3-3-火箭飞行原理解析课件.ppt

1、第三章动量守恒定律和能量守恒定律第三章动量守恒定律和能量守恒定律3-3 3-3 火箭飞行原理火箭飞行原理*3-3 火箭飞行原理火箭飞行原理一一 飞船与火箭飞船与火箭二二 火箭飞行原理火箭飞行原理3-1 质点和质点系的动量定理；质点和质点系的动量定理；3-2 动量守恒定理；动量守恒定理；*3-3 火箭飞行原理火箭飞行原理;3-4 动能定理；动能定理；3-5 保守力与非保守力保守力与非保守力 势能；势能；3-6 功能原理功能原理 机械能守恒定理；机械能守恒定理；3-7 能量守恒定理；能量守恒定理；3-8 经典力学的成就和局限性经典力学的成就和局限性 第三章动量守恒定律和能量守恒定律第三章动量守恒定

2、律和能量守恒定律3-3 3-3 火箭飞行原理火箭飞行原理一一 飞船与火箭飞船与火箭2003年年10月月15日，执行中国首次载人航天飞行任务的航天员日，执行中国首次载人航天飞行任务的航天员杨利伟进入杨利伟进入“神舟神舟”五号五号.第三章动量守恒定律和能量守恒定律第三章动量守恒定律和能量守恒定律3-3 3-3 火箭飞行原理火箭飞行原理10月月15日电日电 中国在酒泉卫星发射中心进行首次载人航天发射。中国在酒泉卫星发射中心进行首次载人航天发射。9时整，时整，“长征长征”二号型火箭点火升空。二号型火箭点火升空。第三章动量守恒定律和能量守恒定律第三章动量守恒定律和能量守恒定律3-3 3-3 火箭飞行原理

3、火箭飞行原理10月月15日日18：40分分50秒，中国航天员杨利伟乘坐秒，中国航天员杨利伟乘坐“神舟五号神舟五号”飞船在太空中展示中国国旗和联合国旗。飞船在太空中展示中国国旗和联合国旗。第三章动量守恒定律和能量守恒定律第三章动量守恒定律和能量守恒定律3-3 3-3 火箭飞行原理火箭飞行原理2005年年10月月12日日9时时0分分0秒，神舟六号在酒泉卫星发射中心点火升空秒，神舟六号在酒泉卫星发射中心点火升空 第三章动量守恒定律和能量守恒定律第三章动量守恒定律和能量守恒定律3-3 3-3 火箭飞行原理火箭飞行原理费俊龙费俊龙,聂海胜聂海胜第三章动量守恒定律和能量守恒定律第三章动量守恒定律和能量守恒

4、定律3-3 3-3 火箭飞行原理火箭飞行原理第三章动量守恒定律和能量守恒定律第三章动量守恒定律和能量守恒定律3-3 3-3 火箭飞行原理火箭飞行原理第三章动量守恒定律和能量守恒定律第三章动量守恒定律和能量守恒定律3-3 3-3 火箭飞行原理火箭飞行原理 2008年年9月月25日日21时时10分，长征二号分，长征二号F型运载火箭点火，神舟七号型运载火箭点火，神舟七号飞船在酒泉卫星发射中心点火升空。飞船在酒泉卫星发射中心点火升空。第三章动量守恒定律和能量守恒定律第三章动量守恒定律和能量守恒定律3-3 3-3 火箭飞行原理火箭飞行原理航天员景海鹏、翟志刚、刘伯明出征仪式航天员景海鹏、翟志刚、刘伯明出

5、征仪式航天员景海鹏、翟志刚、刘伯明出征仪式航天员景海鹏、翟志刚、刘伯明出征仪式第三章动量守恒定律和能量守恒定律第三章动量守恒定律和能量守恒定律3-3 3-3 火箭飞行原理火箭飞行原理神舟七号航天员团队神舟七号航天员团队第三章动量守恒定律和能量守恒定律第三章动量守恒定律和能量守恒定律3-3 3-3 火箭飞行原理火箭飞行原理 北京时间北京时间2008年年9月月27日日16时，翟志刚出舱作业时，翟志刚出舱作业,实现了中国历史上第实现了中国历史上第一次的太空漫步，使中国成为第三个有能力把太空人送上太空并进行一次的太空漫步，使中国成为第三个有能力把太空人送上太空并进行太空漫步的国家。飞船于北京时间太空漫

