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空氣動力發(fā)動機的構(gòu)造原理

可以附圖更好這是一個不錯的項目發(fā)展空間應(yīng)該會很大我這里有條件可以做這個項目只是時間不是很允許所以先問一下那位不吝賜教合作也可以啊: 問提問者：網(wǎng)友 | 2020-09-15

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通常我們將這種噴氣發(fā)動機叫做利用反沖力工作的火箭發(fā)動機。這種發(fā)動機有一個缺點，就是浪費了大量的熱能。并且在其飛行速度在0——略小于聲速的速度階段，空氣的阻力是很大的。: 回答者：網(wǎng)友

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 關(guān)于空氣動力方面的知識，在人類進行的航空航天的嘗試過程中，已經(jīng)積累了非常豐富的經(jīng)驗知識。因此本文從物理的角度（物質(zhì)運動變化原理），而不是從工程的角度或者從數(shù)學(xué)的角度來說明關(guān)于航空航天的動力。并提出一種提高航空航天動力有效利用率的方法.    空氣作為一種氣體和液體存在著物質(zhì)屬性的不同，這種不同表現(xiàn)在空氣氣體具有流動性和可壓縮性以及密度的差異上。和物體的相互作用上，也存在不同。液體和在水中運動物體間的作用，由于阻力很大，那么在水中航行的船體，動力系統(tǒng)所產(chǎn)生的水波的作用對船體的影響是很微小的。但是，空氣則不同了，由于空氣阻力比液體阻力小，在空氣中運動的物體在聲速附近運動時還會受到聲障的影響。  空氣中運動物體的動力1、經(jīng)典的火箭發(fā)動機    在現(xiàn)今的航空航天動力應(yīng)用中，高速運行的飛機、火箭、飛船都是采用噴氣發(fā)動機作為飛行器的動力。當然低速飛機則主要采用機械動力螺旋槳作為飛機飛行的主要動力。低速飛機則不在本文的考察范圍之內(nèi)。本文僅對噴氣發(fā)動機作為主要的分析對象，來分析火箭發(fā)動機的飛行動力問題。現(xiàn)行的噴氣發(fā)動機都可近似的看作左圖的動力模式：   燃料在燃燒室中燃燒，通過減少噴口的截面積，在燃燒室中產(chǎn)生高溫高壓的氣體，并在噴口高速噴出，從而使火箭發(fā)動機獲得推動力。     如上的火箭發(fā)動機關(guān)于動力的大小有一個簡單的近似計算模式，這個計算模式就是噴口的最小截面積和燃燒室中壓強的乘積。但實際上這樣計算的結(jié)果是略小于火箭的真實動力。這是因為，噴管后面通常有一個擴張管，另一方面，還和氣體分子的運動有關(guān)。在后面我們要討論這個問題。  通常我們將這種噴氣發(fā)動機叫做利用反沖力工作的火箭發(fā)動機。這種發(fā)動機有一個缺點，就是浪費了大量的熱能。并且在其飛行速度在0——略小于聲速的速度階段，空氣的阻力是很大的。聲障的問題  如圖： 火箭在點火之后，在初始，其速度很低。但是火箭燃燒室中的高溫高壓氣體高速沖出火箭發(fā)動機的噴口后，會合正常狀態(tài)下的大氣產(chǎn)生作用。會產(chǎn)生一些列的效應(yīng)。      如湍流、聲波導(dǎo)致的空氣壓力、氣體分子的運動速度增加等等現(xiàn)象。