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1、航天模型的设计、制作与比赛第一部分航天模型与航天模型运动FAI运动规则对航天模型、 模型火箭发动机的明确定义 航天模型(模型火箭)是指不利用空气动力产 生的升力去克服重力，而是依靠模型火箭发 动机推进升空的一种航空模型，它带有能够 使之安全返回地面以便再次飞行的回收装置; 它必须由非金属部件组成。 模型火箭发动机，即固体推进剂火箭反作用 式发动机，其中所有带燃烧性质的化学成分 均已预先混合好，并可立即使用。 模型火箭运动史 20世纪40年代末和50年代初，模型火箭运动在美国和前 捷克斯洛伐克兴起并得到发展。 1957年美国成立了国家火箭技术学会(NAR， National Associatio
2、n of Rocketry)，负责模型火箭技术的交流和 管理。 1959年国际航空联合会(FAI审议并通过国际模型火箭竞 赛规则(1984年以后执行的规则为FAI 运动规则，4d 部分，航天模型)，模型火箭运动正式列入国际航联所 属的国际性比赛项目。 1966年5月在前捷克斯洛伐克举行了首届模型火箭国际 赛。 1972年9月在南斯拉夫举行了第一届世界航天模型锦标 赛。中国模型火箭运动史 20世纪5060年代，我国曾在小范围内开展过模型火箭 运动，主要是用作表演。（模型火箭发动机的安全问题 ） 1990年5月，国家体委、中国宇航学会和中国科协联合 委托四十一所开发模型火箭技术。1991年四十一所
3、研制 成功系列模型火箭发动机并成立西安四凯模型火箭公司 ， 1994年我国代表队首次参加第10届世界航天模型锦标赛 ，取得高度项目亚军的好成绩。1998年7月11日至18日 在罗马尼亚举行的第12届世界锦标赛上，我国选手获得 降落伞留空项目的团体冠军（首枚金牌）。 1995年国家体委正式将航天模型运动列入全国青少年航 空模型锦标赛比赛项目；1997年又将其作为全国航空模 型锦标赛比赛项目。 国家体育总局、教育部、共青团中央、全国妇联、中国 科协和国防科工委联合举办首届“飞向北京-飞向太空”全 国青少年航天模型专项比赛。开展模型火箭运动的意义 理想的教学工具 培养未来航天人 才 活跃人民文化生
4、活 场面壮观的火箭表演2003年深圳高交会开幕式表演四凯模型历史沿革 中国航天工业总公司第四研究院第四十 一研究所 西安四凯模型火箭公司 陕西中天火箭技术有限责任公司四凯模型产品四凯模型产品第二部分航天概论太空与人类的飞天梦想 太空又称宇宙空间 或外层空间，由无 数个星系组成，银 河系仅是其中之一 ，太阳系又是银河 系的一部分，而地 球只是太阳系的一 颗行星。 “嫦娥奔月”是人类 最古老的登月幻想 。航天与航空 航空是指载人或不载人 的飞行器在地球大气层 中的航行活动。航空活 动的范围主要限于离地 面30公里的大气层内。 在大气层中航行的飞行 器(航空器)，只要克服 自身的重力就能升空。 航空
5、离不开地球的大气 圈，也摆脱不了地球的 引力作用。 航天是指载人或不载人 的飞行器在太空的航行 活动，也叫做空间飞行 或宇宙航行。 航天活动的范围要比航 空活动的范围大得多， 包括环绕地球的运行、 飞往月球或其它星球的 航行、行星际空间的航 行及飞出太阳系的航行 。 航天不同于航空，航天 首先必须有不依赖空气 ，且具有巨大推力的运 载工具-火箭。（最根 本的区别）三大宇宙速度 第一宇宙速度是物体摆脱地球引力的速度 ，即物体环绕地球自由旋转而不会落回地 面的速度。7.91km/s 第二宇宙速度是地球上物体脱离地球引力 成为环绕太阳运行的人造行星所需要的最 小速度。11.19km/s 第三宇宙速度
