基督教复临安息日会青少年荣誉解答手册/艺术与手工艺/模型火箭

模型火箭
艺术与手工艺总会参见模型火箭 - 高级	技能等级 1
艺术与手工艺总会参见模型火箭 - 高级	介绍年份：1970

模型火箭荣誉是工匠大师奖的组成部分。

(需要指导老师)

1. 了解并解释模型火箭安全守则。

材料。 我将只使用轻质非金属部件作为火箭的鼻锥、机身和尾翼。
发动机。 我将只使用经过认证的商用模型火箭发动机，不会篡改这些发动机或将其用于制造商推荐用途以外的任何用途。
点火系统。 我将使用电力发射系统和电力发动机点火器发射我的火箭。我的发射系统将在发射开关上安装一个安全联锁，并将使用发射开关，该开关在释放时返回到“关闭”位置。
哑火。 如果我的火箭在按下电力发射系统的按钮时没有发射，我将移除发射器的安全联锁或断开电池，并将等待上次发射尝试后 60 秒，然后再允许任何人靠近火箭。
发射安全。 我将在发射前进行倒计时，并确保在发射 D 级或更小的火箭时，所有人都在关注并保持至少 15 英尺的安全距离，在发射更大的火箭时保持 30 英尺的安全距离。如果我对未经测试的火箭的安全性和稳定性不确定，我将在飞行前检查稳定性，并且只有在警告观众并将他们疏散到安全距离后才会飞行。
发射器。 我将从指向垂直方向 30 度内的发射杆、发射塔或发射轨发射我的火箭，以确保火箭几乎直线上升，我将使用防爆板防止发动机的排气撞击地面。为了防止意外的眼睛伤害，我将放置发射器，使其发射杆的末端高于眼睛水平，或者在发射杆不使用时将其末端盖上。
尺寸。 我的模型火箭在发射时的重量不超过 1,500 克（53 盎司），并且不包含超过 125 克（4.4 盎司）的推进剂或 320 N-sec（71.9 磅-秒）的总冲量。如果我的模型火箭在发射时的重量超过一磅（453 克）或推进剂超过四盎司（113 克），我将在飞行前检查并遵守美国联邦航空管理局的规定。
飞行安全。 我不会将我的火箭发射到目标、云层或飞机附近，也不会将任何易燃或爆炸性有效载荷装入我的火箭。
发射场。 我将在户外发射我的火箭，在一个开放区域，该区域至少与附表中所示区域一样大，并且在安全的天气条件下，风速不超过每小时 20 英里。我将确保发射台附近没有干草，并且发射场没有引发草火的风险。
回收系统。 我将在我的火箭中使用回收系统，例如流苏或降落伞，以便它能够安全地返回并保持完好无损，以便能够再次飞行，并且我将只在火箭中使用阻燃或防火的回收系统填充物。
回收安全。 我不会尝试从电线、高树或其他危险的地方回收我的火箭。

http://nar.org/NARmrsc.html

2. 了解并解释基本模型火箭组件的重要性。

上图显示了单级模型火箭的各个部件。我们已将火箭侧放，并在机身管中切开一个孔，以便我们可以看到里面的情况。从最右边开始，火箭的机身是由绿色纸板管制成的，后面连接着黑色的尾翼。尾翼可以由塑料或轻木制成，用于在飞行过程中提供稳定性。模型火箭使用小型预包装固体燃料发动机。发动机只使用一次，然后在下次飞行时更换新的发动机。发动机有多种尺寸，可以在爱好商店和一些玩具商店购买。发动机的推力通过发动机安装座传递到火箭的机身。这部分固定在火箭上，可以由厚纸板或木头制成。发动机安装座上有一个孔，以便发动机的弹射药在滑行阶段结束时对机身管加压并弹射鼻锥和回收系统。回收填充物插入发动机安装座和回收系统之间，以防止弹射药的热气损坏回收系统。回收填充物与发动机一起出售。回收系统由降落伞（或流苏）和一些连接降落伞和鼻锥的绳索组成。降落伞和流苏由薄塑料片制成。鼻锥可以由轻木或塑料制成，可以是实心的或空心的。鼻锥在飞行前插入机身管。弹性减震绳连接到机身管和鼻锥，并在回收过程中用于将火箭的所有部件保持在一起。发射挂钩是连接到机身管的小管子（吸管）。发射轨穿过这些管子，为火箭在发射过程中提供稳定性。