我們這里首先假設(shè)火箭發(fā)動機的功率是不變的，即單位時間內(nèi)燃燒的燃料數(shù)量不變。這些現(xiàn)象的產(chǎn)生和噴管噴出的氣體的截面積、壓力、密度等存在確定的關(guān)系。三種物理量兩種確定的情況下，和其中一種成正比。比如：  當噴出氣體截面積和壓力確定的情況下，火箭發(fā)動機產(chǎn)生的這一些列的效應(yīng)強度同沖出火箭噴口的密度成正比。  當噴出氣體的壓力和密度確定的情況下，火箭發(fā)動機產(chǎn)生的這一些列的效應(yīng)強度同沖出火箭噴口的截面積成正比。  當噴出氣體的截面積和密度確定的情況下，火箭發(fā)動機產(chǎn)生的這一些列的效應(yīng)強度同沖出火箭噴口的壓力成正比。  聲波可以導(dǎo)致氣體分子的運動速度周期性的增加，這一點可參見速度的問題之三————震動與波（下）。  我們知道，當火箭的運動速度接近聲速時，那么火箭發(fā)動機所產(chǎn)生的聲波會近似駐留在火箭到火箭的前端一帶，因為聲音也在向火箭運動的前方運動。我這里把這種效應(yīng)叫做聲波效應(yīng)。如果火箭以這種速度飛行的話，那么火箭發(fā)動機所產(chǎn)生的聲波效應(yīng)，可以認為包括使空氣的氣體分子的運動速度增大、聲壓等所形成的空氣阻力增大會不斷的增加。因為一個時刻火箭發(fā)動機所產(chǎn)生的火箭前端的阻力不消失的情況下，在這一時刻后面的時刻所產(chǎn)生的聲波效應(yīng)又產(chǎn)生了。這樣隨著時間的推移，這種阻力一直增加下去，直到空氣給與火箭的阻力等于火箭發(fā)動機給與火箭的動力相等，火箭就穩(wěn)定在這一速度狀態(tài)下飛行。當然，阻力的增大會導(dǎo)致火箭的速度下降。  聲波最直接作用的結(jié)果則是使火箭劇烈的震動。但是火箭的動力則不會增加。  那么有沒有辦法消除聲障呢？回答是肯定的——有  可存在兩種方法消除聲障。  第一種方法是增大火箭的動力，使火箭飛行速度在接近聲障時在極短的時間內(nèi)跨過聲障。比如準備一個備用發(fā)動機，當?shù)竭_聲障時，啟動另一個發(fā)動機。增大一倍的動力。當然，倘若不能在較短的時間內(nèi)使火箭的速度跨過聲速，那么兩個發(fā)動機所產(chǎn)生的聲波效應(yīng)會使阻礙火箭運動的聲波效應(yīng)增強一倍。累積到某一阻力的時間也要減小一倍?；鸺恼饎映潭葧杆俚脑黾?。倘若不能在較短的時間內(nèi)跨過聲障，火箭的速度仍然不能打破聲速。并且可能導(dǎo)致火箭在聲障效應(yīng)中報廢。  第二種方法是降低火箭發(fā)動機所產(chǎn)生的聲波效應(yīng)。  如上兩種方法中存在另一種火箭發(fā)動機的動力模式，這種發(fā)動機不但包含了傳統(tǒng)火箭發(fā)動機利用反沖力作為火箭動力的原理，還包含了一種新的動力模式，可以更加有效的利用燃料所產(chǎn)生的熱能。使火箭所產(chǎn)生的推動力要大于火箭向后噴出氣體的動量。3、降低聲障效應(yīng)和火箭燃氣熱能的利用     打破聲障技術(shù)上的問題已經(jīng)解決，這一點是通過拉瓦爾管來實現(xiàn)的。我們下面就來探討這個問題，由于涉及到火箭發(fā)動機的動力問題，我們?nèi)匀灰獜幕鸺齽恿ι祥_始。  