模型火箭制作.doc
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1、第四章 模型火箭制作第一节 概 述模型火箭的设计和制作是研制模型火箭的两大支柱。模型火箭制作分单件制作和批量制作,前者多为个人行为的手工制作,后者则由厂家采取模具和机械加工;前者用料多为纸板、木料和塑料板;后者主要使用纸张和塑料制品。一枚制作精良的模型火箭,不仅是一件得心应手的体育用品或科普器材,而且也应是一件可供欣赏的精美工艺品。这就要求制作者除具备有关模型火箭的设计和制作工艺知识外,还应具有艺术鉴赏、艺术创作和实际操作能力。上一章,我们在讲解模型火箭飞行原理的基础上,介绍了模型火箭的零部件设计方法;本章将着重介绍手工制作单件模型火箭的材料、工具和具体零部件的加工方法。第二节 材料和工具 一
2、、模型火箭的常用材料根据FAI 运动规则,4d部分,航天模型规定,用作模型火箭的材料必须是非金属,除发动机的卡钩外,不得使用任何金属材料及其制品。 (一) 纸和纸板纸是一种由植物纤维、矿物纤维、动物纤维、化学纤维或它们的混合物组成的均匀柔软薄片;具有较高挺度的某些纸则叫做纸板。用来零星制做模型火箭的主要是折叠盒纸板,它具有良好的耐划性和折叠性能;此外还有折叠盒白纸板和涂布折叠盒纸板,这两种纸板都有良好的印刷性能,并可以刷涂料。纸板可以制做头锥、箭体筒段和尾翼,尤适宜于制做箭体筒段(纸管)。纸适宜于用卷管机进行批量生产,常用的纸有铜版纸和牛皮纸。 (二) 轻木轻木是一种具备轻质量和高强度的木材,
3、尽管其密度不是最低,但其强度却相当高,即具有较高的比强度(物质的强度与其密度之比,单位:焦耳/千克)。轻木有良好的加工性能。因此,长期以来,轻木一直是制做模具(木模)的基本材料。同样,轻木也是制作模型火箭尾翼和头锥的好材料。国内用作模型火箭的轻木主要有泡桐、杉和红白松等。商家通常将木料裁成不同厚度的板材供应。 (三) 塑料塑料是具有可塑性高分子的化合物。工程上常用的塑料有热塑性和热固性两类,热塑性塑料具有遇热熔融、冷后变硬的特点,并且这一过程可以反复多次,因此很适合用来制做模型火箭。ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)、聚氯乙烯、聚苯乙烯等都是热塑性塑料,商家有板材供应。其中,ABS塑料具有
4、良好的综合性能、容易加工、尺寸稳定,是制作模型火箭的常用材料。而ABS板则是手工制作箭体筒段和尾翼的好材料。(四)复合材料最常用的复合材料是玻璃钢,它是以玻璃纤维或玻璃布浸渍环氧树脂缠绕或敷设而成的制品。大尺寸的模型火箭常采用玻璃纤维或玻璃布浸渍环氧树脂缠绕而成。另一种复合材料是碳纤维(布)/树脂,即以碳纤维或碳布浸渍树脂缠绕或敷设成的制品。 二、制作模型火箭的常用工具工业上制做模型火箭有专用机器和工具。对于手工制做模型火箭的爱好者来说,可以参照航空模型选用加工工具。常用工具有:工作台板、30模型刀、45模型刀、折断式壁纸刀、手锯、钢丝锯、什锦锉、微型台钻或手钻、直尺、圆规、砂纸、胶纸带、50
5、2胶、毛刷等。上述工具可以根据需要选用。第三节 模型火箭结构和制作图4.1所示为典型的模型火箭结构,它的特点是结构简单,而且飞行速度较快(相对于航空模型)。因此制作模型火箭必须认真细致,火箭总体必须做到轴对称,表面光滑。为此,模型火箭的各零部件必须精细加工,例如4片尾翼应做到形状、大小、厚薄一样,而且必须相对火箭轴线对称均布。否则,火箭飞行轨迹会发生偏离。另外火箭的质心位置应尽可能地靠前,以便使压心在质心的后面,保证火箭稳定飞行。所以,对于头锥,可以选用密度大一点的材料;对于尾段和尾翼,则应选用密度小一些的材料,且厚度要尽可能地薄。 图4.1 典型的模型火箭结构 一、箭体筒段箭体筒段(筒体)是
6、模型火箭的主要零件,它支撑、装载着模型火箭的其它零部件,其外径即模型火箭的直径。通常使用铜版纸或纸板制做箭体筒段。工业生产箭体筒段以纸为原料,用卷管机卷压成型,或螺旋卷绕,或平行卷绕;手工生产则多通过芯模将纸或纸板卷制成型(图4.2)。此外,也可用轻木片卷压成型、用玻璃布或玻璃纤维缠绕/浸渍环氧树脂成型。但目前市场上大量销售的箭体筒段多采用薄壁塑料管材,直径较大的箭体筒段则采用玻璃纤维/环氧树脂管。图4.2 纸管成型工艺正式比赛用模型的箭体筒段常采用玻璃钢或碳纤维/树脂制品。四凯模型火箭公司生产的箭体筒段外径有以下几个规格:19、22、35、90毫米等。 二、头锥工业生产头锥,通常采用塑料,以
7、注塑或吹塑成型法制造,其尺寸精确,表面光洁。手工制作头锥可采用轻木块车旋或削制而成,或以纸板制作。用纸板制作,型面难以做到卵形,通常只能做成圆锥形。头锥应有一段圆柱,圆柱外径略小于箭体内径,以便将头锥的圆柱插入箭体筒段的前端(参见图4.1)。木制头锥应以砂纸打磨光滑,以利减小气动阻力和便于喷涂涂料。 三、尾段尾段是用来安装发动机和尾翼的。但手工制做模型火箭时,最好将尾段与箭体筒段做成一体。尾段一般采用塑料,以注塑方法制造,但应设法使壁厚尽量减薄,以免尾段质量过大,使模型火箭质心后移。工业生产的尾段可以做成船形,即其底部直径小于箭体筒段直径,这样有利于减小底部阻力。 四、尾翼尾翼是用来稳定模型火
8、箭飞行的,一般采用3或4片尾翼,且其中性平面应通过火箭轴线,并对称、均匀分布于尾段周围。工业生产尾翼一般采用塑料压制或注塑成型。手工制作尾翼可以采用轻木片、纸板或ABS塑料片,划线后用模型刀或壁纸刀切割,注意:各尾翼大小、厚薄应一致。由于希望模型火箭的质心在压心之前,因此要求尾翼尽可能轻。而纸板的密度较低,但刚性小;轻木密度也低,刚性比纸板好, 而且可以削制得很薄, 气动阻力小,因此以轻木制做尾翼最佳。木制尾翼应注意木纹方向与尾翼前缘平行,以便增加尾翼强度,延长使用寿命(图4.3)。除纸尾翼和光滑塑料外,尾翼表面应以砂纸磨光,并使其前缘打磨成圆弧形,后缘打磨成刀口状(即机翼横剖面呈流线形),以
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