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模型火箭的重心和压心

2018-2-12 13:46| 发布者: dymodel| 查看: 257| 评论: 0|原作者: pilot

摘要: 模型火箭在飞行中受到扰动而其平衡状态被破坏后,能够自动恢复到原平衡状态的能力,称之为稳定性。模型火箭的稳定性设计,对于保障飞行的安全性,以及提高模型火箭的飞行性能,有着十分重要的作用。 模型火箭稳定 ...


模型火箭在飞行中受到扰动而其平衡状态被破坏后,能够自动恢复到原平衡状态的能力,称之为稳定性。模型火箭的稳定性设计,对于保障飞行的安全性,以及提高模型火箭的飞行性能,有着十分重要的作用。
     模型火箭稳定性设计必须遵循的首要基本原理,简单地说,就是满足模型火箭重心(CG)必须位于其压力中心(CP)前的一定位置的要求(即所谓满足CG-CP条件),因为只有符合这一条件,才有可能使火箭箭体获得相应的平衡气动力,以维持火箭的稳定飞行状态。
     我们知道,在三维立体空间中,如果一个力矩作用于一个自由物体,必将会使得这个物体围绕其自身重心作旋转运动。下面,我们来作这样一个简单实验,来亲自验证和观察一下这个物体是如何运动的?
     拿一个约半米长的均匀细木棒,握住一端,然后沿木棒的大约垂直方向用力抛出去,注意观察木棒的运动,它会象翻跟头一样,围绕其重心,一路前后翻滚着向前飞去。
重复这个试验,你会很快发现,无论你如何去抛,或轻或重,或垂直或水平,木棒都会不同程度地重复这种围绕重心的不规则翻滚运动。
     但是,这时如果我们在木棒的一端附加上一个重量(比如,在一端用橡筋绑上一块小石头),象原来一样抛出去,这时候,木棒的运动就大不一样了,这回,木棒翻滚所围绕的中心,已明显向有重物的一端靠近。这时,如果我们用简便办法,找出这时木棒的重心位置,不难发现,这回木棒翻滚所围绕的中心,正是它自身的重心(简称CG)。
     通过这个简单的实验,我们可以十分清楚地了解到,一个在三维立体空间的自由物体,是如何在空中以其自身的重心为中心运动的。同样,一枚在空中飞行的火箭,在受到任何可改变其飞行轨迹的干扰外力作用后,也会以其自身的重心为中心,作改变其航向的运动。
     这种确定或不确定的外力,可能来自飞行中的一阵无法预料的侧风,作用于火箭鼻锥及发射环上的空气阻力,因弹体及尾翼变形或是安装误差,发动机架安装及发动机自身结构误差等等。很显然,这类外力将会无法预测和完全随机地作用于火箭弹体,所以,任何火箭必须经过稳定性设计,使之可以克服和修正这类外力所带来的不良影响,否则,火箭是根本无法正常飞行的。
     对于模型火箭而言,由于一般不依靠调节及操纵系统控制火箭的飞行状态,所以所有型号的模型火箭都必须具备气动稳定性,也就是说,经过稳定性设计后的模型火箭,必须具备仅仅依靠由模型火箭在飞行中自身所产生的气动力及其力距,就可以自行克服或是平衡由于干扰力所导致的不良影响。


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