簡易模型火箭的制作

是赟++凌一洲

模型火箭是一種廣受歡迎的科普器材，主要包括頭錐、箭體、尾翼、發(fā)動機(jī)，有的還會在箭體中加入降落傘與載重。本文介紹了一種簡易模型火箭的制作方法，可培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)綜合能力、創(chuàng)新能力和工程實踐能力。

一、設(shè)計制作

使用Openrocket軟件設(shè)計模型火箭圖紙（如圖1），并進(jìn)行模擬仿真，改進(jìn)設(shè)計。

1.頭錐

一個合適的頭錐對整個火箭的空氣動力性能極為關(guān)鍵。常用的頭錐一般有圓錐形、尖拱形、橢圓形、拋物線形等。其中拋物線形阻力較小，在真實的火箭中最常用，但制作較為麻煩，需要在車床上精確加工，費(fèi)時費(fèi)力。圓錐形頭錐雖然阻力較大，但制作最簡單，適用于簡易模型火箭。

2.箭體

箭體用于容納發(fā)動機(jī)、配重、降落傘以及連接頭錐、固定尾翼，通常為圓柱狀。在簡易模型火箭中，箭體常用PVC水管制作，以防止因爆炸產(chǎn)生大量碎片而造成意外傷害。

3.尾翼

尾翼能增加箭體的穩(wěn)定性，這對火箭能否在空中正常飛行有重要影響。模型火箭的尾翼通常有方形、圓形和翼形，其中翼形穩(wěn)定系數(shù)最高。箭體上一般連接三到四片尾翼。

在大型模型火箭中，尾翼通常用邊緣折起90°的鋁板制作，再通過螺絲固定在箭體上，但這種方法不適合簡易模型火箭的制作。我們的方法是：在箭體上畫出尾翼與箭體的接觸線，用紅熱的鋼尺輕輕壓在接觸線上，鋼尺的高溫使接觸線熔化成深約1mm的凹槽，冷卻后將尾翼插進(jìn)凹槽中，最后用纖維膠帶固定，并滲入502膠水加固。

4.發(fā)動機(jī)

發(fā)動機(jī)為火箭提供動力，是火箭的心臟，它的性能決定整個火箭的性能。出于安全考慮，簡易模型火箭通常采用非金屬發(fā)動機(jī)。

發(fā)動機(jī)堵頭建議用熱融膠制作，它具有良好的熱穩(wěn)定性、固定性和粘接強(qiáng)度。噴口種類有很多種，較為常用的是拉瓦爾噴口和直噴口。拉瓦爾噴口是超音速噴口，可以很好地加速氣流，用圓柱形石膏加工便可得到。直噴口不易被腐蝕，可以用水泥制作，簡易方便。

5.藥柱

簡易模型火箭通常使用KNSU（硝酸鉀-蔗糖）燃料為推進(jìn)劑，硝酸鉀與蔗糖的質(zhì)量比通常為65∶35或60∶40，后者比較適合新手。KNSU推進(jìn)劑常用的制作方法有熔鑄法、熱熔法、濕壓法和重結(jié)晶法。

其中濕壓法效果較差，熔鑄法難度較高，都不建議使用。我們改進(jìn)了熱熔法，使其具有操作簡便安全、燃燒性能優(yōu)良的特點。當(dāng)兩種燃料混合之后，切忌用明火加熱，即使用鹽浴也要不斷攪拌以防止局部過熱引起自燃。

推進(jìn)劑制作完畢后，需立刻裝入隔熱層或發(fā)動機(jī)中，加入干燥劑干燥，因為KNSU燃料吸濕性較大，要注意密封保存。

6.重心與壓心

為保證火箭飛行的穩(wěn)定，重心應(yīng)在壓心之前至少一個箭體直徑的位置。因此在制作完畢后，需測試火箭的重心與壓心。

先用一根細(xì)線將箭體懸掛，當(dāng)火箭水平時，繩子在火箭上的位置即為重心。再在厚紙板上裁剪出箭體側(cè)面的投影，然后用測定重心的方法1∶1找出紙板的重心，其對應(yīng)在箭體上的位置即為壓心。這種方法測出的壓心不是很準(zhǔn)確，可在箭體前部加一塊配重塊。由于新手制作的火箭推力普遍較小，配重塊質(zhì)量不能過大，以防止推力不足而導(dǎo)致火箭無法升空。

二、試車

在正式制作模型火箭時，應(yīng)制作至少兩個發(fā)動機(jī)以便檢查效果。試車時可以計算一下燃燒時間，并估算壓強(qiáng)。通常情況下，可以倒置發(fā)動機(jī)，并用磚塊固定，以方便試車。多余的推進(jìn)劑可進(jìn)行開放燃燒測試（如圖2），測試燃速等數(shù)據(jù)。