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火箭燃料为什么会爆炸?钱学森曾加入火箭研究组,被称自杀小队

作者:华笺流香

燃烧和爆炸是释放能量的过程,但燃烧是释放能量的缓慢过程,但在发生爆炸时会立即释放。

此外,在燃烧和爆炸之间还有一个能量释放的过程,即化学燃料火箭的喷气推进。

火箭燃料为什么会爆炸?钱学森曾加入火箭研究组,被称自杀小队

火药是中国古代四大发明之一,火药的发明,不仅创造了炮战,还创造了最原始的喷气推进装置——鲜花。

花和枪战的区别在于,花的背后有一张嘴,可以喷出火药的燃烧能量,如果嘴被堵住,能量如果不释放就会爆炸。

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因此,喷气推进和爆炸之间只有轻微的区别,如果不加以控制,火箭将变成炸弹。

钱学森的导师冯。卡门在加州理工学院成立了一个研究小组来研究火箭推进装置,最初只有几个人。

火箭推进涉及机械设计、化学燃料配置和数学计算,最初的机组人员是一个片面的人才。

该团队后来发展成为着名的喷气推进实验室,这是NASA的前身。

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在最初的实验中,爆炸很常见,加州理工学院校园里响起了巨大的爆炸声,其他人给这群人起了各种绰号,最引人注目的是自杀小队。

液体燃料火箭一般是双组分,一种是氧化剂,一种是燃料。通常比较安全,只有两种情况会爆炸,一种是燃料和氧化剂混合,异常点火。另一种是燃料泄漏到空气中并与空气混合,达到一定比例的时间,当它被明火点燃并爆炸时。

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自杀小队使用的第一个火箭燃料是酒精。酒精必须喷入发动机的燃烧室,通常是喷射盘,类似于燃气灶上的喷嘴,但有许多孔。

下面是美国著名的月球火箭土星5 F1发动机的喷射盘。

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在燃烧室中,燃料与氧化剂混合然后点燃。

由于燃料和氧化剂之间的差异,火箭以多种方式点燃。

中国的长征2号运载火箭使用一种副乙氧虫的燃料,一种叫做一氧化二氮的氧化剂。甲基甲腈和一氧化二氮的混合物会自动点燃,因此这种火箭发动机不需要点火,设计简单,可靠耐用,但甲酰氧乙酰氧乙酰亚胺具有剧毒。使用甲基一年燃料的火箭发动机,通常被称为大毒药,正在慢慢被淘汰。

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但是,酒精或煤油等燃料可能难以点燃,并且需要额外的火源才能点燃。

这个过程非常危险,特别是在火箭发动机的早期开发中,纯粹通过手工和定时器来控制燃料喷射和点火,经常发生爆炸。

有时燃料和氧化剂被喷洒得更多,但火还没有点,然后突然点燃,大量的能量突然释放出来。就在我们点燃煤气的时候,前两个没有被击中,在很多气体出来并与空气混合后,它点燃了,然后发生了爆炸声。

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在20世纪30年代,"自杀小队"进行了火箭发动机开发实验,没有任何经验可参考,操作错误爆炸很常见。剧烈的爆炸经常摧毁实验室设施,导致研究小组将大部分资金用于善后护理和家具维护。

甚至还泄漏了用作氧化剂的四氧化氮,空气中水分的反应产生了硝酸雾,弥漫在整个地下室并腐蚀了所有仪器。

加州理工学院差点解雇了几个做实验的人,后来,因为冯。卡门的努力使他们搬进了一个山谷做实验。

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现代液体火箭的点火通常由电火或金属镁棒(类似于仙女棒的装置)点燃。

早期的液氧煤油发动机需要用专门的点火车辆点燃,而点列车的油箱装有三乙基铝或三乙基硼烷,或两者的某种混合物。这两种物质在遇到空气时都会自然地发出高热量,土星五号的火箭发动机F1用它来点燃空气。

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像SpaceX的液氧甲烷发动机一样,由于其良好的气化作用,它可以通过电火点燃。但液氧和煤油必须用散发高温的燃料点燃。

就火箭开发系统而言,液氧和煤油燃料容易储存,但发动机难以开发,当没有完全燃烧时,煤油容易积聚碳。

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早期"自杀小队"用来点燃液体火箭的点火装置在原则上与现代装置相似,但结构非常糟糕。据自杀小队成员介绍,火箭的点火装置通常是放在木棍上的锂剂,因为锂可以在空气中自燃,只需要做一个特殊的装置,当火箭发动机开始将锂暴露在空气中时。

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这种原始的点火装置在俄罗斯仍在使用。联盟号火箭的点火是绑在点火器上的木棍。

联盟号火箭有32个喷嘴,所以放了32个棍子。每根棍子都有电线,当火烧掉电线时,你知道哪个通风口有点火条件,当所有的电线都燃烧时,就意味着火箭可以发射,这次是燃料喷射。

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钱学森加入《自杀小队》,发表了一篇长篇论文《喷嘴散布角度变化对火箭发动机推进的影响;理想的效率和理想的推力;使用离散方法计算燃烧室温度确立了他作为自杀团队核心数学家的地位。

钱学森和他的老师冯·卡门完成了空气动力学卡门-钱学森公式,28岁时,钱学森已经成为世界领先的空气动力学专家。

火箭燃料为什么会爆炸?钱学森曾加入火箭研究组,被称自杀小队

1944年,美国喷气推进实验室成立,冯。卡门是主任,钱学森是火箭理论研究小组的组长。

钱学森回国后,为我国火箭的发展奠定了坚实的理论基础,此后我国的火箭理论研究一直处于世界前列。

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