我們先來看第一個問題：  一、火箭發(fā)動機噴管收縮的原理  火箭發(fā)動機工作時的力學(xué)狀態(tài) 上圖是火箭發(fā)動機的關(guān)于噴管收縮的原理簡圖：在火箭發(fā)動機正常工作的情況下，單位時間內(nèi)燃燒的燃料我們看作一個定值。換句話說，經(jīng)過火箭發(fā)動機噴管噴出的氣體是一個定值。這里我們采用氣體分子的數(shù)量來進行說明。       圖中的小白球所表示的是氣體分子，實心箭頭表示的使氣體分子和燃燒室壁的碰撞。空心箭頭表示的是氣體分子的宏觀運動方向。   由于燃料燃燒產(chǎn)生大量的熱量，而這些熱量都會以氣體分子的高速運動形式以動量的形式（當然傳統(tǒng)的說法動能更為合理）。由于火箭發(fā)動機是采用大量氣體分子從噴管高速噴出來進行工作，并且單位時間內(nèi)燃料燃燒產(chǎn)生的氣體分子的數(shù)量等于單位時間內(nèi)火箭發(fā)動機噴管向后噴出的氣體分子。因此，由于溫度傳導(dǎo)所產(chǎn)生的降溫作用我們是可以略而不計的。因此火箭發(fā)動機工作過程中氣體的溫度和氣體分子的運動速度我們可以近似看作一個常數(shù)。即：火箭發(fā)動機正常工作的時候，氣體分子的溫度所標示的氣體分子的運動速度為一個定值。當然，這樣的看法是在統(tǒng)計的意義上來說的。   如果我們從物質(zhì)運動變化的角度來看火箭發(fā)動機的工作原理，那么，從具有確定運動速度的氣體分子和火箭發(fā)動機本身的作用上來看待這個問題，這是從物理的角度上唯一合理的解釋方法。高溫的燃氣分子和燃燒室的作用就在于燃氣分子和燃燒室的碰撞。我們從它們之間的碰撞可以得到火箭發(fā)動機的力學(xué)動力過程。   關(guān)于火箭動力的簡單計算   首先我們來看圖一：在火箭燃燒室中（剖面圖、二維圖），如果燃燒室是三面封閉，在運動的后方是出口，那么氣體分子和A面的碰撞則會使A面產(chǎn)生一個向前的力，受力的方向，也是實心箭頭的方向。在燃燒室封閉的另兩面，由于氣體分子和器壁碰撞的大小相等、方向相反，因此，可以認為在封閉面的其它方向不受作用力。由于空心箭頭的方向沒有器壁，因此沒有作用力。這樣，就提供給我們計算火箭推動理論的一種方法。   假設(shè)A面的面積為S，單位面積單位時間的碰撞次數(shù)為n，一個氣體分子一次碰撞提供的沖量為ft。那么，火箭單位時間內(nèi)所獲得的動量為Snft   噴管的截面積和火箭動力的關(guān)系   現(xiàn)行的火箭發(fā)動機不是如上圖一中的設(shè)置，這是因為這種火箭發(fā)動機的結(jié)構(gòu)設(shè)置所提供的動力很低，并且熱能的利用率很低。通常都是采用圖二中的設(shè)置，減少火箭噴氣口的截面積，即通常所說的使火箭的噴管收縮。   如果我們還假設(shè)火箭發(fā)動機單位時間燃燒的燃料不變，那么單位時間內(nèi)燃料燃燒所產(chǎn)生的氣體分子的數(shù)量也不變。同時，如果火箭穩(wěn)定工作，那么火箭噴氣口單位時間里噴出的氣體的數(shù)量必然等于單位時間內(nèi)火箭噴口單位時間里噴出的氣體分子的數(shù)量。我們再來看和真實火箭發(fā)動機接近的這個原理圖——圖二。   為了便于數(shù)學(xué)聲的描述，我們采用比較的方法來說明火箭噴管的截面積和功率的關(guān)系。   在圖二中，由于我們收縮了火箭噴氣口，那么，以前的計算方法則不能使用了。