6、步的国家。飞船于北京时间2008年年9月月28日日17点成功着陆于中点成功着陆于中国内蒙古四子王旗。国内蒙古四子王旗。第三章动量守恒定律和能量守恒定律第三章动量守恒定律和能量守恒定律3-3 3-3 火箭飞行原理火箭飞行原理神舟七号搭载火箭神舟七号搭载火箭图片图片 神舟八号航天飞神舟八号航天飞船将于船将于2011年发年发射升空射升空(图图)第三章动量守恒定律和能量守恒定律第三章动量守恒定律和能量守恒定律3-3 3-3 火箭飞行原理火箭飞行原理火箭火箭是目前唯一能使物体达到宇宙速度，克服或摆脱地是目前唯一能使物体达到宇宙速度，克服或摆脱地球引力，进入宇宙空间的球引力，进入宇宙空间的运载工具运载工具

7、。早在早在1956年，中国就开始展开现代火箭的研制工作。年，中国就开始展开现代火箭的研制工作。1964 年年6月月29日，中国自行设计研制的中程火箭试飞成功之日，中国自行设计研制的中程火箭试飞成功之后，开始着手研制多级火箭，向空间技术进军。经过了五年后，开始着手研制多级火箭，向空间技术进军。经过了五年的艰苦努力的艰苦努力,1970年年4月月24日日“长征长征1号号”运载火箭诞生运载火箭诞生,首次首次发射发射“东方红东方红 1 号号”卫星成功。中国航天技术迈出了重要的卫星成功。中国航天技术迈出了重要的一步。一步。现在现在,我国已经自行研制了我国已经自行研制了12种型号的种型号的“长征长征”运载运

8、载火箭，形成一套完整系列，能够满足各种轨道、各种航天器火箭，形成一套完整系列，能够满足各种轨道、各种航天器的发射需要，具有较强的国际竞争能力。可以说，的发射需要，具有较强的国际竞争能力。可以说，“长征长征”系列火箭已经走向世界，享誉全球，在国际发射市场占有重系列火箭已经走向世界，享誉全球，在国际发射市场占有重要一席。要一席。第三章动量守恒定律和能量守恒定律第三章动量守恒定律和能量守恒定律3-3 3-3 火箭飞行原理火箭飞行原理“长征二号长征二号 F”运载火箭运载火箭 组成：组成：四个液体助推器、芯一级火箭、芯二级四个液体助推器、芯一级火箭、芯二级火箭、整流罩和逃逸塔。火箭、整流罩和逃逸塔。包括

9、控制系统、故障检测系统、遥测系统、外包括控制系统、故障检测系统、遥测系统、外测安全系统、逃逸系统、箭体结构、动力系统、测安全系统、逃逸系统、箭体结构、动力系统、推进剂利用系统、附加系统和地面设备等推进剂利用系统、附加系统和地面设备等个分系统。个分系统。第三章动量守恒定律和能量守恒定律第三章动量守恒定律和能量守恒定律3-3 3-3 火箭飞行原理火箭飞行原理逃逸塔逃逸塔是在飞船发射出现危及航天员生命安全是在飞船发射出现危及航天员生命安全的异常情况下才发挥作用的救生设施的异常情况下才发挥作用的救生设施.它的任务是在火箭起飞前它的任务是在火箭起飞前900秒到起飞后秒到起飞后160秒秒时间段内，也就是飞

10、行高度在时间段内，也就是飞行高度在0110公里时，公里时，万一火箭发生故障，它可以拽着轨道舱和返回万一火箭发生故障，它可以拽着轨道舱和返回舱与火箭分离，并降落在安全地带，帮助飞船舱与火箭分离，并降落在安全地带，帮助飞船上的航天员脱离险境。上的航天员脱离险境。第三章动量守恒定律和能量守恒定律第三章动量守恒定律和能量守恒定律3-3 3-3 火箭飞行原理火箭飞行原理整流罩整流罩由高强度、轻质、耐高温，且无线电透波由高强度、轻质、耐高温，且无线电透波性强的材料制成，位于运载火箭的顶性强的材料制成，位于运载火箭的顶 部，在保部，在保持火箭气动外形的同时，给有效载荷航天器持火箭气动外形的同时，给有效载荷航

