现在,科创火箭技术发展的很快,无论是固体还是液体,都已经取得了非同凡响的成果,做火箭的无论是个人、还是团队都多了起来。虽然,现状良好,但正如科创的主旨,不断创新,不断进步,我们需要不断探索新科技新技术,就像电武版块,电磁炮从一级发展到五级或者跟多级,我认为我们的火箭版块也应探索新高度,发展新技术。 目前,大多数人做的是单级火箭,就是直接由单个不分节的箭体做成的火箭,这种火箭箭体,结构简单,加工方便,不管是刚起步新手还是拥有娴熟车床技巧的火箭高手都首选单级火箭。但,这种单级火箭有些美中不足,就是火箭的硬伤重量。当然,并不是说,单级火箭飞不高飞不远,就如我前面所说,不断创新不断改进。我在论坛里见过有人那么高的火箭,是用车床加工出来的一整个金属箭体,确实非常震撼,不过,有一个不可忽视的缺点,当火箭燃料烧到箭体的一半或跟多时,燃料下端的空余金属箭体就成了火箭的累赘、火箭的负担,大大损害了火箭飞行效率,对于不断追求新高度的我们,无疑是个大损失,根据齐奥尔科夫斯基火箭理想速度公式可以发现一些问题。该公式可表述为:
VK=Pb g0 Ln [(GT+GJ)/GJ] (式中: VK一一火箭的末速度[s:9]b一一比推力(比冲);g0一地面的重力加速度;GT——火箭起飞时的推进剂质量;GJ——火箭的结构质量,其中包括有效载荷。)
从理想速度公式可以看出火箭速度与比推力、质量比之间的关系。有三种方法能提高火箭的末速度:
一是采用高能量的推进剂,即采用高比推力的推进剂,但比推力的提高受到科学技术水平的限制,目前常用的高比推力的化学能推进剂为液氧和液氢;
二是采用高强度的结构材料,尽量减轻火箭的结构质量,这种办法也受当前科学技术水平的限制;
三是增加火箭的推进剂质量,但单纯增加推进剂质量也不行,当GT增加时贮箱的容积也增加,结构质量随之增加。(GT +GJ)/GJ的比值是非线性增长的,当推进剂适量增多时该比值增长幅度较大。但当GT 越来越大时,该比值的增长幅度将越来越小,最终会趋于一个常值。也就是在Pb不变的情况下,无论GT 怎样增加,火箭的末速度会停留在某个数值上而不再增大。
这一结果可以比较直观地说明,即当推进剂增加时,除了贮箱容积增大之外,贮箱所受到的载荷也在增加,因而贮箱的箱壁越来越厚,贮箱也越来越重。火箭飞行一段时间之后,推进剂被消耗,贮箱越来越空,推进剂释放出来的能量不仅要加速有效载荷,还要加速这部分空贮箱,如果贮箱越重,用于加速空贮箱的推进剂比例就越大,直到速度不再增加。
还有,众所周知,
火箭不可能永远飞在空中,他总有落地的一刻(就如人),那你想一个人那么长的金属火箭,它要高空落地,事实上是一个
非常危险的事,虽然我们有优质的降落伞,但这无非要加大降落伞的面积,也无疑是加大火箭的质量而且开伞难度也是极其困难。与之相比,多级火箭的优势就非常明显了,就拿2级火箭举例吧,当火箭燃料烧到一半时,一级火箭储料仓脱级,二级火箭燃料继续燃烧,
不仅减小了负重同时火箭燃烧效率就如刚点火时一样高效,飞的自然而然就更远,当火箭掉落时,虽然高度增加了,但质量明显减少,对降落伞的要求也不高,照样实现安全降落。 简单地说,多级火箭就是把几个单级火箭连接在一起形成的。其中的一个火箭先工作,工作完毕后与其他的火箭分开,然后第二个火箭接着工作,依此类推。由几个火箭组成的就称为几级火箭,如二级火箭、三级火箭,等等。需要指出的是,如果多个火箭同时工作,它们只能算作一个级。多级火箭的优点是每过一段时间就把不再有用的结构抛弃掉,无需再消耗推进剂来带着它和有效载荷一起飞行。因此,
只要在增加推进剂质量的同时适当地将火箭分成若干级,最终可以使火箭达到足够大的运载能力与飞行高度。应当注意,火箭在某个确定的起飞质量下并非级数越多越好,因为每一级火箭除了贮箱外至少还必须有动力系统、控制系统、伺服机构以及连接各级火箭的连接结构等。每增加一级,这些组成部分就增加一份。级数太多不仅费用增加,可靠性降低,火箭性能也会因结构质量增加而变坏。因为在起飞重量不变的前提下,增大结构质量必然要减少推进剂,从能量守恒原理可知其运载能力必然下降。
总之,为了提高火箭的运载能力与飞行高度,采用多级火箭是个好办法,不过需注意不是级数越多越好,它与起飞质量之间有着某种对应关系。 多级火箭与单级火箭相比有以下优点:
(1)多级火箭在每级工作结束后可以抛掉不需要的质量,因而在火箭飞行过程中,能够获得良好的加速性能,逐步达到预定的飞行速度;
(2)多级火箭各级发动机是独立工作的,可以按照每一级的飞行条件设计发动机,使发动机处于最佳工作状态,从而也就提高了火箭的飞行性能;
(3)多级火箭可以灵活地选择每一级推力的大小和工作时间,以适应发射要求。
(4)多级火箭在回收时大大降低了风险,保障了回收箭体的质量,减小开伞难度与降落伞的重量。
但多级火箭也有缺点,主要是:
(1)火箭结构复杂,使用的发动机数量多;
(2)级与级之间需增加级间段多级火箭结构示意图进行连接,分离次数多;
(3)结构细长,弯曲刚度差,不容易实现气动稳定。多级火箭由于这些原因使得可靠性降低,成本增加
大家不要因为这些缺点而放弃多级火箭,正如开头所提到,我们要不断改进不断创新,而其基本前提是我们要有敢于开创进取的决心,不被困难所折服的勇气,我相信大家都能做到,从固体到液体、从新手到专家,这些质的飞跃都是大家开创进取、不断尝试、不断学习的结果。我希望多级火箭在不久能被广泛运用!我希望火箭技术能发展到新高度、能翻开新的篇章!
以下是简易多级火箭基础工作演示
当然这并不是唯一的方法,跟多技巧与方法还等待各位的探索!
这是简单2级火箭制作视频,希望对大家制作2级火箭有帮助
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这是别人制作的2级火箭,希望对大家有帮助
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