題:
為什麼火箭發動機在真空中比在大氣中提供更大的推力？
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2013-10-18 17:35:34 UTC
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根據 NASA

每個航天飛機主機的液氧/液氫混合比為6：1，產生的海平面推力為179,097公斤（375,000磅）和213,188（470,000磅）的真空推力。

為什麼火箭發動機在真空中比在大氣中提供更大的推力？

這是否適用於所有火箭發動機？

我敢回答，答案就在於問題。努力克服大氣阻力。
-1
在真空狀態下，燃燒室與外界之間的壓力差為1 bar。我不知道能做出多少貢獻。
進行此思想實驗：取一個空瓶，即在1個大氣壓下充滿空氣。放軟木塞。取出軟木a）放在客廳。 b）在真空中。在每種情況下會發生什麼？
五 答案:
Tristan
2013-10-18 18:34:29 UTC
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火箭推力由等式給出

$$ F = \ dot {m} v_ {exit} + A_e（P_1-P_2）$$

其中$ \ dot {m} $是質量流率，$ v_ {exit} $是通過出口平面的平均出口流速，$ A_e $是排氣口在出口平面的橫截面積，$ P_1 $是發動機內部的靜壓力正好在出口平面之前，並且$ P_2 $是環境靜壓力（即大氣壓）。

提供了噴嘴未過度膨脹和流動分離的條件。不會發生，$ A_e $保持恆定，而推力差主要是通過$ P_2 $的變化來實現的。但是，如果噴嘴過度膨脹到發生流分離的程度，排氣噴嘴的面積也會下降，從而造成進一步的損失。

因此，用通俗易懂的話來說-推力不需要推壓氣壓並形成更理想的形狀嗎？
或多或少，這是正確的。
@john3103我省去了“並形成了更理想的形狀部分”。主要考慮因素是在真空中沒有大氣壓抵抗發動機推力。的確，這種背壓會改變最佳膨脹比，但這並不是真空推力始終大於海平面推力的根本原因。
我剛剛問過[從一般推力方程到Tsiolkovsky，如何解釋沿途刪除術語？]（https://space.stackexchange.com/q/31488/12102）
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2013-10-18 21:02:05 UTC
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除了Tristan的答案外，我想再補充一點

火箭的推力等於$ T = \ dot m V $（假設火箭噴嘴在

推力是排氣速度的強大函數

$$ V = \ sqrt {\ frac {2 \ gamma R _ {{} ^ {\ circ}} T _ {{} ^ {\ circ}}} {（\ gamma -1）\ mu} \ left（1- \ left（\ frac {P_e} {P_c} \ right）{} ^ {\ frac {\ gamma- 1} {\ gamma}} \ right）} $$

此等式給出了火箭的排氣速度

排氣速度是$ \ left（\ frac { P_e} {P_c} \ right）{} ^ {\ frac {\ gamma -1} {\ gamma}} $，對於真空，$ P_e $幾乎等於零，因此上述項減小為零，因此排氣速度為最高

對於海平面，上述項不會減少為零，因此排氣速度要比真空中的排氣速度小

因此，真空中的推力要大於海洋中的推力水平（在大氣中）

如果流是超音速的（就像任何邊緣可接受的火箭發動機那樣），那麼除非噴嘴過度膨脹到流分離點，否則噴嘴內部的流將無法“知道”環境壓力。 $ P_e $只是噴嘴形狀和上游流動條件的函數。這就是為什麼第一級發動機在高海拔下表現不如上級發動機好的原因-流量不足，流量離開噴嘴後的任何膨脹都不會對推力產生任何影響。
當流量過大或過少時，@Tristan會由於形成衝擊波（傾斜波或膨脹波）而造成推力浪費，從而產生背壓並降低流速（增加停滯壓力），從而增加熱能，但這即使在超音速流下也不會在真空中發生
Uday Hiwarale
2013-11-01 00:11:18 UTC
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原因很多...

  1. 一個是非常明顯的大氣阻力
  2. 通過噴嘴出口通過的氣體的膨脹在決定產生的推力。在正常大氣中，出口處的氣體壓力為負表壓，因此噴嘴膨脹不足，從而產生最小推力。在真空中，它會過度膨脹，從而產生更高的推力。
    3. ol>
David H Parry
2015-01-18 00:35:48 UTC
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在噴嘴端部的發動機罩的效率。

鐘形可以使氣體膨脹，但是該形狀通常針對發動機運行的區域進行調整

鐘形通常是一個折衷方案，因為隨著火箭爬升，空氣變稀，所以最好？在低空飛行時，效率會隨著火箭的爬升而變差……還是在提高效率時會變低？任務設計師和引擎設計師認為這是在1950年代！ >”。

Travis Bear
2014-03-31 05:22:52 UTC
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我不確定問題的前提是所有火箭發動機都可以在真空中提供更大推力。

氣釘發動機的設計特徵是他們克服了這個難題，可以在大氣層內外提供幾乎均勻的推力水平。 AFAIK他們從未進行過軌道飛行任務，但它們已經建造完畢並在試驗台上廣泛發射，較小的模型也已在試驗中飛行。

鏈接中http://www.aerospaceweb.org/design/aerospike/compensation.shtml末尾的圖表顯示，氣霧（甚至是理論上理想的噴嘴）的推力在真空中會增加，因此似乎有所不同僅得到緩解，而沒有消除。
J2是發動機的更好例子，它在SL下的性能要比在真空下的性能差。參見例如https://zh.wikipedia.org/wiki/Rocketdyne_J-2或https://space.stackexchange.com/questions/3693/why-the-huge-thrust-difference-between-a-sea-level-and- vacuum-j-2-engine


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