這是因為經(jīng)過噴氣口收縮之后，在B位置和C位置增加了氣體分子的碰撞面積，并且氣體分子在這個碰撞面的碰撞方向和A面是相反的作用方向。因此是火箭向前運動的作用碰撞則要去掉這一部分。即A面的面積減去B面和C面的面積，這才是火箭噴氣口收縮后的有效面積。我們知道，這部分面積等于噴氣口的截面積。   我們知道，火箭燃料燃燒后產(chǎn)生的熱量是以氣體分子的高速運動的內(nèi)能存在的，氣體分子的運動速度不會由于我們減少噴管的截面積，增大燃燒室的氣體壓力而增加。氣體分子碰撞一次所給與燃燒室的作用是不變的。而不同的則是單位面積單位時間的碰撞次數(shù)不同。   形成單位時間單位面積氣體分子和燃燒室的碰撞次數(shù)不同主要有兩種原因形成。   一種是氣體分子的密度造成。   我們先來看一下在兩個圖中形成燃氣分子密度差異的原因和關(guān)系。   我們知道，氣體分子在燃燒過程中產(chǎn)生的分子的熱能所標示的氣體分子的運動速度。由于氣體分子的運動速度非常高，因此，氣體分子在燃燒室中擴散的過程所形成的密度分布狀態(tài)當作一種穩(wěn)定的分布狀態(tài)。因此我們可以這樣近似的處理這一問題。如圖： 如果火箭發(fā)動機的噴管截面積減少一倍，并且單位時間內(nèi)通過噴氣口截面積的氣體數(shù)量為一常數(shù)。由于氣體分子的運動速度為一常數(shù)。那么我們只能得到氣體分子的密度要增大一倍的結(jié)論。  （注：我圖畫的不標準，僅為了說明原理）     由于氣體分子的運動速度是相同的，那么由于氣體分子增加一倍，單位時間內(nèi)由于分子數(shù)量增加一倍，那么，我們可以得到，僅在參與氣體分子碰撞的數(shù)量增加一倍，會導(dǎo)致單位時間內(nèi)氣體分子和單位面積器壁的碰撞次數(shù)會增加一倍。（這并沒有考慮氣體分子的自由程的問題，下面我們就要說到）   另一種是氣體分子的自由程減小。  如果在屋子里中間打開一瓶香水，那么在屋子邊緣站立的人總是需要一段時間才會聞到香水味道。因此，香水分子在空間中不是一直沿直線運動，而是不斷的和空氣分子發(fā)生碰撞。那么作為在火箭發(fā)動機燃燒室中的高溫氣體也不例外，一個氣體分子和其它氣體分子相鄰兩次碰撞的間隔所運動的距離，我們通常把它叫做氣體分子的自由程。  如果氣體分子的密度增加一倍，（如上圖）那么，一個分子的自由程就要減小一倍。同時，由于氣體分子的運動路程減小一倍，相應(yīng)來說，這個分子在單位時間里和其它氣體分子的碰撞次數(shù)就要增加一倍。那么，這種數(shù)量關(guān)系對于氣體分子和容器壁的碰撞仍然是有效的。如果火箭發(fā)動機的噴管截面縮小一倍，那么燃燒室中的氣體分子密度會增加一倍，同時，由于氣體分子的自由程減小一倍而導(dǎo)致氣體分子和燃燒室壁見的碰撞次數(shù)，單位面積會增加一倍。  在火箭發(fā)動機的噴管截面積減少一倍后，我們可以得到此時的火箭在單位時間所獲得的動力。  火箭所獲得的動力來自于氣體分子和燃燒室的有效碰撞，這個有效碰撞截面積等于火箭噴管的截面積。因此我們只需要計算火箭噴管面積上單位時間內(nèi)所獲得的動力。  火箭噴管沒有收縮時的截面積為S，單位面積單位時間的碰撞次數(shù)為n，一個氣體分子一次碰撞提供的沖量為ft。那么，火箭單位時間內(nèi)所獲得的動量為Snft   火箭噴管沒有收縮一半后的截面積為（1/2）S，單位面積單位時間的碰撞次數(shù)為4n，一個氣體分子一次碰撞提供的沖量為ft。