多级火箭建模

第八章几种特殊的模型火箭所谓特殊的模型火箭，是相对于一般单级高度模型或留空模型火箭(这里我们统称之为一般单级模型火箭)而言的，其中包括多级模型火箭、捆绑模型火箭、仿真模型火箭，以及载荷模火箭等。

除此之外，还有火箭和(火箭)助推/滑翔机留空模型，以及自转旋翼留空模型和柔性翼留空模型。

本章只介绍前4种模型。

第一节多级模型火箭一、多级火箭推进原理*在第二章中，我们已经知道，单级火箭所能达到的速度增量取决于其火箭发动机的有效排气速度和火箭的起飞质量与发动机熄火时的质量之比。

为了提高火箭的速度，就要增加火箭发动机的数量，一种办法是将两个或两个以上的发动机串联起来，组成多级火箭。

当第1级发动机熄火后，随即将其抛掉（分离），第2级发动机立即点火，接着工作，……这样，就能有效地提高火箭的最终飞行速度。

因为第1级发动机熄火后，火箭的速度增量等于第1级发动机的有效排气速度乘上火箭起飞质量与第1级发动机熄火时火箭质量之比的自然对数；当火箭将已熄火的第1级发动机抛掉后，第2级发动机开始工作时的火箭质量减小了，当第2级发动机熄火时，火箭的速度就等于火箭第1级发动机熄火时的速度增量加上第2级发动机熄火时的速度增量，而第2级发动机熄火时的火箭速度增量等于第2级发动机的有效排气速度乘上第2级发动机点火时火箭的质量与第2级发动机熄火时火箭质量之比的自然对数；…第3级火箭熄火时的火箭速度等于第1级发动机熄火时的速度增量加上第2级发动机熄火时的速度增量，再加上第3级发动机熄火时的速度增量；以此类推。

与运载火箭一样，采用两个（组）或两个（组）以上的模型火箭发动机串联组成的模型火箭叫做多级模型火箭。

不论有多少发动机，只要它们同时点火、同时分离，它们就是同一级。

多级模型火箭的飞行速度比单级模型火箭的速度要大得多，它的射程也比单级模型火箭高得多。

二、多级模型火箭概念为了解释多级模型火箭的几个基本概念，我们以3级模型火箭为例来加以说明。

如图8.1所示，最下面的一级发动机（一个或多个）及其外壳叫做第1级火箭，中间的发动机（一个或多个）及其外壳叫做第2级火箭，最上面的一级发动机（一个或多个）叫做第3级火箭；通常第1级又叫做下面级，第2、3级也叫做上面级。

长征2F运载火箭仿真模型技术方案
图片介绍：
主外形尺寸图：
长征2F运载火箭介绍：
长征二号F运载火箭(CZ-2F)是在长征二号捆绑运载火箭的基础上，按照发射载人飞船的要求，以提高可靠性确保安全性为目标研制的运载火箭。

火箭由四个液体助推器、芯一级火箭、芯二级火箭、整流罩和逃逸塔组成，是目前我国所有运载火箭中起飞质量最大、长度最长的火箭。

性能参数：
全长58.34m
火箭芯级直径为3.35m
整流罩最大直径3.8m
模型尺寸：长7m
结构及吊装
火箭模型分火箭主体、助推器、整流罩、逃逸塔等部分制作。