6、是地球上物体飞出太阳系的 最小速度。16.63km/s火箭和导弹 火箭是依靠火箭发动机 喷射工质产生反作用力 向前推进的飞行器，火 箭自身携带全部推进剂 ，不依靠外界工质产生 推力，可在大气层内和 大气层外飞行，是实现 航天飞行的运载工具。 运载火箭是由多级火箭 组成的航天运载工具， 其用途是把人造卫星、 载人飞船、空间站或空 间探测器等有效载荷送 入预定轨道。 导弹是依靠制导系统来控 制飞行轨迹的火箭式或无 人驾驶飞机式武器。 导弹由战斗部、动力装置 、制导和控制系统，以及 弹体结构组成。 火箭式导弹就是有效载荷 为战斗部的火箭。 导弹是导弹武器系统的一 部分，整个导弹武器系统 包括导弹、地
7、面(机载和 舰载)设备、发射系统及 指挥、通讯、控制系统等 。 导弹分类 按发射地点和攻击目标分有地-地、地 空、岸舰（反舰或反潜）、舰舰、舰 地、空空、空地、空舰等导弹。 按攻击目标的性质分有战略导弹（包括远 程弹道导弹、远程巡航导弹、潜地导弹 、反弹道导弹导弹）和战术导弹（其特点 是射程远、飞行速度快、威力大和命中精 度高，如反坦克、近程地地、战术巡航 、地空、空空、空地、岸舰、舰 舰、舰空等导弹）。导弹分类 按飞行方式分有 弹道导弹（如巨型炮弹， 飞行时除了一小段为有动力飞行并进行控 制外，其余全部沿着只受地球重力作用的 椭圆弹道飞行,主要战术技术指标有射程、 战斗部重量、命中精度、反应
8、时间、基地 生存能力、弹头突防能力、使用环境条件 及可靠性等）巡航导弹（形似飞机的一种 导弹，也叫做飞航导弹，其飞行轨迹由气 动升力、喷气发动机推力和重力确定）。导弹与火箭的区别 部分导弹就是有效载荷为战斗部的火箭，它们 都是依靠火箭发动机产生的推力前进的。 无人驾驶飞机式的导弹，不一定全部采用火箭 发动机推进，这类导弹常采用固体火箭助推， 而以涡轮喷气或涡轮风扇发动机续航，也有采 用冲压发动机的。 火箭的动力装置只能是火箭发动机。因此，火 箭可以用作导弹，但导弹不都是火箭。火箭推进原理 火箭能在大气中，也能在真空状态的太空中飞 行，这是因为它带有不依赖周围介质而完全依 靠自身携带的推进剂进行
9、工作的喷气推进系统 火箭发动机。 单级火箭在发动机熄火后达到的速度为发动机 的有效排气速度乘以火箭起飞质量与发动机熄 火时的火箭质量之比的自然对数。 多级火箭的最终速度是按上述方法计算的各单 级火箭在发动机熄火后能达到的速度和。火箭发动机的基本结构1-推进剂药 柱， 2-燃 烧室， 3-喷管， 4-点 火装置固体火箭发动机简图液体火箭发动机外形及供应系统简图航天器分类 中国古代航天 1232年守卫汴京的金军曾以“震天雷”和“飞 火枪”抵抗蒙古兵的进攻。 明史记载的火箭有 飞刀箭、燕尾箭、二虎 追羊箭；一窝蜂、五虎箭、九龙箭、49矢 飞廉箭、百虎齐奔箭；飞空击贼震天雷， 神火飞鸦；火龙出水，飞空
10、砂筒。 明永乐年间万户是世界上第一位试图应用 火箭飞行的人，为了纪念他，在月球表面 东方海附近的一个环形山以万胡命名。中国古代航天 1161年的“霹雳炮” 中国古代航天 震天雷炮 神火飞鸦 火龙出水（上为二级启动，下为一级启动）现代中国航天 1960年2月19日，第1枚探空火箭发射成功； 1960年11月5日第1枚运载火箭发射成功； 1970年4月24日发射了东方红1号人造卫星，使中国成为继苏、 美、法、日后第5个用自制运载火箭发射卫星的国家； 1975年11月26日成功地发射了返回式卫星，从而成为世界上继 美、苏后第3个掌握回收技术的国家； 1981年9月20日一箭三星发射成功； 1982年
11、10月潜艇水下发射运载火箭成功； 1984年4月8日第2颗试验通信卫星发射成功； 1999年10月14日成功发射了中国-巴西联合研制的资源-1号卫星 ； 1999年11月20日我国“神舟”载人试验飞船首次发射成功； 2003年10月15日我国“神舟5号”载人飞船首次载人飞行成功，成 为世界上继美、俄后第3个具有载人航天技术的国家； 2006年中国将完成绕月卫星的发射（嫦娥工程）。长征系列火箭群星灿烂世界航天概况 20世纪初，俄-齐奥尔可夫斯基、德-奥伯特(Oberth)、 美-戈达德(Goddard)创立利用火箭航天的基本理论。 1926年戈达德首先研制成功世界上第一枚液体火箭。 第二次世界大