那么，火箭單位時間內(nèi)所獲得的動量為（1/2）S4nft  這樣我們可以得到火箭噴管截面積收縮一倍后和火箭沒有收縮時獲得的動力的關(guān)系。 我們可以看到，噴管收縮后火箭在單位時間內(nèi)所獲得的動量是火箭噴管沒有收縮時的兩倍。   二、收縮火箭發(fā)動機噴管和火箭獲得的動力同聲障的關(guān)系    以上我們可以看到，收縮火箭發(fā)動機的噴管，可以使火箭的推進力成倍的增加。前面我們已經(jīng)探討了聲障效應(yīng)和噴管噴出的氣體的截面積、壓力、密度的關(guān)系。收縮火箭發(fā)動機的噴管，那么它所造成的聲障效應(yīng)也會成倍的增加。但聲障有這樣的特點，就是在火箭的飛行速度接近聲速時，聲障效應(yīng)會以聲波的速度駐留在火箭的前方，造成阻礙火箭的阻力不斷的增加，并給與火箭周期性的作用力，形成振顫。如果火箭可以和聲波效應(yīng)形成共振的話，那么這樣的情況是很危險的。如果火箭部件的性能不好，可能會導(dǎo)致火箭報廢，或者爆炸。    利用火箭噴管收縮的原理來提高火箭的動力，會增加火箭跨過聲障時的危險性。   三、火箭燃氣中未被有效利用的一種能量   前面我們探討了利用傳統(tǒng)意義上火箭燃氣反沖的物理解釋。那么，傳統(tǒng)的意義上這來自于牛頓第二運動定律。如上的原理可以認為是動量守恒定律。但是實際上，火箭這樣作用力反作用力模式對熱能的利用太浪費了?；鸺拿恳淮紊斩紩诖髿庵嗅尫糯罅康臒崮堋．斎?，這是沒有辦法的事情。至少在目前為止，還沒有其它的有效動力方案來替代這種火箭發(fā)動機的工作模式。這種熱能僅在理論上被火箭利用一次。在這里我提出一種對熱能的新的利用方法，火箭發(fā)動機對熱能的第二次利用?；鸺紵抑袣怏w分子沖出噴管時的狀態(tài)     我們先來看一下火箭發(fā)動機在工作時的燃氣分子的分布狀態(tài)。如圖：火箭發(fā)動機在正常工作時，燃燒室內(nèi)腔的氣體分子都在進行無序運動，隨機在進行著碰撞。氣體分子的運動方向是沿火箭發(fā)動機受力方向的反方向。沿火箭運動方向運動的燃氣分子給與火箭燃燒室的碰撞作用力的方向是使火箭獲得一個向前的力。    如果噴口的長度很短，那么氣體分子的運動方向可以認為是沿矢量，大量的燃氣分子向后排出。這就是反沖作用力的原理。       在這種氣體分子的運動過程中，氣體分子的狀態(tài)不是一種正常的溫度狀態(tài)，是一種相對于火箭燃燒室高速運動的矢量狀態(tài)。這些氣體分子沿確定方向運動存在一個特點。在氣體分子排出噴管的最初截面時，氣體分子的運動方向都是不大于噴管中心軸方向的90度。如右圖：    火箭噴出去的這種分子不能在提供給火箭沿火箭運動方向的作用力。我們不能采用常規(guī)的方法使這種運動的氣體分子還能對火箭提供向前的動力。這樣的結(jié)論是將火箭噴管的長度看作極短來處理的。實際上，這在技術(shù)上是不能達到如此嚴格的，這是一種近似處理的方法。    但是，氣體分子的熱運動是一種很特殊的運動，表現(xiàn)為氣體分子運動方向的無序性。即便再由某種特定運動運動方向的氣體分子，在一定時間后，經(jīng)過氣體分子間的彈性碰撞，氣體分子的運動規(guī)律在運動方向上一定是無序的。這就需要對火箭的結(jié)構(gòu)進行特殊的處理。