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火箭燃料為什麼會爆炸?錢學森曾加入火箭研究組,被稱自殺小隊

作者:華箋流香

燃燒和爆炸是釋放能量的過程,但燃燒是釋放能量的緩慢過程,但在發生爆炸時會立即釋放。

此外,在燃燒和爆炸之間還有一個能量釋放的過程,即化學燃料火箭的噴氣推進。

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火藥是中國古代四大發明之一,火藥的發明,不僅創造了炮戰,還創造了最原始的噴氣推進裝置——鮮花。

花和槍戰的差別在于,花的背後有一張嘴,可以噴出火藥的燃燒能量,如果嘴被堵住,能量如果不釋放就會爆炸。

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是以,噴氣推進和爆炸之間隻有輕微的差別,如果不加以控制,火箭将變成炸彈。

錢學森的導師馮。卡門在加州理工學院成立了一個研究小組來研究火箭推進裝置,最初隻有幾個人。

火箭推進涉及機械設計、化學燃料配置和數學計算,最初的機組人員是一個片面的人才。

該團隊後來發展成為着名的噴氣推進實驗室,這是NASA的前身。

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在最初的實驗中,爆炸很常見,加州理工學院校園裡響起了巨大的爆炸聲,其他人給這群人起了各種綽号,最引人注目的是自殺小隊。

液體燃料火箭一般是雙組分,一種是氧化劑,一種是燃料。通常比較安全,隻有兩種情況會爆炸,一種是燃料和氧化劑混合,異常點火。另一種是燃料洩漏到空氣中并與空氣混合,達到一定比例的時間,當它被明火點燃并爆炸時。

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自殺小隊使用的第一個火箭燃料是酒精。酒精必須噴入發動機的燃燒室,通常是噴射盤,類似于瓦斯竈上的噴嘴,但有許多孔。

下面是美國著名的月球火箭土星5 F1發動機的噴射盤。

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在燃燒室中,燃料與氧化劑混合然後點燃。

由于燃料和氧化劑之間的差異,火箭以多種方式點燃。

中國的長征2号運載火箭使用一種副乙氧蟲的燃料,一種叫做一氧化二氮的氧化劑。甲基甲腈和一氧化二氮的混合物會自動點燃,是以這種火箭發動機不需要點火,設計簡單,可靠耐用,但甲酰氧乙酰氧乙酰亞胺具有劇毒。使用甲基一年燃料的火箭發動機,通常被稱為大毒藥,正在慢慢被淘汰。

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但是,酒精或煤油等燃料可能難以點燃,并且需要額外的火源才能點燃。

這個過程非常危險,特别是在火箭發動機的早期開發中,純粹通過手工和定時器來控制燃料噴射和點火,經常發生爆炸。

有時燃料和氧化劑被噴灑得更多,但火還沒有點,然後突然點燃,大量的能量突然釋放出來。就在我們點燃瓦斯的時候,前兩個沒有被擊中,在很多氣體出來并與空氣混合後,它點燃了,然後發生了爆炸聲。

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在20世紀30年代,"自殺小隊"進行了火箭發動機開發實驗,沒有任何經驗可參考,操作錯誤爆炸很常見。劇烈的爆炸經常摧毀實驗室設施,導緻研究小組将大部分資金用于善後護理和家具維護。

甚至還洩漏了用作氧化劑的四氧化氮,空氣中水分的反應産生了硝酸霧,彌漫在整個地下室并腐蝕了所有儀器。

加州理工學院差點解雇了幾個做實驗的人,後來,因為馮。卡門的努力使他們搬進了一個山谷做實驗。

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現代液體火箭的點火通常由電火或金屬鎂棒(類似于仙女棒的裝置)點燃。

早期的液氧煤油發動機需要用專門的點火車輛點燃,而點列車的油箱裝有三乙基鋁或三乙基硼烷,或兩者的某種混合物。這兩種物質在遇到空氣時都會自然地發出高熱量,土星五号的火箭發動機F1用它來點燃空氣。

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像SpaceX的液氧甲烷發動機一樣,由于其良好的氣化作用,它可以通過電火點燃。但液氧和煤油必須用散發高溫的燃料點燃。

就火箭開發系統而言,液氧和煤油燃料容易儲存,但發動機難以開發,當沒有完全燃燒時,煤油容易積聚碳。

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早期"自殺小隊"用來點燃液體火箭的點火裝置在原則上與現代裝置相似,但結構非常糟糕。據自殺小隊成員介紹,火箭的點火裝置通常是放在木棍上的锂劑,因為锂可以在空氣中自燃,隻需要做一個特殊的裝置,當火箭發動機開始将锂暴露在空氣中時。

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這種原始的點火裝置在俄羅斯仍在使用。聯盟号火箭的點火是綁在點火器上的木棍。

聯盟号火箭有32個噴嘴,是以放了32個棍子。每根棍子都有電線,當火燒掉電線時,你知道哪個通風口有點火條件,當所有的電線都燃燒時,就意味着火箭可以發射,這次是燃料噴射。

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錢學森加入《自殺小隊》,發表了一篇長篇論文《噴嘴散布角度變化對火箭發動機推進的影響;理想的效率和理想的推力;使用離散方法計算燃燒室溫度确立了他作為自殺團隊核心數學家的地位。

錢學森和他的老師馮·卡門完成了空氣動力學卡門-錢學森公式,28歲時,錢學森已經成為世界領先的空氣動力學專家。

火箭燃料為什麼會爆炸?錢學森曾加入火箭研究組,被稱自殺小隊

1944年,美國噴氣推進實驗室成立,馮。卡門是主任,錢學森是火箭理論研究小組的組長。

錢學森回國後,為我國火箭的發展奠定了堅實的理論基礎,此後我國的火箭理論研究一直處于世界前列。

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