11、天器披上坚固的铠甲。披上坚固的铠甲。整流罩的外形尺寸是根据火箭的气动特性要整流罩的外形尺寸是根据火箭的气动特性要求和装载航天器所需的空间尺寸设计的。火箭升求和装载航天器所需的空间尺寸设计的。火箭升空前，整流罩在地面保护航天器，保证航天器对空前，整流罩在地面保护航天器，保证航天器对温度、湿度、洁净度的要求。火箭升空穿过大气温度、湿度、洁净度的要求。火箭升空穿过大气层时，整流罩可以使航天器免受气动力和气动热层时，整流罩可以使航天器免受气动力和气动热影响以至损伤。运载火箭飞出大气层后，整流罩影响以至损伤。运载火箭飞出大气层后，整流罩将沿箭体纵向分成两瓣并被抛开，完成它的使命。将沿箭体纵向分成两瓣并被

12、抛开，完成它的使命。第三章动量守恒定律和能量守恒定律第三章动量守恒定律和能量守恒定律3-3 3-3 火箭飞行原理火箭飞行原理在火箭发射过程中，燃料不断燃烧变成热气体，并以在火箭发射过程中，燃料不断燃烧变成热气体，并以高速从火箭尾部向后喷出，因而推动火箭向前作加速高速从火箭尾部向后喷出，因而推动火箭向前作加速运动。运动。二二 火箭飞行原理火箭飞行原理 气对地气对地=气对箭气对箭+箭对地箭对地时刻时刻t:火箭火箭+燃料燃料mv(对地对地)气对地速度气对地速度=vvu时刻时刻t+t:火箭火箭+燃料燃料 mm气体气体:muvv(对地对地)(对箭对箭)第三章动量守恒定律和能量守恒定律第三章动量守恒定律和

13、能量守恒定律3-3 3-3 火箭飞行原理火箭飞行原理时刻时刻 t 系统的动量系统的动量:vmtp时刻时刻 t+t 系统的动量系统的动量:uvvmvvmmttp动量的改变为动量的改变为:dtdmudtvdmdtpdmuvmpdtmdudtvdmdtpddtmddtdm第三章动量守恒定律和能量守恒定律第三章动量守恒定律和能量守恒定律3-3 3-3 火箭飞行原理火箭飞行原理dtmdudtvdmdtpdF根据质点系的动量定理根据质点系的动量定理:F(为作用于系统的合外力为作用于系统的合外力)火箭发动机的推力火箭发动机的推力Fdtvdmdtmdu对于在远离地球大气层之外对于在远离地球大气层之外,星际空间

14、中飞行的火箭星际空间中飞行的火箭,可认可认为为0Fmduvdmdtmdudtvdm即第三章动量守恒定律和能量守恒定律第三章动量守恒定律和能量守恒定律3-3 3-3 火箭飞行原理火箭飞行原理vmttvmt:,:,:000火箭速度火箭质量火箭速度火箭质量设气体的喷射速度设气体的喷射速度 为恒矢量为恒矢量.ummuvvmmduvdmduvdmmmvv00ln00质量比mm0mmuvv00ln质量比越大质量比越大,火箭的速度越大火箭的速度越大.u0 为标量为标量第三章动量守恒定律和能量守恒定律第三章动量守恒定律和能量守恒定律3-3 3-3 火箭飞行原理火箭飞行原理多级火箭是由构造类似，大小不同的火箭连

15、接而成的，在飞行多级火箭是由构造类似，大小不同的火箭连接而成的，在飞行过程中，当某一级火箭的燃料烧完后这一级火箭自动脱落，下过程中，当某一级火箭的燃料烧完后这一级火箭自动脱落，下一级火箭又开始工作，一级火箭又开始工作，.直到最后一级的燃料用尽时，火箭就直到最后一级的燃料用尽时，火箭就达到了所需速度。达到了所需速度。第二级火箭燃料用尽后的火箭速度是：第二级火箭燃料用尽后的火箭速度是：第三级火箭燃料用尽后的火箭速度是：第三级火箭燃料用尽后的火箭速度是：101lnmmuv21012lnmmuvv32023lnmmuvv设火箭初速度为零，每级火箭的喷气设火箭初速度为零，每级火箭的喷气 速度相同为速度相同为u，则第一级，则第一级火箭燃料用尽后的火箭速度是：火箭燃料用尽后的火箭速度是：第三章动量守恒定律和能量守恒定律第三章动量守恒定律和能量守恒定律3-3 3-3 火箭飞行原理火箭飞行原理对于三级火箭对于三级火箭,燃料用尽后的火箭速度是：燃料用尽后的火箭速度是：320210103lnlnlnmmmmmmuv