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捆綁式大火箭的助推器噴火方向為何往外傾斜?

2020-07-26 22:49 作者:瀚海狼山  | 我要投稿



如果稍微注意一下就會發(fā)現(xiàn),捆綁式大火箭在點火起飛后,其被捆綁的幾個助推器,其噴射的火焰幾乎都不是垂直向下,而是明顯向外側(cè)傾斜一定的角度噴出。左側(cè)的助推器噴流往左偏,而右側(cè)的助推器噴流明顯往右偏。這樣整個火箭起后的噴流,其噴射的范圍就比火箭尾部直徑稍微寬一些。比如發(fā)射神舟飛船的CZ2F火箭,還有剛剛發(fā)射天問一號成功的CZ5號火箭,基本都是這樣。國外常見的捆綁式大火箭,比如典型的從德爾塔2到4,幾乎都是如此。還有一種常見的火箭,其實并不是捆綁式火箭,但是看上去很像捆綁式火箭,這就是從蘇聯(lián)時代一直到目前發(fā)射聯(lián)盟載人飛船的聯(lián)盟系列火箭,它的第一級呈現(xiàn)下大上小的形狀。其實其第一級就是這個樣子,并不是捆綁了助推器。但是因為造型的關(guān)系,

其外側(cè)的幾個噴嘴,噴流也是向外側(cè)傾斜的。因此不論是捆綁式火箭的助推器噴嘴向外傾斜,還是聯(lián)盟這類火箭的第一級的外圍發(fā)動機整體向外稍微傾斜。這些傾斜顯然都是有意為之。這么做的第一個目的,就是自燃散熱的需要。捆綁式大火箭起飛重量動輒七八百噸甚至一兩千噸,第一級點火起飛后,主芯級加上助推器,大多有七八臺發(fā)動機甚至十幾臺火箭發(fā)動機一起噴出高溫高速噴流,這種噴流的溫度往往高達兩三千攝氏度,速度高達十幾馬赫。多個噴嘴一起噴射。那么最中間芯級噴嘴周邊的環(huán)境溫度就會越來越高。而且隨著火箭快速飛出2萬米以下的稠密大氣層,在外界的氣壓變小甚至消失后,各噴嘴噴出的高溫高速噴流是更加膨脹的。也就是在大氣壓基本消失的情況下,高溫高速噴流的寬度會自動變粗變大。


這樣就會造成中間的幾個噴嘴的周邊環(huán)境溫度會越來越高。甚至邊緣助推器的噴流會對中間噴嘴形成一定的燒蝕,大大降低火箭的整體可靠性。而故意的把助推器的噴流向側(cè)面傾斜。這樣就會極好的改善中間噴嘴的工作環(huán)境。而火箭助推器一般都是對稱分布,因此前后左右傾斜的噴嘴獲得的非縱軸反推力正好抵消,這樣所有助推器的反推力合力仍然垂直向上。有人擔心這樣是否會造成推力損失。其實火箭助推器傾斜造成的推力損失不到千分之一。與獲得的好處相比,基本可以忽略不計。助推器的噴嘴傾斜,還有一個顯而易見的好處,就是讓火箭起飛上升初期的穩(wěn)定性更好。每個傾斜的助推器獲得的反推力,就像火箭放在了很多支腿往外傾斜的凳子上,支腿分散的面積更大的凳子;自然比支腿完全垂直地面的凳子坐上去更穩(wěn)當。瀚海狼山(匈奴狼山)認為這是很容易理解的常識。


火箭是通過慣性陀螺儀來保持自己起飛后的姿態(tài)穩(wěn)定和按照設定好的程序飛行?;鸺痫w后也會受到大側(cè)風的影響。此時就需要陀螺儀系統(tǒng)通過指令搖擺發(fā)動機重新恢復平衡和穩(wěn)定。而大火箭傾斜助推器,以及像CZ5號一樣,助推器上再額外的安裝上了穩(wěn)定翼,都為增強火箭在上升段的姿態(tài)穩(wěn)定性。這樣慣導程序更加簡單而且不怕更大的高空側(cè)風干擾。


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