模型火箭重心和压心的确定.docx
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1、模型火箭重心和压心的确定模型火箭重心(CG)和压心(CP)的确定.txt某天你一定会感谢那个遗弃你的人,感谢那个你曾深爱着却置之你不顾的人。做一个没心没肺的人,比什么都强。_舍不得又怎样到最后还不是说散就散。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
2、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
3、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
4、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. 那么,需如何设计才能够达到这一目的呢?很简单,只要设法满足无论在任何飞行 条件和状态下,火箭的重心始终位于其气动压
5、力中心前的一定位置的条件就可以了! 在前面,我们已经看到,用十分简单的办法,就可以迅速找出模型火箭的重心所在的精 确位置,那么,什么是火箭的气动压力中心以及如何能够找出它的所在位置呢? 通过以下的实验,我们可以进一步找到答案. 假设我们再拿一个与前一试验相同的约半米长的木棒,放在一个可以灵活转动的无 阻力转轴上,然后,设想木棒迎面吹过时速约 8-10 公里的稳定气流,如果,这时的转 轴位于木棒的几何中心位置,同时假设木棒的几何尺寸是十分均匀的(在任一剖面具有 相同的迎风面积),那么,作用于转轴两侧的气动力距是平衡的,而不会使木棒产生任 何偏转.但是,如果这时在木棒的一端粘贴上一块类似于火箭尾翼
6、的 10 厘米 x10 厘米 的卡片,在与前面相同的外力作用下,情况就大不一样了.这时的木棒会发生偏转,并 使没有翼片的一端指向气流的来向.下面,我们试着逐渐把转轴向有翼片的一端移动, 直到在气流中转轴两侧的力距平衡,而不再产生偏转.这时候,转轴所在的位置,就是 木棒侧向压力中心的位置.在这里,我们要认识到,只有在相对运动的气流中,物体才 会受到气流的压力作用,才会存在所谓的压力中心,同时,物体的迎风面积越大,这种 气流的压力作用也就会越大. 对于模型火箭侧向压力中心的测定,需要将模型火箭在低阻转轴上固定后,置于相 对运动的侧向(水平)均匀气流中(时速约 8-10 公里)进行测量,以及计算和校
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