为什么火箭发动机的海平面比冲小于真空比冲?
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发布时间：2022-04-23 07:19
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时间：2022-06-17 12:56
比冲(specificimpulse)：比冲是动力学家衡量火箭引擎效率的一种标准量，它是火箭产生的推力乘以工作时间再除以消耗掉的总燃料质量。如果力和质量都用千克，比冲量的单位就是秒。可以理解为火箭发动机利用一公斤燃料可以持续多少秒一直产生一公斤的推力。比冲越高，火箭的总动力越大，最终的速度越快，典型的固体火箭发动机的比冲量可以达到290秒，液体火箭主发动机的比冲则是300至453秒。比冲的定义详见：真空比冲大于大气比冲的原因是因为真空中大气压强远远低于地面环境中的压强。火箭发动机的推力可以分为两个部分，喷出气体在喷管中膨胀时对火箭发动机喷管的反作用力，以及在喷管外喷出气体和外部气体压强差引起的气体膨胀对火箭的作用力。
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时间：2022-06-17 12:56
比冲的本质就是燃料燃烧时的“喷流速度”！所以，很多文章会告诉你，比冲越大，发动机越厉害。这很好理解，无论是火箭发动机，还是飞机上的涡喷发动机，其提供动力的原理就是燃料燃烧并向后喷射，那么，根据动量守恒，喷射物的速度越大，其带给飞行器的反推力就越大。既然比冲在本质上是描述喷流速度，为什么我们经常看到的单位是“秒”？这是因为，过去传统遗留的问题，比冲有两个单位，一个是传统上的以“秒”为单位，一个是按照国际单位标准的“米每秒”的单位。比冲“秒”的单位，是按照比冲这种定义来的，即：比冲就是单位重量流量的推进剂产生的推力。“重量流量”听上去是那么的别扭，它是过去的老单位，在国家标准中，已经没有这个名字。但是习惯上，说比冲时，还是按照单位重量流量的推进剂产生的推力来计算，结果导出的就是秒的单位，可以理解为，火箭发动机利用一公斤燃料可以持续多少秒一直产生一公斤的推力。比冲跟发动机的推力大小无关，比冲只是描述了发动机的能源利用效率而已。一些离子推进器，比冲可以达到10000秒，其喷流速度在100000米/秒左右，也就是速度100千米/每秒。虽然离子推进器的比冲很高，但它的推力极小，大概只可以吹动一张纸。F-1火箭发动机，其海平面比冲为263秒（即喷流速度约为2.58千米/秒）。F-1火箭发动机是由美国洛克达因公司设计制造的，它是一款煤油液氧发动机，用于土星五号运载火箭的第一级，曾服务于阿波罗登月计划。上图中，在发动机旁边站着的是沃纳•冯•布劳恩（1912年3月23日－1977年6月16日），他是普鲁士火箭专家，二十世纪航天事业的先驱之一，曾是著名的V1和V2火箭的总设计师。德国战败后，美国将他和他的设计小组带到美国，主持设计了阿波罗4号的运载火箭土星5号。NASA用以下的话来形容冯•布劳恩：“无庸置疑的，他是史上最伟大的火箭科学家。他最大成就是在担任NASA马歇尔空间飞行中心总指挥时，主持土星5号的研发，成功地在1969年7月首次达*类登陆月球的壮举。”
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时间：2022-06-17 12:57
比冲是指单位推进剂流量产生的推力。比冲高,既表示推进剂能量高,又表示发动机效率高,它是两者结合的结果。因此,比冲的高低是衡量发动机性能一个重要参数。同推力的表示方式一样,比冲亦有海平面比冲、地面比冲和真空比冲之分。推力=推进剂流量×喷管排气速度+（喷管出口静压-喷管外部压力）×喷管出口面积。可见喷管外部压力的影响。外面有大气压啊，内部气压和外部气压相比而言差距就小了，排气速度就慢了。就好像如果你在真空中开*，子弹飞得更快，如果在海底开*，子弹基本出不了*口。
