大学物理应用论文关于火箭运动

康斯坦丁·爱德华多维奇·齐奥尔科夫斯基（俄语：Константин Эдуардович Циолковский、波兰语：Konstanty Ciołkowski，1857年9月17日－1935年9月19日）。是俄罗斯和苏联的火箭专家和宇航先驱，他一生中大部分时间都是在他在莫斯科南部卡卢加郊外的木屋中度过的。他出生于莫斯科南部的梁赞州一个中产阶级家庭，他的父亲是波兰人，母亲是俄罗斯人，由于他幼年得过猩红热，听力不好，所以不能升学，在家中学习直到16岁，他在自学期间，每天去莫斯科图书馆读书，后来参加中学教师资格的考试，人们对他的数学才能惊叹不已，他笑着说：“书籍是我的老师！”后来他成为一位中学数学教员，直到1920年退休。齐奥尔科夫斯基研究了宇宙航行和火箭推动力的许多方面理论，所以被认为是人类宇宙航行之父。1895年，他访问巴黎，受到新建成的艾菲尔铁塔启发，他是第一位提出天梯理论的人。他最著名的作品是1903年出版的《利用反作用力设施探索宇宙空间》，是第一部从理论上论证火箭作用的论文。齐奥尔科夫斯基计算了进入地球轨道的逃逸速度是8千米/秒，利用液氧和液氢做燃料的多级火箭可以达到这个速度。齐奥尔科夫斯基一生出版了500多部关于宇宙航行的著作，包括一些科幻作品。他还设计了火箭控制方位的推进器，多级启动器，空间站和密封仓，以及提供氧气和食品的密封生态循环系统。但遗憾的是他的理论并没有能够在旧俄罗斯变为现实。他的著作影响到整个欧洲和美国的航天事业。齐奥尔科夫斯基当时也研究过大气中的飞行器，他的计算曾经取得和莱特兄弟同样的结果，但他没有能作出实际样品来。苏联火箭之父弗里德里希·灿德尔对齐奥尔科夫斯基的著作推崇倍致，1924年在苏联成立了第一个宇航学会，8月23日选举齐奥尔科夫斯基为军事航空学院的第一位教授。苏联于1930年造出OR-1液体燃料推进的火箭，1933年造出OR-2型。1929年，齐奥尔科夫斯基在他的著作《宇宙航行》中提出多级火箭的设想。火箭推进计算的基本公式是以他名字命名的。他还相信哲学家尼古拉·费奥多罗夫提出的向外星殖民的想法，认为这能使人类永久存在下去。现在在卡卢加有一个以他命名的宇航博物馆；月球上有一个以他命名的环形山，有一个小行星（第1590号）也是以他命名的。主要成就他撰写了超过400件作品，包括大约90篇关于太空旅行和相关科目的出版物。 他的作品涉及火箭的设计、转向推进器、多级增压器、空间站、用于将太空船引入空间真空的气闸，以及为空间殖民地提供食物和氧气的闭合循环生物系统。 1883年，齐奥尔科夫斯基在一篇名为《自由空间》的论文中，正式提出利用反作用装置作为太空旅行工具的推进动力，他对这种火箭动力的定性解释是：火箭运动的理论基础是牛顿第三定律和能量守衡定律。这些思想在1893年发表的科幻小说《月球上》和1895年写的《地月现象和万有引力效应》中得到了进一步发展。1896年，他开始从理论上研究星际航行的有关问题，进一步明确了只有火箭才能达到这个目的。1897年，他推导出著名的火箭运动方程式。出版于1903年的齐奥尔科夫斯基的航天器设计的外观，是现代宇宙飞船设计的基础。 设计有一个船体，分为3个主要部分。飞行员和副驾驶在第一部分，第二部分和第三部分拥有燃料航天器所需的液氧和液氢。在这些工作的基础上，齐奥尔科夫斯基于1898年完成了航天学经典性的研究论文《利用喷气工具研究宇宙空间》，接着，他又于1910年、1911年、1912年和1914年在《科学报告》上发表了多篇关于火箭理论和太空飞行的论文。这些出色的著作系统地建立起了航天学的理论基础。