通過擴張噴管的截面積，利用氣體分子的熱能，從而使氣體分子仍然可以對火箭提供一定的動力。    使火箭噴管噴出的在運動方向上具有矢量屬性的氣體恢復(fù)到正常溫度氣體分子的無序運動的方法    可通過如下的方法：    （1）改變噴管和燃燒室接口的結(jié)構(gòu)。    本文在如上的關(guān)于火箭燃燒室的簡圖僅是為了說明火箭的工作原理圖。它不是真正意義上的火箭燃燒室。真正的火箭燃燒室不能是如上的方形的結(jié)構(gòu)。這一點在減少火箭的重量上來說也是這樣，通常都把它做成圓形的結(jié)構(gòu)，同時也便于耐壓。    如果要采用噴出噴管的高溫高壓氣體繼續(xù)對火箭提供向前運動的推進力，那么燃燒室和噴管的接口要求是如下的形狀，如圖：燃燒室和噴管接口的有一定坡度的收縮，僅是為了要提高溫氣體的紊亂程度，或者說是使高溫高壓氣體的熵增加。        （2）延長噴管的長度 由于從燃燒室沖出的燃氣分子的運動速度很高，那么它會在極短的時間內(nèi)沖出噴管。這樣，采用熱能的方法來提高火箭燃氣的第二次利用的效率是很低的。那么，延長高溫高壓的燃氣在噴管中的時間則是很重要的。應(yīng)盡量延長噴管的長度。如圖： 如上是兩種外觀形式的噴管，左邊的噴管可應(yīng)用于加工精度不高的噴管，利用效率較低。右邊噴管則要求加工精度一定要高，如果達不到要求，那么使火箭利用熱能的二次利用效率也很低。但倘若加工精度可以的話，可以在燃燒相同燃料、噴管截面積相同的前提下，單位時間內(nèi)大大提高火箭所獲得的動量。    （3）對噴管加工的要求   噴管由于是利用火箭燃燒室高速噴出的氣體工作，因此，有它特殊的要求。   我們來看一下高溫高壓氣體和高溫燃氣的作用情況：   如圖： 圖中是火箭噴管和一個自由運動的氣體分子在碰撞過程中的受力分析。從圖中我們可以看到，雖然氣體分子的運動方向是向火箭后方高速運動的，但是它和噴管碰撞后，起作用力的總效果則會對火箭沿運動方向有一個小的貢獻。這個作用力的大小則等于火箭給與噴管作用力和坐標y的夾角θ正弦的乘積。    實際上，只要是高溫高壓的氣體分子和火箭噴管內(nèi)表面的所進行的碰撞，只要是燃氣氣體的運動方向是背離火箭的運動方向。那么我們根據(jù)彈性碰撞，這種碰撞過程的作用結(jié)果，必然是要給與火箭一個加速的力。這一點是由噴管的圓錐狀的結(jié)構(gòu)來決定的。       由于火箭燃氣是通過火箭噴管向后噴出的，在氣體分子的運動方向上，則主要是沿火箭加速反方向運動的燃氣分子，雖然這種作用力在一次碰撞后雖然給與火箭的動力從碰撞過程的比值關(guān)系上來說是很微弱的，但是由于分子的高速運動，幾乎全部是沿火箭運動的反方向的燃氣分子，因此這種作用力累積起來，也是一種不能忽視的一種作用力，它給與火箭增加的動力應(yīng)該是非?？捎^的。后面我們要提到這種作用力的估算方法。    當然，我們圖中所畫的時隨意一個氣體分子給與火箭噴管的作用。我們所采用的分析方法中所應(yīng)用的噴管表面則是采用絕對光滑的平面來進行處理的。在實際的應(yīng)用過程中，絕對光滑的平面是不存在的。只能是某種情況下的一種近似處理。這就要求我們要在制作火箭噴管的時候，一定要最大限度的將火箭噴管的內(nèi)表面制作的光滑，這樣會減少火箭燃氣所給于的阻力。如圖：這個圖和上面那個圖是相類似的，不同的是，在這個圖的坐標原點有一個小白球，它表示的是噴管表面一個不規(guī)則的突起。