来源：http://exploration.grc.nasa.gov/education/rocket/rktparts.html

3. 绘制以下内容

a. 模型火箭飞行步骤

发射： 发射从发动机点火开始，到火箭离开发射架结束。
动力上升： 发动机点火后，产生推力，使火箭离开发射台，升入空中。发动机将持续提供推力，直到它燃烧完，并继续推动火箭升空。
滑翔飞行： 发动机将燃烧一定时间后停止。此时，火箭会短暂延时，并利用在推力阶段获得的动量继续向上滑翔。当发动机燃烧完延迟药后，它会留下烟雾轨迹，供发射者观察。
弹出药： 在延迟结束时，发动机点燃弹出药，将火箭的鼻锥弹出，并展开回收系统。
缓慢下降： 火箭使用以下回收方式之一返回地面。
回收： 火箭着陆后，通常可以由其主人回收。

来源： http://exploration.grc.nasa.gov/education/rocket/rktflight.html

b. 模型火箭发动机剖视图，标注每个部件

c. 使用适当的电气符号绘制一个简单的发射系统的原理图

在这个发射器中，电源由电池提供。当安全开关闭合，点火器连接到端子（通常是一对鳄鱼夹）时，电流从电池流出，流经LED和电阻（点亮LED），流经点火器，流经开关，最后回到电池，完成电路。由于电流必须流经LED和电阻，电流会大大减小，不足以使点火器充分加热并启动火箭发动机。该电路中的电阻为300欧姆，足够高，可以防止点火器发热，但足够低，可以点亮LED。

一旦发射开关闭合，电流将流经开关，而不是流经LED和电阻。由于开关对电流的阻抗非常低，电流会大大增加。这种增加的电流会使点火器加热到足以启动火箭发动机的温度。

4. 定义以下术语

a. 填充物

填充物是一种防火纸状物质，将其揉成团，放在发动机和回收系统之间的机身管内。它的目的是防止发动机释放的热气体损坏回收系统和有效载荷。填充物与发动机一起出售，包装在一起。

b. 助推滑翔机

助推滑翔机是一种通过火箭动力发射到空中的模型，然后它的一部分或全部使用气动控制面平稳地滑回地球。在动力上升阶段，滑翔机部分充当连接到火箭上的稳定弹道体。然后，它在滑翔飞行阶段过渡到滑翔机。这种过渡是助推滑翔机设计中最具挑战性的方面。

c. 失速

在空气动力学中，失速是指机翼产生的升力突然减小。这种情况通常发生在机翼的临界迎角超过时。

d. 有效载荷

火箭的有效载荷放在鼻锥中。在模型火箭中，可能根本没有有效载荷。

e. 顶点

火箭的顶点是其飞行轨迹的最高点。

f. 重心

所有物质，无论大小、质量或形状，在其内部都有一個点，称为重心，或者更常见的是質心 (CM)。质心是物体所有质量完美平衡的精确位置。你可以很容易地找到一个物体（比如尺子）的质心，方法是将物体放在你的手指上。如果用来制作尺子的材料厚度和密度均匀，那么质心应该位于尺子两端的中点。如果尺子是用木头做的，并且在其中一端敲入了一个重钉，那么质心将不再位于中间。平衡点将更靠近有钉子的那一端。

