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美体有道,火箭外形设计原来讲究如此多

日本微整 美体护发 2020-06-01 15:21:00 113 0 | 文章出自:网络 美容护肤护肤技巧
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再不熟悉航天的人也知道,空间中没有大气,航天器飞行时不会受到空气阻力的影响,所以它们的形状千奇百怪。而火箭,既飞行在地球大气层中,又飞行在空间环境中,它的形体如何塑造呢?

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各种各样的航天器

要为火箭凹造型,仅仅考虑外形靓丽和简单实用是远远不够的。为了不让打扮得美美的火箭外出疯玩,在考虑外形的时候,还要考虑如何“拴住”它,确定它的操纵方案。

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火箭发射航天飞机

这就要综合协调分析弹道、姿态控制、动力特性等因素,为火箭进行气动选形。也就是对可能采取的气动外形和措施进行大量的分析、计算和必要的风洞试验,最后确定满足总体性能要求的合理气动外形和与之配套的气动操纵方案。

火箭从地面发射后会在大气层中不断加速,先后经历亚声速、跨声速、超声速和高超声速等几个阶段。在这个过程中,为了减少火箭受到大气层空气阻力的影响,设计气动外形时有下面这些要求。

1具有一定的飞行稳定性和操纵性;

2空气阻力小;

3箭体上凸起物布局合理、滚动力矩小;

4箭体上脉动压力小,也就是保证作用在火箭上的不均匀的压力小;

5外形制造简单、工艺性好;

6便于运输。

除了满足以上要求,火箭整体外形与飞机相比相对简单,通常由长细比较大的旋成体构成箭体,有的火箭还有“+”字型尾翼。

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火箭外形示意图

Tips:

旋成体就是由一条母线(光滑曲线或折线)围绕某轴回转而成的物体,该轴称为旋成体的体轴。旋成体的任一截面都是圆形的。包含体轴的任一平面称为旋成体的子午面。显然,旋成体边界与任一子午面的交线,即是母线。在任一子午面内,旋成体的边界形状都是相同的。

在细节方面,火箭选形还需要进行头部形状、级间段排焰孔、凸起物、尾翼等外形设计。

先说说头部形状选形,火箭头部常用外形有:组合锥、锥-柱-裙和锤头形。而如何选择,需要依据火箭的有效载荷尺寸来决定。通常,有效载荷尺寸较大,其整流罩必定具有大钝锥外形,比如锤头形,同时必须与结构布局协调。

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火箭的几种常用头部外形

当多级火箭采用热分离方案时,通常在箭体上设计级间排焰开孔段,就是火箭两级之间的开孔部分,方便火箭分离时,排出发动机点火喷射的火焰。开孔形式大体有两类:杆式和孔式。

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级间段开孔形状

由于箭体上需安装天线、推进剂输送管和电缆等,为了使它们在飞行中不被破坏,往往要给它们装上保护罩。这些保护罩在保护设备的同时也使原本光滑的火箭外形多了一个个的凸起物,空气流经箭体时遇到这些“绊脚石”,使得火箭的气动特性发生了改变。

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长征五号运载火箭

要使火箭不受影响,就得请气动设计师出场救驾了。针对凸起物对火箭气动特性产生的改变,他们进行相应的气动设计。将这些凸起物进行合理布局,化不利影响为有利,达到一举两得的效果。

那么,火箭为什么需要配置尾翼呢?火箭配置尾翼的目的是改善火箭的稳定性能。如果火箭不配置尾翼,则需要对它加上一个比较大的控制力,才能够保证火箭在受到各种干扰力量的作用下,比如大风等,仍能稳定飞行。而配置了尾翼的火箭,能够通过调节尾翼来保证火箭飞行状态的稳定。大型火箭由于箭体细长,振动对火箭的影响大,往往通过配置尾翼来改善稳定性,这样有利于姿态控制系统的设计。

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