圖中所畫的箭頭是相似的，因此這里就沒有給語文字形的標注。   從圖中我們可以看到，由于凸起的存在，那么燃氣分子和這個突起進行碰撞也會產(chǎn)生一個阻力，其大小仍然等于這個作用力的大小則等于火箭給與噴管作用力和坐標y的夾角θ正弦的乘積。但是，由于噴管的碰撞點上傾斜方向的不同，這個力要遠大于上一個圖中由于燃氣分子和噴管壁碰撞所獲得的動力。       因此，采用噴管擴張技術(shù)來獲得火箭噴出的高溫燃氣給與火箭利用熱能的二次利用，和噴管材料的表面有著非常重要的關(guān)系。噴管的這個加工表面的光滑程度越高。火箭熱能的二次利用率也越高。   （4）火箭的噴管錐體的角度特點。    如圖： 火箭噴管從火箭收縮管結(jié)束的時候開始擴張，那么采用什么樣的擴張途徑有利于燃氣熱能的第二次利用呢？    我們從擴張管的方向延長線的交角來討論這個問題。如圖:如果我們采用的這個張角過大，那么火箭噴管的長度自然要減小。這樣導(dǎo)致在燃氣通過火箭噴管（擴張管）的時間會減少，同時，燃氣的紊亂程度也不會增加很多，利用燃氣分子的熱能和火箭擴張管的碰撞來實現(xiàn)的燃氣分子熱能的二次利用率將會降低。換句話說，效率不高。    如果我們采用的這個張角過小，那么火箭噴管的長度自然要延長。雖然一個燃氣分子和噴管的一次作用給與火箭的動力要減小，但是燃氣分子和噴管的作用面積   會增加。我認為對噴管采用較小的張角對于提高火箭的動力是非常有利的。但這里需要說明的是，對于加工精度不高的火箭噴管，建議還是采用適中的角度。否則，會增加的推動火箭的阻力。這樣的應(yīng)用意義不大，而僅減少在聲波范圍內(nèi)的聲波效應(yīng)——聲障。   另一方面，增加噴管張角會使用較多的耐高溫高壓的材料，這樣會提高一定的成本。   （5）火箭噴管的最大截面積  如圖： 火箭噴管的截面積的大小在太空中對于火箭的阻力沒有關(guān)系，因此在太空中運動的火箭應(yīng)該盡量增大火箭噴管的最大截面積，但是火箭在空氣中飛行則不同了。因為如果火箭噴管的截面積大于火箭的直徑之后，火箭噴管則由于空氣的阻力要對火箭運動的方向產(chǎn)生阻力。這對于高速運動的物體來說，阻力是很大的。但是，隨著火箭噴管截面積的擴張，在噴管外層的燃氣分子給與火箭的動能將減小，這樣，對于長時間在空氣中運行的火箭來說，這個火箭噴管的最大截面不能大于火箭的直徑太多。       （6）關(guān)于火箭動力的計算方案   關(guān)于采用擴張火箭噴管的可以增獲多大的動量。我想可以存在這樣簡單的計算方法。   一種簡單的計算方法是采用燃氣在火箭噴管駐留的壓力來采用力的模式計算?？梢员硎境桑篎=Ps。其中F是采用這種熱能的方法產(chǎn)生的力的大小。P是火箭噴管的最大截面積減去火箭收縮管的截面積的平均壓強。S是火箭噴管的最大截面積減去火箭收縮管的截面積。   另一種較為精密點的計算方法則是針對噴管不同位置處單位時間單位面積的的燃氣分子的碰撞次數(shù)碰撞方向力的大小來對整個火箭噴管二次利用熱能的有效面積積分的方法來實現(xiàn)。   （7）對火箭燃氣采用噴管擴張的方法增加動力在空氣中飛行的意義——降低聲波效應(yīng)   前面我們已經(jīng)探討過火箭或者飛行器在空氣中飛行的超音速問題。在跨過聲障的問題上，通過擴張火箭發(fā)動機的噴管來實現(xiàn)的，通常把它叫做拉瓦爾管。拉瓦爾管在火箭技術(shù)上的應(yīng)用中有兩種作用：  一種作用是增加火箭的推進力。