载荷顺利入轨,整个飞行高度是从地面零米的高度一直爬升到距离地面至少350公里的高度、甚至500公里以上的高轨,那么这么长的飞行距离下火箭肯定要装备更多的燃料才能满足整个发射需求。同时因为火箭发射过程中会消耗大量的燃料,所以火箭要装载更多的燃料,而装载更多的燃料又使得火箭因为自身重量更大需要产生更大的推力来满足起飞加速需求,所以整个火箭中绝大多数重量基本都是燃料的重量。第二点、火箭在起飞点火的过程中,除了要产生足够的推力克服重力使得火箭顺利升空外,还要不断加速来提升火箭的飞行速度,并最终通过多级串联的方式,使得末级入轨火箭的飞行速度达到或者接近第一宇宙速度,从而实现发射入轨成功。那么这个时候就要引入一个专业参数—比冲,比冲指的是火箭燃料在产生推力的同时所体现速度增量值,同时因为不同类型的火箭燃料比冲不同,完成同样高的轨道、同样重的发射载荷所消耗的燃料重量也不一样。比如在已知所有液体燃料中,液氢液氧的燃料比冲是最高的,可以达到450秒以上,带来的速度增量是巨大的,但是液氢液氧燃料的价格也最高,所以不太适合大规模使用。而长征五号、长征七号运载火箭使用的液氧煤油虽然价格便宜一些,但是比冲却只有360秒左右,而且煤油在燃烧过程中很容易结焦堵塞,所以现阶段各国已开始一种能够在燃料价格和比冲之间更为平衡的“液氧甲烷燃料”研发工作,因为液氧甲烷燃料的比冲略微比液氧煤油更高一些,但是却不容易结焦。那么对于火箭在整个发射过程中,就需要火箭发动机一直处于最大推力输出才行,这样一方面随着火箭自身飞行速度的不断提升实现了速度增量需求,另一方面随着燃料的快速消耗火箭自身的重量也在不断下降,使得火箭的速度增量同样在不断提升之中。但是介于火箭发动机的比冲相比达到第一宇宙速度的差值实在太大,所以就需要多级火箭的串联接力来不断提升火箭的飞行速度,到最后简单一点来说的话,各级火箭在的速度不断叠加使得火箭的飞行速度越来越快,并最终达到入轨发射速度需求。但是火箭在整个飞行过程中,多级火箭的接力使得各级火箭需要消耗大量的燃料来达到分离时的速度需求。所以正是因为火箭垂直起飞需要克服自身重力需求的同时,也需要不断加速使得火箭的飞行速度增量越来越大,所以对于火箭自身而言,就需要装载更多的燃料来满足这两项需求,这也是为什么起飞重量推力上千吨的长征五号B型火箭就算是距地高度最小的近地轨道运载力也只有整个火箭起飞推力的2%原因所在。

火箭有大小;重力有高低;

飞长远距离;达不到目的。

通俗讲就像骑自行车,速度越快所需能量越多。火箭脱离地球引力至少要7.9km/s。 理论上讲,脱离地球引力需要7.9km/s,初速度为0,根据动能定理mv2=E,其中v单位为米,质量为千克,此外还要加上克服重力做功,即mgh=E2,将两者相加,变为火箭发射所需能量。 所以需要能量巨大,所需燃料也就很多。

因为人类现有的火箭科技尚还很落后呀.

把几吨和十几吨的东西克服重力送上天,没有一定的能量,能行吗?这个根本就不足奇怪。

因为地球有强大的引力,加上空气阻力。想要把东西射到太空,需要强大的推力。火箭就是一个巨大的燃料箱。头顶一个小东西,巨大推力把它投送到太空。克服地球引力,是需要巨大燃料消耗的。目前没有更好的办法。

说太多咱可能也听不懂,说白了就是火箭得跑到天上一定的高度,要不跑不了那么高,……砸到人可咋办?

因为地球有逃逸速度,也就是有引力限制。人类现掌握的只有速度离开地球的方法。为了加速度采取的方法。也说明了人还没有掌握其它方法离开地球!

未经允许不得转载:科普Room » 为什么火箭需要这么多的燃料?

搞事情!那些不能说的秘密都在这里   关注公众号:科普Room  

         

赞 (0) 打赏

觉得文章有用就打赏一下文章作者

支付宝扫一扫打赏

微信扫一扫打赏