上海交通大学：《物理异想》课程教学资源（论文资料）浅谈火箭发射中的物理原理

浅谈火箭发射中的物理原理 闫宇（学号：5110309021） “在太空中飞翔”是人类一直以来的梦想。想必大家小时候也都 读过嫦娥奔月的故事，人们把这种飞的梦想寄予美轮美奂的神话故事， 也是渴望能够有一双无形的翅膀，使自己能够尽情徜徉在神秘莫测的 太空中，数星星，察月亮。 曾经，人们用滑板，用热气球，用飞机来一步步朝着自己的目标 迈进，滑板只能在空中暂时停留几秒，热气球对环境气候的要求太大， 飞机又限于其本身的结构设置，导致不能飞的太高，只能在大气层里 飞翔。长江后浪推前浪，一代更比一代强的人们朝着自己的梦想奋斗 着，终于，宇宙飞船被研发了出来。可是，是什么让宇宙飞船这个庞 大的身躯飞到太空的呢，下面，我就向大家介绍一下助宇宙飞船升空 的载体—火箭。 火箭是一种依靠火箭发动机喷射工作介质产生的反作用力推动 前进的飞行器，它的飞行原理是它借助了物体的反作用力，就像一只 充足气体的气球，当我们把它从手中放开后，气球内的气体向前冲去， 这是因为在惯性系中，物体均满足动量守恒定律。因自身携带氧化剂， 不像飞机一样依靠大气中的氧，所以火箭可以废除大气层，在真空条 件下飞行。 火箭分为航天运载火箭和军用运载火箭。在战争中运输并发射导 弹的为军用运载火箭，我们着重介绍的是和平时期运用较多的航天运 载火箭

浅谈火箭发射中的物理原理 闫宇（学号：5110309021） “在太空中飞翔”是人类一直以来的梦想。想必大家小时候也都 读过嫦娥奔月的故事，人们把这种飞的梦想寄予美轮美奂的神话故事， 也是渴望能够有一双无形的翅膀，使自己能够尽情徜徉在神秘莫测的 太空中，数星星，察月亮。 曾经，人们用滑板，用热气球，用飞机来一步步朝着自己的目标 迈进，滑板只能在空中暂时停留几秒，热气球对环境气候的要求太大， 飞机又限于其本身的结构设置，导致不能飞的太高，只能在大气层里 飞翔。长江后浪推前浪，一代更比一代强的人们朝着自己的梦想奋斗 着，终于，宇宙飞船被研发了出来。可是，是什么让宇宙飞船这个庞 大的身躯飞到太空的呢，下面，我就向大家介绍一下助宇宙飞船升空 的载体——火箭。 火箭是一种依靠火箭发动机喷射工作介质产生的反作用力推动 前进的飞行器，它的飞行原理是它借助了物体的反作用力，就像一只 充足气体的气球，当我们把它从手中放开后，气球内的气体向前冲去， 这是因为在惯性系中，物体均满足动量守恒定律。因自身携带氧化剂， 不像飞机一样依靠大气中的氧，所以火箭可以废除大气层，在真空条 件下飞行。 火箭分为航天运载火箭和军用运载火箭。在战争中运输并发射导 弹的为军用运载火箭，我们着重介绍的是和平时期运用较多的航天运 载火箭

航天运载火箭是将人造卫星，宇宙飞船，空间站和宇宙探测器等 航天器送入太空中的运载工具，是人类一切航天活动的基础，它主要 包括三大系统：动力系统，结构系统和控制系统。动力系统即火箭发 动机系统，是火箭的动力装置，堪称火箭的心脏。它依靠推进剂在燃 烧室内燃烧，这种燃料一般以偏二甲肼为主，在燃烧过程中化学能转 化为热能，形成高温高压的燃气，这种热能再转化为机械能，通过喷 管高速排出后产生反作用力推动火箭前进。我们向前方猛吐一口气， 也不会感觉到自己像后移动多少，但是通过大量的排气，却能使庞大 的火箭载着航天器以极快的速度飞上太空，看似不起眼的生活现象只 要被利用起来，也能发挥巨大的实际作用。结构系统通常称为箭体结 构，它是火箭的躯体，用于连接火箭所有结构部段，使之成为一个整 体，具有良好的空气动力外形和飞机性能。不知道大家注意到没，火 箭，飞机，乃至赛车，甚至是我们平时的私家小轿车，最前方均为光 滑的流线型，这是因为当物体与空气的的相对运动速度较大时，其受 到的空气阻力对物体运动产生的影响会越来越大，而我们总是通过减 小物体与空气的接触面积来是这种力减小，就像在生活中，风雨交加 时，我们打伞跑着避雨，感觉会比不打伞累许多；再比如，当逆风赛 跑时，运动员总是不由自主的把身子往下倾，以图少受空气阻力。而 在火箭发射的过程中，减小空气阻力则犹显重要，因为在高速飞行的 过程中，空气阻力会转化为热能，使得火箭与航天器表面温度急剧上 升，生活中，我们在冷的时候总希望搓搓手使得不那么寒冷，而在飞 行中，流线型的设计能使航天器表面受阻力较小。控制系统是火箭的

