多级火箭
编辑多级火箭是由数级火箭组成的运载工具。每一级都配备了发动机和燃料，以提高火箭的连续飞行能力和最终速度。从尾端第一级开始，燃料耗尽后，火箭的每一级将自动分离，同时火箭发动机的下一级开始工作，使飞机继续加速前进。因为，在起飞重量恒定的前提下，增加结构质量必然会减少推进剂，根据能量守恒原理，其承载能力必然会下降。总之，采用多级火箭是提高火箭发射能力的好办法，但并不一定多级就更好。它与起飞质量有一定的对应关系。
多级火箭的发展
编辑第二次世界大战结束后，美国继承德国的研究成果，于1949年研制出第一枚多级火箭。
随着人类逐步进入深空探索，航天飞行器的功能性不断提高，对火箭的承载能力提出了更高的要求，多级火箭应运而生。简单地说，多级火箭是由几个单级火箭连接在一起形成的。需要指出的是，如果多个火箭同时工作，它们只能算作一级。多级火箭的优点是在一段时间后丢弃不再有用的结构，不需要消耗推进剂与有效载荷一起飞行。因此，只要增加推进剂的质量，并适当地将火箭分成若干级，火箭最终就能达到足够的运载能力。需要注意的是，在一定的起飞质量下，火箭的级数并不一定越多越好，因为火箭的每一级除了储罐外，还必须至少有一个动力系统、控制系统、伺服机构和连接火箭各级的连接结构。对于每个附加级别，将添加这些组件。过多的级不仅增加了成本，降低了可靠性，而且由于结构质量的增加，还会降低火箭的性能。
多级火箭的形式
编辑多级火箭可以是串联、并联或串联并联，但常用的形式是串联和串联并联。串联是将多个火箭通过级间连接/分离机构连接成一个系列的过程，第一级在底部，首先工作。完成后，通过连接/分离机构将火箭丢弃，然后上一级火箭依次工作，直至有效载荷进入飞行轨道。并联连接是多枚火箭并排连接的过程，周围的次级火箭先工作，然后依次放弃，直到有效载荷进入飞行轨道。并联连接是多个火箭并排连接的过程，周围的子级火箭先工作，完成后依次放弃，中心的核心级火箭最后工作。以这种方式连接的多级火箭也被称为捆绑式火箭。如果核心级火箭本身是串联多级火箭，那么这种形式就是串联并联火箭。
多级火箭的特点
编辑优点
与单级火箭相比，多级火箭具有以下优点:
(1)多级火箭在每一级运行后都可以丢弃多余的质量，从而获得良好的加速性能，在火箭飞行过程中逐渐达到预定的飞行速度;
(2)多级火箭各级发动机独立工作，可根据各级飞行条件进行优化设计，保证最佳运行，从而提高火箭的飞行性能;
(3)多级火箭可以灵活选择每一级推力的大小和工作时间，以满足发射轨道、测轨和载人飞船飞行过载的要求。
缺点
但多级火箭也有缺点，主要是:
(1)火箭结构复杂，发动机数量多;
(2)级间需增加多级火箭结构示意图进行连接，并进行多次分离;
(3)结构细长，抗弯刚度差，难以达到气动稳定性。由于这些原因，多级火箭降低了可靠性，增加了成本。
用多级火箭来发射航天器的原因
编辑火箭原理概述
火箭是一种运输工具，其任务是将具有一定质量的航天器(也称为有效载荷)送入太空。航天器在太空中的运行与其进入太空时初速度的大小和方向有关。一般来说，如果航天器进入轨道的速度小于第一宇宙速度(7.91千米/秒)，航天器将返回地面;如果以第一宇宙速度和第二宇宙速度(每秒11.2公里)之间的速度进入轨道，就会在地球引力场内飞行，成为人造地球卫星。当宇宙飞船以第二宇宙速度和第三宇宙速度(每秒16.7公里)之间的速度进入轨道时，它就会飞离地球，成为太阳系中的人造行星。当航天器进入轨道的速度达到或超过第三宇宙的速度时，它就可以飞离太阳系。
理想速度公式
1903年，俄罗斯科学家齐奥尔科夫斯基在他的论文《用火箭推进探索宇宙》中提出了著名的齐奥尔科夫斯基火箭理想速度公式。该公式可表示为:
VK=Pb g0 Ln [(GT+GJ)/GJ]。式中:VK—火箭的最终速度;比推力(比冲);G0是地面的重力加速度;GT -火箭起飞时推进剂质量;GJ -火箭的结构质量，包括有效载荷。
所谓理想速度，是指在公式中忽略了许多因素，如没有考虑气动阻力和重力造成的损失，以及g0随高度下降的变化等因素。根据此公式计算出的转速大于实际值，故称为理想转速。然而，这个公式仍然足以说明速度、比推力和质量比之间的关系。
火箭提速
从理想速度公式可以看出，提高火箭最终速度的方法有三种:一是使用高能推进剂，即使用比推力高的推进剂，但比推力的提高受到科技水平的限制。目前常用的高比推力化学能推进剂有液氧和液氢;二是采用高强度的结构材料，尽量减少火箭的结构质量，这也是受目前科学技术水平的限制;第三是增加火箭的推进剂质量，但仅仅增加推进剂质量是不够的。当GT增大时，储罐体积也增大，结构质量也增大。(GT+GJ)/GJ的比值呈非线性增长，当推进剂适量增加时，该比值的增长较为显著。但随着GT的增大，该比值的增长率会变小，最终趋于一个常数。也就是说，无论GT如何增加，火箭的最终速度将保持在某一值而不增加，而Pb保持不变。这个结果可以直观地说明，随着推进剂的增加，除了罐体体积的增加外，罐体上的负荷也随之增加，导致罐壁变厚，罐体变重。经过一段时间的火箭飞行，推进剂被消耗，储罐变得越来越空。推进剂释放的能量不仅加速了载荷，也加速了这部分空储罐。如果储罐较重，则用于加速空储罐的推进剂的比例将增加，直到速度不再增加。
多级火箭原理
随着人类逐步进入深空探索，航天飞行器的功能性不断提高，对火箭的承载能力提出了更高的要求，多级火箭应运而生。多级火箭是由几个单级火箭连接在一起，其中一个火箭工作，完成后与其他火箭分离，然后第二个火箭继续工作，以此类推。由多级火箭组成的火箭称为多级火箭，如两级火箭或三级火箭。应该指出的是，如果多个火箭同时工作，它们只能算作一个。多级火箭的优点是在一段时间后丢弃不再有用的结构，不需要消耗推进剂与有效载荷一起飞行。只要适当地将火箭分成若干级，同时增加推进剂的质量，最终就能达到足够的运载能力。需要注意的是，对于一定起飞质量(GT+GJ)的火箭来说，级数并不一定越好，因为火箭的每一级除了储罐外，还必须至少有一个动力系统、伺服机构和连接结构来连接火箭的每一级。对于每增加一个级别，这些组件都会增加。过多的级不仅增加了成本，降低了可靠性，而且由于结构质量的增加，火箭的性能也会下降。因为，在起飞质量恒定的前提下，增加结构质量必然会减少推进剂，根据能量守恒原理，其承载能力必然会下降。为了提高火箭的发射能力，采用多级火箭是一种很好的方法，但多级火箭并不一定越好，因为多级火箭与起飞质量之间存在一定的对应关系。
内容由suifeng提供，本内容不代表globalbaike.com立场，内容投诉举报请联系全球百科客服。如若转载，请注明出处：https://globalbaike.com/1798/