10.18 火箭比衝是啥?看完一目瞭然

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對於航天專業人士或愛好航天的人來說,火箭發動機比衝這個詞一點兒也不陌生。但對於不少人來講,什麼是比衝?估計是兩眼一抹黑或似懂非懂。

火箭比衝是啥?看完一目瞭然

左圖為美國研製的RS-68發動機,它是目前世界上推力最大的氫氧燃氣發生器循環發動機,最大推力340噸左右。右圖為俄羅斯研製的RD-180液氧煤油發動機,最大推力400噸。

這兩種發動機代表了當今液體火箭發動機技術的巔峰之作。

以RS-68氫氧發動機比衝為例,如果把365秒、410秒理解為發動機在大氣環境下和在真空環境下噴射的時間,那就大錯特錯。

實際上,這裡的365秒和410秒跟火箭發動機燃燒噴射多長時間一毛錢關係都沒有。那麼,這裡的365秒是什麼意思呢?要想理解這個,就要先了解一下比衝。

比衝或稱比衝量,是用於衡量火箭發動機或飛機發動機效率的重要物理參數。比衝的定義為單位推進劑的量所產生的衝量,而推進劑又有重量描述和質量描述兩種方式。

如果用重量描述推進劑燃料的量,比衝擁有時間量綱,國際單位為秒;如果用質量描述推進劑燃料的量,比衝就以速度量綱表現,國際單位為米/秒。

在計算上,比衝可以寫為推力與推進劑重量或質量流速之比,故又稱比衝為比推力。

“米/秒”不是速度單位嗎?怎麼火箭的比衝也可以這樣計算?沒錯,比衝的單位跟速度單位是一樣的。例如,俄羅斯研製的RD-180火箭發動機,其海平面比衝為311秒,它的燃料噴射速度就是3.05公里/秒。

火箭比衝是啥?看完一目瞭然

RD-180火箭發動機

所以,比衝的本質就是火箭發動機推進劑燃燒時的“噴流速度”,比衝越大發動機就越先進。

根據動量守恆定律,噴射物的速度越大,帶給飛行器的反推力就越大。也可以理解為,火箭發動機利用一公斤燃料可以持續多少秒一直產生一公斤的推力。

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