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航天模型设计
 



  发表日期:2010年2月25日   出处:明星学校        【编辑录入:filge

一、航天仿真模型设计

     航天模型可分两大类,一类是实体仿真航天模型。所谓仿真,就是要求模型与真实的航天器几乎是一模一样。首先,航天器外观的每一部件都要在模型中得到基本反映,主要部件一个也不能少。其次,每个部件在模型中的位置要正确,包括其形状、颜色。实体仿真航天模型另一个特点,就是它不能飞行。模型火箭与火箭模型是两个不同的概念,模型火箭能够发射飞行。而火箭模型只能在设计与制造和航天科技教育中发挥它的作用,当然,精美的火箭模型也是一件极好的观赏工艺品。另一类就是能飞行的仿真模型火箭,它不仅外形与真实的火箭相似,而且还能仿真飞行,可想而知此类模型的设计和制作难度更大。

    仿真航天模型在设计前要做到以下几点:

    深人了解所设计的仿真航天器的作用、内部结构、基本系统功能、外形特点等方面的知识,这有利于设计、制作以及应用。 严格按照真实航天器的尺寸,按比例缩小。不仅航天器的高度、宽度要按比例缩小,而且航天器上的各个部件也要按比例缩小。

    设计前还须考虑用什么材料制作实体仿真航天模型,是用纸质、木质还是用塑料等其他材料,因为不同的材料部件组合的方法不一样,制作方法也不一样。

 

二、模型火箭的设计

    模型火箭采用小型固体推进剂,它的基本组成和原理同真火箭一样。模型火箭的总体设计,应该着重考虑其飞行稳定性、安全性及工作可靠性,其中稳定性是重要的前提。参加竞赛的模型火箭还要考虑保证足够的飞行高度和保持一定的留空时间。图1所示的是模型火箭的基本结构。

    1.模型火箭的外形

    模型火箭基本上由4个部分组成:头锥、箭体、尾部和尾翼,模型火箭的外形的各个部分都必须符合空气动力学原理。简单地讲就是要克服空气阻力以及空气扰动的影响,保持良好的稳定、安全和可靠性,争取最佳的飞行姿态和速度。

 

2.模型火箭飞行稳定性

 模型火箭在飞行中受到空气的扰动,其平衡状态被破坏后动恢复到原有平衡状态的能力,称之为稳定性。模型火箭的稳定性设计,对飞行的安全性、可靠性以及提高漠型火箭的飞行性能,有着十分重要的作用。                  

设计模型火箭要使其具有稳定性,必须使模型火箭的重心(CC)位于其压力中心(CP)前的一定位置。因为只有符合这一要求,才有可能使火箭箭体获得相应的平衡能力,以维持模型火箭的稳定飞行状态。     

3.回收装置

    模型火箭回收装置的首要要求,就是安全可靠,保证模型火箭回落时不影响地面人员的安全,同时保证模型火箭完整回收。

模型火箭回收的方案,要根据模型火箭的种类和飞行目的进行设计。一般可分为两类情况:

一类是按照竞赛要求,回收装置尽可能使模型火箭留空时间长,所设计的回收装置有降落伞、飘带、滑翔机和自旋装置等。装置等。以降落伞为例,降落伞留空时间长短取决于伞的面积、模型火箭的质量以及伞的材料,当然还考虑空气密度争情况。降落伞在降落时有时会摇摆,以致影响下沉速度,最终影响留空时间。同样面积的降落伞,吊绳长度的不同,也会影响下降的稳定性:吊绳长度越短,越容易摇摆。一般认为吊绳的长度是伞面展开直径的1.5倍,吊绳的数目68根。为了保证模型火箭稳定降落并且可靠回收,考虑把留空时间置于其次,可以在降落伞面的中央开一个小孔,孔的直径不应大于降落伞面的百分之五。降落伞采用非透气性塑料薄膜材料,所以它在空气中打开的速度也比较快。图11为降落伞系绳图示。

另一类是以探测飞行高度、载荷实验为飞行目的的模型火箭,完成任务后,需尽快返回地面。这可采用小阻力降落方法。通常采用小面积的降落伞或飘带等方法减速回收。




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