给你讲个球！火箭发动机的燃烧室效率真和喷管没关系，中国也不行

又一个被AI自动删除的评论出现在W君的dashbroad上了。看着的确会让人大笑。

为啥删除掉的评论，有时W君看到了也会拿出来聊聊呢？先说下AI的规则：

这一条评论就符合第一条了“严重违背客观规律，违反科学原理”，现在AI浪潮要熄灭了，很多人都说AI笨，但有的时候比很多的人强。

这句话吧，“火箭”、“发动机”、“斜爆震”、“喷管”、“燃烧室”、“提高效率”，哪一个单独拿出来都是高科技，怎么就被这位爷一组合就倍显无厘头了呢？

最近W君迷上看鉴宝节目，知道了一个词叫做“国宝帮”，通常是一群衣着朴素的中老年人，拿着价值几个亿的国宝级古董找人鉴定的段子。自信满满，但全然不顾青花瓷塑料碗上那个“适用微波炉”的字样。

人嘛，本无二致，就像有些东西，在豪宅的纸篓里和在郊外的填埋场里都会被称作垃圾一样——换个场景也没区别。出现在古董圈的“国宝帮”，和在军事圈、科技圈、历史圈里端着术语乱拼的人，本质上都是同一类人。

既然提到了“懂得个球”，那咱们可以先从一个球聊起：

地面上有个球，球顶有一个质量为m的滑块沿着球面滑落，那么当θ为多少度的时候滑块对球体的压力最小？这好像是一个初中物理题吧？

当时很多人就会回答θ=90˚，显而易见的是当θ=90˚的时候，滑块已经和球体变为了完全侧边接触，以至于不会对球体造成压力。

与其说这是一个物理题，不如说这是一个认知题，很多人只会看到球所收到的压力是由重力造成的，随着球向下滑动，球体所受到的压力必然减少，到了θ=90˚的时候压力必然为0.

这就像“国宝帮”一样，认定了瓷质器皿上印着蓝色花纹就是“青花瓷”一样，所以就能推定出自己手里的大碗价值连城，哪怕碗底印着“适用微波炉”。

实际上，滑块要在球面上运动，需要向心力来维持曲率半径。如果没有额外的法向力补充，重力分量就得承担这个任务。

结果一算，就会发现发现真正失压点在 θ≈48.2˚，下降高度 R/3的位置上，远远在“直觉以为的90°”之前。在重力加速的运动状态下，滑块根本不会到达θ=90˚的位置就会飞离球面了。

一些人得不出正确的结论，就在于可能是学了斜面压力问题，但是没有来得及学到曲线运动问题。

事情就是这么简单——知道几个词，或稍微了解了几件事不一定能了解事情的全貌的。然而，要是论一下火箭发动机当年W君是学这玩意的。

说回今天的话题，为什么“火箭发动机的燃烧室效率真和喷管没关系”？一样的道理，火箭喷管是很多人听说过的，至少很多博主在讲拉瓦尔喷管多牛多牛、气尖喷管多厉害……这件事大家至少都有一个耳濡目染。你知道火箭喷管的基本原理，但真心不代表你能理解火箭发动机燃烧室的原理啊！这两个东西虽然离得近，但他们的的确确是两个完全不一样的东西。

其实，相对于火箭发动机喷管来说，火箭发动机的燃烧室可以说是小得无以复加，在整个火箭上几乎是芝麻绿豆大小的一个部件。

不仅如此，在现代火箭设计中其实火箭并没有独立的燃烧室，在一般的设计构型中火箭的燃烧室和拉瓦尔喷管的前半段被组合在一起，统称“推力室”。简单的理解就是“燃烧室”在现代液体火箭发动机设计中的地位有些名不正言不顺的感觉了。