质心在火箭飞行中很重要，因为不稳定的火箭绕着这个点翻滚。事实上，任何在飞行中的物体都有可能翻滚。扔一根棍子，它就会翻滚。扔一个球，它就会在飞行中旋转。旋转或翻滚是一种在飞行中变得稳定的方式。飞盘只有在用一定的旋转力扔出时才能到达你想要它去的地方。试着不旋转飞盘扔它。如果你成功了，你会发现飞盘会以不规则的轨迹飞行，并且会远远地落在目标之外。

g. 压力中心

除了质心之外，火箭内部还有另一个重要的中心会影响其飞行。这就是压力中心 (CP)。压力中心只在空气流过运动的火箭时存在。这种流动的空气与火箭外表面摩擦和推动，会导致它开始绕着其三个轴中的一个运动。想一想风向标。风向标是一根箭状的棍子，安装在屋顶上，用于指示风向。这支箭连接到一根作为支点的垂直杆上。这支箭是平衡的，因此质心正好位于支点。当风吹过时，这支箭会转动，箭尖会指向迎面而来的风。箭尾指向下风方向。

风向标箭尖指向风向的原因是箭尾的表面积远大于箭尖。流动的空气对箭尾施加的力大于对箭尖的力，因此箭尾被推开。在箭上有一个点，其两侧的表面积相同。这个点称为压力中心。压力中心的位置与质心不同。如果它们在同一个地方或非常靠近，那么火箭在飞行中就会不稳定。然后，火箭将试图绕着质心在俯仰和偏航轴上旋转，从而产生危险的状况。如果压力中心位于正确的位置，火箭将保持稳定。

火箭的压力中心位于尾部，质心位于头部，这一点非常重要。如果它们位于同一个地方或非常靠近，那么火箭在飞行中就会不稳定。然后，火箭将试图绕着质心在俯仰和偏航轴上旋转，从而产生危险的状况。如果压力中心位于正确的位置，火箭将保持稳定。

h. 冲量

冲量可以看作是作用于物体的力的动量变化。

i. 速度

速度是速度和方向的度量。如果速度或方向发生变化，速度就会发生变化。

j. 弹出

当模型火箭的发动机点燃弹射药时，在滑翔阶段结束时发生弹射。该药剂会炸掉鼻锥并释放降落伞或流苏。

5. 至少说出并描述四种不同的回收系统。

鼻锥爆炸回收

鼻锥爆炸回收是一种非常简单的回收技术，在 1950 年代早期模型中使用，有时在现代模型中也有使用。这是一种用发动机弹射药把火箭的鼻锥（通常用橡胶减震绳、凯夫拉绳或其他类型的绳子固定在机身管上）从机身管中弹射出去，破坏火箭的气动外形，造成高度增加的阻力，并降低火箭的速度，使其安全降落。鼻锥爆炸回收通常只适用于非常轻的火箭。

翻滚回收

最简单的办法，只适用于小型火箭或横截面积大的火箭，让火箭翻滚着回到地球。任何进入稳定弹道轨迹的火箭都不适合使用翻滚回收。

降落伞/流苏

小型模型火箭中最常用的方法。它使用发动机的弹射药（见下文）来展开或推出降落伞或流苏。空气阻力减慢了火箭的下落速度，最终（希望）以平稳、受控和轻柔的方式着陆。

滑翔回收

在滑翔回收中，弹射药要么展开一个机翼（机翼），要么从发动机上分离出一个滑翔机。如果调整得当，火箭/滑翔机将进入螺旋滑翔，并安全返回。在某些情况下，无线电遥控火箭滑翔机由飞行员像遥控模型飞机一样飞回地球。

一些火箭（通常是又细又长的火箭）比例适当，可以安全地以尾部朝下的方式滑翔回地球。这些被称为“倒滑”。

直升机回收

弹射药通过多种方法之一展开直升机式的叶片，火箭自动旋转回到地球。

6. 从套件中，组装、完成和喷漆一个单级火箭，该火箭的最小长度为六英寸，并配有回收系统，例如降落伞或流苏。成功发射并回收火箭，使回收系统正常展开。

国家火箭协会 (NAR) 为希望参与火箭活动的童军和 4-H 组织提供了一份很棒的指南。你可以在这里找到它: http://www.nar.org/pdf/youthprogs.pdf

模型火箭在许多爱好商店和玩具店有售。

参考资料

http://exploration.grc.nasa.gov/education/rocket/shortr.html