把土星5火箭的发动机装到航母上，启动后，航母能飙到多少速度

美国上世纪六七十年代用于登月的土星五火箭，使用5台F1火箭发动机。

一台F1火箭发动机每秒钟消耗788公斤煤油，5台火箭发动机每秒钟一共消耗3940公斤煤油。

5台F1发动机并联，总功率高达1.18亿千瓦。

尼米兹级核动力航空母舰的排水量是10万吨，由两座A4W核反应堆，驱动4台蒸汽轮机，总输出功率是19.4万千瓦，而且这19.4万千瓦也不是全部用于推进的。

如果仅从功率上来说，土星5号的5台发动机的功率是尼米兹航空母舰核反应堆功率的500倍。

那么把这5台发动机装到航母上，是不是就把航母推散架了呢？实际上是不会的。

火箭发动机喷射的是高温燃气，在低速的情况下，它的推进效率是非常低的。

》让物体运动起来，需要的不是能量，而是动量。

动量等于速度乘以质量，按照动量守恒，M1×V1=M2×V2。

这里面有两个变量，一个是速度，一个是质量。

如果让物体达到同样的运动效果，可以喷出低速度、大质量的工质，也可以喷出高速度、小质量的工质。

我们再看一个能量守恒的公式，1/2×M1×V1^2=1/2×M2×V2^2。

我们可以看到，在能量的公式里面，速度是平方的关系。如果把等式一边的速度降下来，那么要达到等式的平衡，就意味着质量会急剧增加。

看清楚这个关系：让物体产生运动，在输入能量不变的情况下，提高工质的喷射量，比提高喷射工质的速度效果更好。

这一点在航空发动机上非常明显。

我们知道有一种发动机叫涡轮喷气发动机，还有一种叫做涡轮风扇发动机。

涡轮风扇发动机，实际上就是在涡轮喷气发动机的前面再加了一组风扇和一个外涵道。

从外涵道向发动机后面喷出的不是高温的燃气，而是冷气。

相同的功率输出下，涡轮喷气发动机向后喷出的燃气的速度高，质量小；而涡轮风扇发动机向后喷出的燃气速度稍低，但是质量更多。

所以，在一定的条件下（主要是低速情况下），涡轮风扇发动机推进效率要比涡轮喷气发动机高。所以现在航空器的主流动力，都是涡轮风扇发动机。

》如果用火箭发动机来推动轮船，效率会很低。

火箭喷出的高温燃气有很高的热能，热能是没有办法直接转化为推力的。

土星5号的5台火箭发动机，总推力是3000吨，但是航空母舰螺旋桨的总推力也非常高，这个我们可以简单算一下。

以尼米兹级航空母舰为例，假设其在高速巡航的情况下可以达到32节，相当于60公里每小时，等于16.6米每秒。

如果此时，分配到螺旋桨上的推进功率为15万千瓦。

航空母舰螺旋桨的推力F=功率/速度，等于8982千牛顿，等于916吨。

从这个计算上来看，土星5号发动机产生的3000吨推力是可以把航空母舰推到超过32节。

》3000吨的推力，能让航空母舰飙到多高的速度呢？

航空母舰在推力的作用下做匀速直线运动，此时推力等于阻力。

一般情况下，船舶航行的阻力只和速度有关。

船舶的阻力包括摩擦阻力、兴波阻力、粘压阻力、汹涛阻力、空气阻力和螺旋桨阻力。

其中空气阻力和船速的2次方成正比，而兴波阻力和船速的4次方成正比。

而且，在高速的情况下，兴波阻力恰恰是航行的最大阻力。

由此可见，只要船速提高，船的阻力就会急剧增大。

简单估算一下，如果三千吨的推力作用在尼米兹级航空母舰上，也只能够让航空母舰的速度达到100公里左右。

但是用土星5号火箭发动机做航空母舰的推进动力，相当于使用了500个航空母舰的功率。

可见用喷气动力作为船舶的推进系统，是多么的不划算。

当然，推进系统的效率也和速度有关系，当被推进的物体前进的速度越来越快的时候，才要不断的提高喷射工质的速度。

在水中航行的船舶，在低速的情况下是螺旋桨的推进有效率。

如果我们把水看成一种推进工质，螺旋桨就要大面积推大量的水，但是速度不高，所以大型船舶的螺旋桨都很大。尼米兹航空母舰的4个螺旋桨，每个直径都有6.4米。

在高速的情况下，螺旋桨的转动已经很难推动水了，这个时候就要使用泵推，泵推的推进截面比螺旋桨要小。

像火箭发动机喷出的高温燃气，只有在真空、高速中才能发挥它的最大作用。