现在，咱们说下液体火箭发动的燃烧室：

火箭发动机推力室的“燃烧室”部分，本质上就是一个把推进剂化学能转化为高温高压燃气的“炉子”。

所需要做的事情就是让燃料燃烧放热——这句话像是废话对吧？但是，在我们学习火箭发动机的时候火箭燃烧室的综合特征其实就是一个C*，这是把所有的相关参数放在一起最终指向的这么一个特征数值。

p₀很简单，就是燃烧室压力，为了简化计算，我们会把燃烧室的压力均一化，只会把燃烧室内的燃气看作一团具有巨大压力的气体。由于燃烧室密闭只有一个开口通向喷管，那么这个开口的截面积就是Aₜ了，有了压力有了截面积实际上就是“推力”。但是，火箭是一个遵从动量守恒定律的设备。单有推力是不够的，还得看向后抛出多少东西，抛出的东西多少特别好计算，其实就是每秒进入火箭发动机燃烧室的燃料和氧化剂的质量。于是除法除一下就得出了燃烧室的C*——特征速度m/s。当然了，在理想气体条件下，这个公式还可以写成显式的热力学形式：

在这种形势下，你就会发现，这件事就只和燃烧温度、比热值和燃气常数有关了。所以说，这东西是燃烧室的特征值，和喷管的设计没有一毛钱关系。

原因很简单，如果喷管的设计改变了燃烧室的效率这件事本身就违背了能量守恒定律。

换个很多人都能秒懂的说法——汽车轮胎的花纹、宽窄、胎压，决定了你能不能把发动机的扭矩更好地“用出去”，但它永远不会改变发动机本身能输出多少扭矩。

那么火箭喷管的设计影响的是啥？

火箭喷管的作用，其实就是把燃烧室里那锅高温高压燃气尽可能彻底地膨胀，让储存在其中的压力能和热能转化为动能，从而形成高速射流。喷管的几何形状和膨胀比直接决定了推力室的推力系数 CF，也就是说，决定了燃烧室给出的那一份压力到底能被多高效地用出来。设计得好，喷流出口压力和环境压力接近匹配，推力就能接近最大；设计得差，喷管会出现欠膨胀或过膨胀，推力打了折扣。

因为外界环境从海平面到真空变化极大，所以才有拉瓦尔喷管、膨胀比可调的气尖喷管等复杂设计。换句话说，燃烧室决定了发动机能“烧”出多少能量，而喷管则决定了这股能量在不同环境下能否顺畅、充分地变成推力。就像汽车发动机的扭矩不取决于轮胎，但轮胎和传动却决定了你能不能把这股扭矩真正高效地作用在地面上一样，火箭喷管的意义正在于此。

还换成大家所理解的话来说，一辆车子在正常的天气里面开的很好，但是一到雪地里面车子就打滑，这是因为车胎和地面的摩擦系数降低了，一个正常有理智的人要做的事情是换雪地胎或者慢一些开车，这样无论是换胎还是慢些开车本质上都是增大车轮和路面之间的摩擦系数让发动机输出的动力能更加有效的推动车子前进，而不是耗费在打空转上。而没有理智的人会做啥？加大油门或者寻思着换个发动机？

至于斜爆震喷管……兄弟，真心的没有这玩意。在航天发动机领域倒是提到了“Nozzle design of oblique detonation wave engine”

这是一个在德克萨斯大学攻读航空航天动力的印度博士拉胡尔·库马尔研究爆震波的稳定性的时候写的论文，名字叫《斜爆震发动机喷管设计》。并不是说这个喷管是斜爆震的。他们用数字风动模拟器做了一个氢-空气混合物的斜爆震模拟，研究在不同入口马赫数和楔角条件下爆震的形成与出口流场特性，并讨论了喷管设计如何高效完成热能向动能的转化。

当说不说，2018你那发表的论文到了今天论文才被引用了5次，这哥们研究的东西够偏门的。

所以，所谓的“我们的火箭用上了斜爆震喷管，能提高燃烧室效率”这件事相当于给车子换了个轮，车子发动机加了100马力，这事情吧什么国家都做不出来，咱们虽然屡屡创造奇迹，但是不可能创造神迹！