如果把某种气体经过压缩置放在密封管里,则气体作用在管壁各个方向上的压力将是大小相等、方向相反的(见图7.1)。如果在管子的一端开有缺口如火箭那样,且气体压力是靠推进剂的燃烧来维持,则气体作用到密封端的压力将大于开口端,在图7.2中用虚线表示的压缩能量将消耗在赋予逸出气体速度上。逸出气体的作用是使火箭向封闭端方向移动。但是,由于逸出气体的质量小于火箭的质量,所以火箭将在与逸出气体运动方向相反的方向上,以较小速度运动。
图7.1 在密封管里的气体压力
图7.2 在开口管中的气体压力
在上述条件下,控制火箭运动的原理就是“线性动量守恒”定律:即
线性动量=质量×速度
火箭加速度值可由下式算得:
火箭加速度直接与燃料消耗速度成正比。此外,如果燃料能以恒速燃烧则火箭加速度将随使用燃料数量的增加而增加。逸出气体具有的速度越大,火箭得到的速度也越大。逸出气体速度视火箭使用的燃料,燃料燃烧时的压力和火箭的排气条件而异。所谓排气条件就是指燃料气体从火箭开口端排出时的条件。在这些因素中尽管上述各个因素都很重要,但是其中可能以所用燃料一项最为重要。一般说来,液体燃料可产生较高的能量、较好的性能;但是,要把它用在无控火箭上也有一些问题。这些问题我们将在本章后面阐述。火箭可能达到的最大速度的计算式如下:
由上式算得的最大速度值还必须对重力和空气阻力的影响进行修正。该最大速度值与燃料消耗速率无关;不管火箭本身在加速过程中其加速度的大小如何,火箭最终将达到同样的最大速度值。对火箭可能达到的最大速度值来说,与其有关的最重要的参数是逸出气体的速度和燃料在火箭中的总的重量比。此外,在火箭的一般特性中,还有两个特性值得注意。其中一个是火箭具有的推动力不受火箭速度的影响;另一个是火箭具有的推力与大气无关。