力学在航天技术的应用ppt.ppt

力学在航天技术中的应用基于神九-天宫对接过程分析,小组成员：组长：张晓静成员：甘俏姗张菲菲陈观寿王莉玲后期工作：全体人员,收集资料,制作ppt+主讲,目录,一、神九简介,（一）基本数据,（二）四大亮点,（三）,（四）解剖运载火箭,动力装置系统（又称推进系统）,逃逸塔：保飞船万全,整流罩：使航天器免受气动力和气动热的损伤,（五）飞船多舱段结构,轨道舱：航天员的“太空卧室”,返回舱：航天员的“驾驶室”,附加段:对接机构,推进舱：用于飞船的姿态控制、变轨和制动等,二、发射入轨,运载火箭人类登天的阶梯火箭是以热气流高速向后喷出，利用产生的反作用力向前运动的喷气推进装置。它自身携带燃烧剂与氧化剂，不依赖空气中的氧助燃，既可在大气中，又可在外层空间飞行。,发射阶段的基本原理,（一）第一宇宙速度航天器沿地球表面作圆周运动时必须具备的速度，也叫环绕速度。,注意：发射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，航天器绕地球运动的轨迹不是圆，而是椭圆；发射速度等于或大于11.2km/s时，航天器就会脱离地球的引力，不再绕地球运行。,（二）发射阶段的基本原理,（2）牛顿第三定律：即作用力与反作用力定律。火箭正是靠着燃料推力产生的反作用力而冲上云霄的。,（二）发射阶段的基本原理,（3）动量守恒定律火箭飞行的另一个重要依据就是动量守恒定律。燃气喷发时做反冲运动，作用力很大，地球引力和空气阻力与燃料燃烧所产生的推力相比极小，不影响动量守恒，且作用时间短，从而使火箭获得很大的速度，进而飞入太空。,火箭提速依据的公式,航天之父齐奥尔科夫斯基基于动量守恒定律提出了变质量火箭方程：V=lnM0/Mk,V发动机停火时火箭的速度喷气的速度M0火箭+燃料的总质量，Mk火箭的质量,怎样给火箭提速？,由齐奥尔科夫斯基的公式可知，火箭飞行速度与和M0/Mk的自然对数成正比，即喷气速度越大，所携带推进剂越多，火箭最后能达到的速度也就越大。事实上，目前尚未研制出用以提速的高能燃料；而若想提高质量比，在不改变推进剂质量的前提下减轻壳体质量，这样也是行不通的。于是，人们想出了给火箭“接力”的办法。,火箭“接力”的三种形式,串联式,并联式,混联式,（三）发射阶段的力学原理,4、超重飞船进入轨道的加速上升过程和返回时的减速下降过程，航天员都处于超重状态。,二、太空运行,1、太空飞行方式飞船在太空飞行基本有两种方式：轨道运行和变轨飞行。本次神舟九号飞船进行了5次变轨来追赶天宫一号。,2、对接技术,我国此次载人交会对接最主要的目的就是要掌握航天员手控对接技术。,（二）轨道飞行中的力学原理,1、万有引力定律飞船绕轨运动，万有引力提供向心力,1687年牛顿提出了万有引力定律,（二）轨道飞行中的力学原理,2、失重飞船进入绕地轨道时,只受到地球引力作用,使之绕地球做圆周地运动,进入失重（因为重力提供向心力）状态。,3、轨道运行满足开普勒定律,开普勒第一定律轨道定律飞船的运行轨道是一个椭圆，地球位于椭圆的一个焦点上。,开普勒第二定律面积定律,飞船的向径（地心到载人飞船的连线）在相等的时间内扫过的面积相等。,开普勒第三定律周期定律,飞船的周期，即绕地球一周所需要的时间，仅取决于椭圆运行轨道的半长轴，而与短轴无关。,（二）轨道飞行中的力学原理,4、离心运动飞船要送到指定高度圆轨道飞行时，先是从低圆轨道运行到椭圆轨道，然后在P点再加速到目标轨道。在Q点短暂开机，飞船的速度增加，向心力增大，地球万有引力不足以提供这么大的向心力，飞船做离心运动。,（二）轨道飞行中的力学原理,5、能量守恒定律从能量角度分析飞船在椭圆轨道上运行时，离地高度在变化，其速度大小也在变化。近地点Q的速度大，动能也就大，远地点P速度小，动能也就小。能量是不会凭空产生，也不会凭空消失，因此在此过程中，由能量守恒可知，飞船动能的减小或增大转化为飞船的势能。,四、返回地球,飞船返回首先需降低飞行速度,飞船如何安全回家,飞船返回着陆的过程可分为以下四个阶段：一是制动飞行阶段：飞船在太空中运行最后一圈时，地面测控部门向飞船发出返回指令，飞船随即调整姿态，发动机点火制动，进入返回轨道。,二是自由滑行阶段,飞船以无动力飞行状态自由下降。当高度降至距离地面140公里处时，推进舱和返回舱分离，推进舱在穿越大气层时烧毁，返回舱继续下降。,三是再入大气层阶段,飞船进入大气层时，飞船表面和大气层摩擦产生巨大热量，在飞船表面形成高温等离子气体层，并对电磁波造成屏蔽形成“黑障”，使飞船在240秒内与地面失去联系。,四是着陆阶段,当返回舱降至离地面约10公里时，回收着陆系统开