12、战中，纳粹德国研制出V-2导弹。 1957年8月12日，前苏联和美国分别发射了洲际导弹； 1957年10月4日前苏联发射了第一颗人造地球卫星，标 志着人类航天活动进入新纪元。 1961年4月12日前苏联宇航员加加林乘坐“东方-1”飞船 进入太空，实现了人类飞往太空的理想。 1969年7月美国的“阿波罗-11”飞船登上月球，创造了人 类涉足地球以外天体的记录。 80年代出现了可重复使用的航天运载工具-航天飞机， 从而为降低航天成本作出了贡献。载人航天技术美国第一架航天飞机人类第一次太空行走现代载人航天第一人第一座空间试验站-前苏联礼炮号和平号空间站携带人类名片的先驱者号航天器阿波罗登月 航天工业
13、的发达程度已成为衡量一个国家科学 和技术、国民经济和国防建设现代化水平的重 要标志； 航天活动大大开阔了人类的视野； 航天技术的发展与其它技术互动发展，航天技 术与其它科学技术相结合，产生了许多新的技 术途径，也为其他科学的发展提供了更多的可 能性。 航天技术的发展改变了武器装备和军事技术。航天与科学技术现代化第三部分航天模型设计、制作与发射模型火箭的外形设计 与气动阻力 气动阻力是物体在空气中运动时 所引起的阻碍物体向前运动的力 。 作用在火箭上的气动阻力包括一 个是由于空气压强不平衡而产生 的“压强阻力”，另一个是空气流 过火箭的外表面而产生的“摩擦阻 力”。 F=0.5CD v2A 其中
14、CD为阻力系数，它与箭 体形状及表面光滑程度有很大关 系。 各种形状头锥与平头 头锥的阻力比较 火箭飞行时的流线图 模型火箭飞行的稳定性 飞行中的模型火箭如果受到扰动而破坏其平衡 状态后，应具有自动恢复到原来平衡状态的能 力，这种能力就叫做稳定性。 稳定性与质心和压心有关，质心即模型火箭的 质量中心；压心即压力中心，是与空气压强有 关的作用力在模型火箭上的作用点；压心向后 移动可以增加火箭的稳定性。 压心位置的确定 估算公式：XCM=MiXi/ Mi XCP=AiXi/ AiXCM和XCP分别为模型火箭质心和 压心距头锥尖点的距离，Mi、Ai和 xi分别为模型零部件的质量、水平 投影面积和质心
15、或压心距头锥尖点 的距离。 质心测量法 压心测量法 抡动试验 箭体的几种回收方式 常见的箭体回收方式有降落伞、飘带、自 动旋转翼和柔性翼几种。飘带回收 S6 降落伞回收 S3 自动旋转翼回收 S9 柔性翼回收 S10 长征三号 我国大型运载火箭“长 征三号”的1:95仿真缩 比模型。 箭体直径：35mm 全箭高度：440mm 飞行高度：80-140m 推荐使用发动机型号：B6 -3，C6-4“长征三号”仿真模型制作安装卡钩、尾段按图示位置，用刀在发动机套管上开 一小口。 卡钩一端插入小口中，然后在两者贴 合面处点胶固定。 贴透明胶带，插入尾段，齐平两者后 端面，缝隙中点胶，固定套管。 尾段插入
16、箭体筒段，点胶固定。粘接导向管 按图示位置粘接导向管。注 意：导向管应与尾段上的燕尾 槽错开，确保两个导向管同轴 ，且其轴线与箭体筒段轴线平 行。“长征三号”仿真模型制作制作降落伞 将伞沿虚线剪成六边形，伞绳连接 相邻两角。方法：伞绳一端打钩后粘 于不干胶圆片上，再粘于伞角正面位 置。注意：要粘接牢靠。 手捏伞绳上端处，调整伞绳，使之 在手捏处以下部分等长，且相互不缠 绕，在手捏处打节。 连接降落伞 将弹性绳的一端系在头锥上，再将伞 绳系在弹性绳上，位置尽量靠近头锥 （伞绳也可系在头锥上）。 剪出2.54cm的医用胶布，用订书钉 将弹性绳另一端订在胶布上，将胶布 紧贴在箭体筒段内侧。注意：胶布粘 在筒段内的深度约4cm，以便头锥完 全