前面已經(jīng)討論了這個問題，這里不再討論。  另一種作用則是將火箭燃燒室中噴出的高密度高壓的氣體，進行低密度低壓處理，大大降低聲波效應(yīng)，是解決聲障問題的首選方法。關(guān)于降低聲波效應(yīng)的計算方法，我沒有理想的計算方法。不過可以確定，如果不采用擴張管來降低聲波效應(yīng)，兩者的關(guān)系為：火箭噴管的最小截面和最大截面的比值成反比。這個問題是否是這樣，還要向各位聲學(xué)專家請教。我的想法是這樣：     首先確定，火箭發(fā)動機的功率不變。高壓高密度燃氣在火箭噴管的最大截面和最小截面的密度是不同的，可以采用統(tǒng)計的方法根據(jù)氣體分子在相互碰撞過程中均分的原則，可以得到，燃氣分子的密度同在兩個截面上的大小和它們面積的比值成反比。   從燃氣分子和外界的作用程度上來看（從碰撞次數(shù)上來看），密度的變化如果是成倍的提高，那么和外界碰撞次數(shù)的變化則會是雙倍的提高。和外界作用的問題，在噴管的截面積和火箭動力的關(guān)系已經(jīng)對這個問題說明過了?？蓞㈤啞Ｄ敲?，就可以得到燃氣分子在兩個不同截面口給與外界的作用的關(guān)系為：兩個截面上的面積的比值成反比。  （8）如何有效的利用燃料燃燒所釋放出的動能   通過如上的分析，我們可以得到，可以通過兩種方法合并去最大限度的利用燃料燃燒所釋放出的熱能推動飛行器。   一種方法是最大限度的收縮火箭內(nèi)噴氣口。（火箭噴管的最小截面積）。這需要我們研制耐高壓高溫的材料，從而獲得較高高壓高溫氣體。   另一種方法是最大限度的擴張火箭的外噴氣口。（火箭噴管的最大截面積）。這需要我們研制新型的加工工藝，來實現(xiàn)火箭噴管的高度光滑。4、關(guān)于這是否算作一項新的技術(shù)問題   從分子運動變化的角度出發(fā)，我在這里推出了一個新的結(jié)論。但是這個新的結(jié)論在過去幾十年的航天事業(yè)的發(fā)展中，這些技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)。那么，這算不算一項新的技術(shù)呢？對這個問題，我想還是留給后人去評論吧。但有一點可以確定，現(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用的技術(shù)沒有從原理上能給與合理的解釋，在這種意義上來說，這至少是一種新的技術(shù)理論。得到這個結(jié)論的依據(jù)是火箭發(fā)動機技術(shù)是一項違反動量守恒定律的技術(shù)。如果從技術(shù)原理上給與合理的物理解釋，那么，我們現(xiàn)在物理學(xué)中的動量守恒定律早已經(jīng)不存在了。關(guān)于這個問題，請參見火箭動力技術(shù)和動量守恒定律。: 回答者：網(wǎng)友

空氣作為一種氣體和液體存在著物質(zhì)屬性的不同，這種不同表現(xiàn)在空氣氣體具有流動性和可壓縮性以及密度的差異上。和物體的相互作用上，也存在不同。液體和在水中運動物體間的作用，由于阻力很大，那么在水中航行的船體，動力系統(tǒng)所產(chǎn)生的水波的作用對船體的影響是很微小的。但是，空氣則不同了，由于空氣阻力比液體阻力小，在空氣中運動的物體在聲速附近運動時還會受到聲障的影響。: 回答者：網(wǎng)友