为什么火箭底部像喇叭 张国权 于清祥

你好，为什么火箭底部像喇叭？①当重几十吨、上百吨的火箭如巨龙一般腾飞九天时，你一定会为火箭具有如此神力而惊叹不已；而如果你是一个细心观察的人，也许会提出这样的疑问：火箭发动机的喷管为什么要做成喇叭形状的呢？这要从火箭发动机的特殊构造谈起。②火箭发动机之所以能够产生强大的推动力，是因为火箭发动机有着特殊的构造。③推力室是火箭发动机的核心部分，一般由头部、燃烧室和喷管组成。其中头部和燃烧室的作用是使燃烧剂流经燃烧室和喷管的内套，冷却燃烧室和喷管，再将燃烧剂由喷管和燃烧室外套流经喷嘴喷入燃烧室，并在同时由另一些喷嘴喷入氧化剂的作用下充分燃烧，将推进剂的化学能全部转化为热能，在燃烧室内产生2200℃～3500℃的高温高压燃气；喷管的作用是将燃烧室的高温高压燃气进行加速，由几十米/秒增加至几公里/秒，从而将燃气的热能转化为燃气的动能，获得直接的反作用力，推动火箭飞行。燃气喷射的速度愈高，火箭获得的推力也就越大。④那么，火箭发动机是怎样获得这样高喷速的燃气流呢？这是设计上的科学，就是把推力室的喷管部分在其结构上做成先收敛后扩散的喇叭形状，收敛段的上端同燃烧室的下端是平滑相连的。这一结构可使燃气流的速度因喷管横截面积的变化而变化，使气流从亚音速度到音速，直到加速至超音速。所以，人们把这种喇叭形喷管叫超音速喷管。由于它是瑞典人拉瓦尔发明的，因此也称为“拉瓦尔喷管”。⑤让我们来分析一下拉瓦尔喷管的原理。火箭发动机中的燃气流在燃烧室压力作用下，经过喷管向后运动，进入喷管的收缩段。此时，燃气运动遵循“流体在管中运动时，截面小处流速大，截面大处流速小”的原理，因而，燃气流的速度不断加速。当到达喷喉时，流速已经超过了音速。而超音速的流体在运动中却不再遵循“截面小处流速大，截面大处流速小”的原理，而是恰恰相反，截面积越大，流速越快。在扩张段，燃气流的速度被进一步加速，为2～3公里/秒，相当于音速的7～8倍，这样就产生了巨大的推力。⑥现在你该明白了吧，拉瓦尔喷管实际上起到了一个“流速增大器”的作用。其实，不仅仅是火箭发动机，导弹的喷管也是这样像喇叭形状的，因此说拉瓦尔喷管在武器上有着非常广泛的应用。