分析知合力为重力在法线方向的投影以地面建立直角坐标系,发射点为原点设a为轨迹切线与x轴的夹角 牛二：-Gcos(a)=mv^2/r=mv^2*(da/ds) 得 ds=-v^2/g*da/cos(a) 又 dy/dx=tan(a) ds=dx/cos(a) 有 dx=-v^2/g*da dy=v^2/gtan(a)da 结合初始条件 x(α)=y(α)=0 积分得 x(a)=v^2/g*(α-a) y(a)=v^2/g*In(cos(α)/cos(a)) 去掉参数即 y=v^2/g*In(cos(α)/cos(α-g/v^2*x))

因为火箭要摆脱地球的引力实现腾空,而引力是垂直向下的,竖直发射需要的能量最少,因此,火箭要竖直发射而火箭保持竖直状态仅仅在发射腾空的一霎那,一旦腾空后,火箭将会逐渐倾斜,以获取水平速度,水平速度是用来抵抗地球吸引产生的向心力的当火箭的水平速度达到第一宇宙速度是(9公里/秒),它就不需要额外的能量去维持自己在轨道中的位置了,因此,火箭的轨道要是圆的如果是其它形状,就要提供额外的能量去抵御地心引力以及其它力量发射卫星的火箭都是沿着地球表面的弧线飞。火箭推进原理：火箭是靠火箭发动机向前推进的。火箭发动机点火以后，推进剂（液体的或固体的燃烧剂加氧化剂）在发动机的燃烧室里燃烧，产生大量高压燃气；高压燃气从发动机喷管高速喷出，所产生的对燃烧室（也就是对火箭）的反作用力，就使火箭沿燃气喷射的反方向前进 火箭推进原理依据的是牛顿第三律：作用力和反作用力大小相等，方向相反。一个扎紧的充满空气的气球一旦松开，空气就从气球内往外喷，气球则沿反方向飞出。固体推进剂，从底层向顶层或从内层向外层快速燃烧。液体推进剂，用高压气体对燃烧剂与氧化剂贮箱增压，然后用涡轮泵将燃烧剂与氧化剂输进燃烧室。推进剂的能量在发动机内转化为燃气的动能，形成高速气流喷出，产生推力。推力是表示火箭发动机性能的主要参数之一，它是推进剂在推力室中燃烧产和的高温燃气经过喷管高速喷射而产生的反作用力。推力是直接作用在推力室内外表面上的力的合力。比冲，是表示火箭发动机性能的另一个重要参数。它表示火箭发动机在稳定工作状态下，每单位质量的推进剂所产生的推力值，比冲的大小和喷管出口面积与推力室喉部面积之比（面积比）有关。面积比越大，比冲越高。喷管形状直接影响比冲的大小（燃气从喷口喷出时的速度）。火箭在地球上垂直起飞,跟着地球自转,哪怕它刚起飞在空中,而不管垂直高度是多少,多高,都是跟着地球自转的,所以叫线速度,垂直打上天,除非在地面上达到第二宇宙速度,2公里秒,要不然,它是掉回地球的。第一宇宙速度是指物体围绕地球作圆周运动的最低抛射速度,第二宇宙速度也是指的是抛射速度第二宇宙速度是相对于地球表面而言的，火箭以1m/s的速度不停的垂直往上飞的时候动能虽然没有变化，但势能却在不停的增加，如果火箭本身的动能加上相对地球表面的势能全部换算为动能后速度可以达到第二宇宙速度，则火箭会逃逸出地球围绕太阳公转。其实宇宙飞船在轨飞行的时候实际速度并没有达到第一宇宙速度，而且飞行能量越大则越远离地球，实际的速度反而越慢（假如是圆形轨道）。感觉这样的提问没有意义建议自己下去查查资料