前言:
本文旨在为火箭箭体制造提供一个简单的办法,欢迎广大爱好者阅读本文学习或指正。喷管设计教程在上期,欢迎点击头像查看。
一、壳体材料的选取和3D打印的优势。
爱好者们对于制作火箭箭体的材料五花八门,从牛皮纸到碳纤维应有尽有。然而我个人认为3D打印是性价比最高的。常用的3D打印材料主要是(),具有轻盈,牢固(相对于手搓),便宜的优点。非常适合用作火箭箭体的制作。注意本文并不是只适用于3D打印箭体,纸壳手搓同样适用。
另外(全是废话,不感兴趣可以跳过),很多人一看到3D打印就认为建模肯定很难,恰恰相反,3D打印建模真的很简单。学校有3D打印课,上了两节我就学会进行基础建模了(还是在上课基本不听的情况下)。毫不夸张的说,只要肯学,一个多小时就能学会3D打印建模。这里顺带一提,我用的建模软件是3Done家庭版(注意家庭版前期版本是免费的),切片软件是flashprint。建模后切片将文件导出为stl.格式发给淘宝商家打印即可,价格非常便宜(似乎20块以内就能包邮到家)。
(一不小心扯多了,话不多说接下来我们进入正题。)
二、箭体大框架数据。
根据资料,火箭箭体长度约为发动机外径长度的14倍,头锥长度约为发动机外径长的3倍,尾翼长为发动机外径的2倍。(资料数据来源于文号t14760的文章,作者usercim)火箭箭体总长度(箭体长+头锥长+尾翼突出部分等)与其直径之比约为10。
除此以外,我们还需要知道两个重要的“心”即重心和压心。
1.重心的确定非常简单,将总箭体用一根轻绳吊起,火箭保持水平平衡的位置截面中心可看作重心。
2.那么压心(可看作等效阻力中心)如何大致确定呢?我找到了St_Maxwell老师的回复,文号758009:压心的测定是在厚纸板上裁剪出箭体侧面的投影,然后用测定重心方法找出纸板的重心,其对应在箭体上的位置即为压心。
三、头锥的选取。
不同型面的头锥阻力系数如图。
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可以看到,从左往右数(下同)第一种方案的头锥性能最好。3D打印也非常容易加工出这样的形状(不过请注意头锥请尽量光滑,因此对3D打印机的选择也有要求,比如大部分光固化3D打印机都可以做到这点。顺带提一嘴:2013年4月1日 科创化学自动化局蒋程宇、刘彦君等试制成功国内第一台个人光固化3D打印机。kc加油!)。另外,第四种方案制作非常简单的同时,性能也较为优异,受到了爱好者的广为使用,这里也推荐给大家。
四、箭体。
资料表明,当箭体长度与直径的比值为5(略小于)时,箭体受到的阻力最小。
五、箭尾。(当然,追求简易可以不做)
如果火箭想要更高的效率,那么应当在箭体下做一个上外径等于箭体外径,下外径略大于发动机外径的圆台形收缩。圆台两底面间距离约为2~3倍箭体直径。然后再在圆台小面下衔接一个圆柱,圆柱高度能够包裹并固定发动机即可。
六、尾翼。
1.后掠形尾翼效率最高,尾翼迎风端边缘应该用圆弧过度,背风端无特别形状要求(尖的就行)。尾翼片数应在保持火箭飞行稳定的情况下尽可能减少,尾翼片数适当增多能提高飞行稳定性,但也会牺牲速度减小高度。
2.尾翼面积增大压心位置会适当后移。对于我们设计的火箭,压心在重心之后2倍箭体直径为妙。
3.材料,可以一体化3D打印。如果不用3D打印我觉得PVC雪弗发泡板(雪弗板)性能优异,价格便宜,重量轻,可以优先考虑。
十分感谢大家的阅读,评论区欢迎讨论。
王孜 2025年七月底
提问环节:
还有个小疑惑,压心还能够如何确定?是否需要事先做个壳子测。