航天运载火箭是将人造卫星，宇宙飞船，空间站和宇宙探测器等 航天器送入太空中的运载工具，是人类一切航天活动的基础，它主要 包括三大系统：动力系统，结构系统和控制系统。动力系统即火箭发 动机系统，是火箭的动力装置，堪称火箭的心脏。它依靠推进剂在燃 烧室内燃烧，这种燃料一般以偏二甲肼为主，在燃烧过程中化学能转 化为热能，形成高温高压的燃气，这种热能再转化为机械能，通过喷 管高速排出后产生反作用力推动火箭前进。我们向前方猛吐一口气， 也不会感觉到自己像后移动多少，但是通过大量的排气，却能使庞大 的火箭载着航天器以极快的速度飞上太空，看似不起眼的生活现象只 要被利用起来，也能发挥巨大的实际作用。结构系统通常称为箭体结 构，它是火箭的躯体，用于连接火箭所有结构部段，使之成为一个整 体，具有良好的空气动力外形和飞机性能。不知道大家注意到没，火 箭，飞机，乃至赛车，甚至是我们平时的私家小轿车，最前方均为光 滑的流线型，这是因为当物体与空气的的相对运动速度较大时，其受 到的空气阻力对物体运动产生的影响会越来越大，而我们总是通过减 小物体与空气的接触面积来是这种力减小，就像在生活中，风雨交加 时，我们打伞跑着避雨，感觉会比不打伞累许多；再比如，当逆风赛 跑时，运动员总是不由自主的把身子往下倾，以图少受空气阻力。而 在火箭发射的过程中，减小空气阻力则犹显重要，因为在高速飞行的 过程中，空气阻力会转化为热能，使得火箭与航天器表面温度急剧上 升，生活中，我们在冷的时候总希望搓搓手使得不那么寒冷，而在飞 行中，流线型的设计能使航天器表面受阻力较小。控制系统是火箭的

大脑和神经中枢。火箭发射后的级间费力，俯仰偏航，轨道修正均靠 着该系统完成。想必在中国航天事业蒸蒸日上的当今，随着神舟寒天 载人航天飞船的成功飞行，随着嫦娥一号的顺利探月，大家对多级火 箭这一概念也不再陌生。在介绍多级火箭之前，我想首先对航天器在 太空中的运动原理加以介绍。众所周知，地面上的物体之所以会相对 地面静止，是受到地心引力的作用，实际上，任何两个有质量的物理， 不管他们离得多么远，都会受到万有引力的作用，而这个万有引力的 大小，是正比于两物体的质量，反比于两物体间距离的平方，其中一 个物体的受力方向为沿此物体与另一物体连线方向指向另一物体的。 而在太空中，航天器受到来自星体的万有引力的作用，因此绕着星体 运动，在运动过程中，又受到向心力作用，因此，总的来看，航天器 绕星体做曲线运动，当万有引力大小与向心力大小相等时，航天器变 绕着星体做匀速圆周运动，像很多地球同步卫星便是如此，当两力大 小不等时，便做椭圆运动。而多级火箭，便是在航天器运动过程中， 通过不同地点的多次加速，使得航天器向着人们所想的方向去飞行。 曾经，我们梦想飞上天空，有人说那是痴人说梦。然而，随着热 气球与飞机的出现，我们做到了。并且，现在，通过火箭的运载，我 们已经来到了广袤无垠而又神秘莫测的太空，科学便是如此，没有做 不到，只有想不到：没有不能做，只有不敢做

大脑和神经中枢。火箭发射后的级间费力，俯仰偏航，轨道修正均靠 着该系统完成。想必在中国航天事业蒸蒸日上的当今，随着神舟寒天 载人航天飞船的成功飞行，随着嫦娥一号的顺利探月，大家对多级火 箭这一概念也不再陌生。在介绍多级火箭之前，我想首先对航天器在 太空中的运动原理加以介绍。众所周知，地面上的物体之所以会相对 地面静止，是受到地心引力的作用，实际上，任何两个有质量的物理， 不管他们离得多么远，都会受到万有引力的作用，而这个万有引力的 大小，是正比于两物体的质量，反比于两物体间距离的平方，其中一 个物体的受力方向为沿此物体与另一物体连线方向指向另一物体的。 而在太空中，航天器受到来自星体的万有引力的作用，因此绕着星体 运动，在运动过程中，又受到向心力作用，因此，总的来看，航天器 绕星体做曲线运动，当万有引力大小与向心力大小相等时，航天器变 绕着星体做匀速圆周运动，像很多地球同步卫星便是如此，当两力大 小不等时，便做椭圆运动。而多级火箭，便是在航天器运动过程中， 通过不同地点的多次加速，使得航天器向着人们所想的方向去飞行。 曾经，我们梦想飞上天空，有人说那是痴人说梦。然而，随着热 气球与飞机的出现，我们做到了。并且，现在，通过火箭的运载，我 们已经来到了广袤无垠而又神秘莫测的太空，科学便是如此，没有做 不到，只有想不到；没有不能做，只有不敢做