主体全金属制作，小部件用工程塑料加工。

火箭所有金属件均经过2~3遍防腐喷涂处理，面漆及图案喷涂仿照真实火箭喷涂，做到高度仿真。

全等模型专题3：火箭模型火箭模型是一种常见的模型制作项目，具有吸引力和趣味性。

本文档将介绍火箭模型制作的基本步骤及相关要点。

一、准备材料制作火箭模型所需材料包括：- 纸板或泡沫板：用于制作火箭的外壳。

- 透明胶带或胶水：用于连接和固定纸板或泡沫板。

- 喷漆和刷子：用于给火箭外壳上色。

- 剪刀和尺子：用于剪裁和测量材料。

- 火箭发动机：可在专业模型店购买。

- 火箭发射器：用于发射火箭，确保安全操作。

二、制作步骤1. 设计火箭外形：根据自己的想象和创意，使用纸板或泡沫板剪裁出火箭的外壳形状。

可以参考现有的火箭图纸或模型进行设计。

2. 拼装火箭外壳：使用透明胶带或胶水将剪裁好的纸板或泡沫板拼装成火箭外壳。

确保外壳的稳固性和密封性。

3. 上色：使用喷漆和刷子为火箭外壳上色。

可以根据个人喜好选择颜色，并确保涂层均匀且干燥。

4. 安装发动机：根据火箭发动机的尺寸和要求，选择合适的位置将发动机安装到火箭外壳中。

确保发动机与外壳连接紧密。

5. 准备发射器：根据发射器的说明书，安装和调试发射器。

确保发射器稳定且符合安全要求。

6. 发射火箭：在开阔的空地或专门的火箭发射场进行火箭发射。

按照发射器的操作说明，确保操作安全并保持适当的距离。

三、注意事项- 在制作火箭模型时，确保工作区域安全整洁，远离易燃物品。

- 使用剪刀、刀具或其他尖锐工具时要小心，避免伤害。

- 在发射火箭前，请仔细阅读和遵守发射器的使用说明，确保操作正确和安全。

火箭模型制作是一个有趣且具有挑战性的项目，可以培养创造力和动手能力。

希望本文档能对你制作火箭模型有所帮助，祝你成功！。

多级模型火箭发射与载荷收回电控教学教案多级模型火箭发射与载荷收回电控教学教案一、引言多级模型火箭发射与载荷收回是天文科学与航空航天学中的重要实践内容。

通过设计和制作多级模型火箭，学生可以深入了解火箭发射原理，研究航天技术的基本原理和工程实践。

本教学教案旨在引导学生掌握多级模型火箭发射与载荷收回的电控技术，并培养学生的创新思维和科学实践能力。

二、多级模型火箭发射与载荷收回的基本原理1. 多级模型火箭发射原理多级模型火箭是由两个或多个级别的燃料推动器组成的。

每个级别的推动器都具有自己的燃料和推进系统。

当第一级推动器燃料耗尽时，它会被分离并引爆第二级推动器。

这样的设计能够使火箭获得更高的速度和高度。

2. 载荷收回原理在多级模型火箭发射过程中，为了实现载荷的收回，可以采用降落伞或无线电控制系统。

降落伞是一种被放出的布料，通过增加阻力来减慢下降速度，确保载荷平稳着陆。

而无线电控制系统可以通过遥控装置控制载荷的自主下降或者回收。

三、多级模型火箭发射与载荷收回电控教学教案1. 实验装备准备准备工作包括制作多级模型火箭、选择电控系统、组装火箭部件等。

学生需要根据教师提供的材料和指导，按照设计规定完成组装和调试工作。

2. 火箭发射与载荷收回的实验过程2.1 火箭发射实验过程2.1.1 火箭预发射准备学生需要检查火箭的状态、电源和燃料供应是否正常，并确保发射场地和安全措施符合要求。

学生还需要熟悉火箭的控制系统和操作过程，以便在发射前进行调试和校准。

2.1.2 火箭发射过程学生需要在教师指导下进行实验操作。

在点火后，火箭会发生动力推进，直到第一级燃料耗尽。

此时，第一级推动器会被分离并引爆第二级推动器。

学生需要记录火箭的高度、速度和其他相关数据，以便进行后续分析和评估。

2.2 载荷收回实验过程2.2.1 载荷收回设置学生可以选择降落伞或无线电控制系统来实现载荷的收回。

对于降落伞系统，学生需要根据载荷的重量和大小选择合适的降落伞，并确保降落伞与载荷连接牢固。

多级模型火箭发射与载荷收回电控教学教案一、引言在现代科技日新月异的今天，科学教育已经成为越来越重要的一部分。

作为一种具有创造性和前瞻性的科学教学活动，多级模型火箭发射与载荷收回电控教学教案吸引了越来越多的学生和教师的热情。

在这篇文章中，我们将全面探讨多级模型火箭发射与载荷收回电控教学教案的深度和广度，并共享个人的观点和理解。

二、多级模型火箭发射1. 多级模型火箭发射是什么？多级模型火箭发射是一种通过多个推进器级联装置的方式实现更高飞行高度和更远飞行距离的火箭发射方式。

它是一种复杂而又具有挑战性的科学实验，可以让学生在实践中更好地理解火箭发射原理和相关知识。

2. 多级模型火箭发射的教学意义多级模型火箭发射不仅可以激发学生对科学的兴趣，还可以提高他们的动手能力和实验设计水平。

通过自己动手制作和发射多级模型火箭，学生可以更好地理解火箭的工作原理，加深对物理学、航空航天学等科学知识的理解和掌握。

3. 多级模型火箭发射的实践操作在多级模型火箭发射的实践操作中，教师可以设计一些具有挑战性和创造性的任务，让学生在操作过程中更好地体验科学实验的乐趣和成就感。

设置不同的发射高度、需达到的飞行距离等目标，让学生根据不同的条件进行火箭的设计和发射实验，从中体会到科学实验的乐趣和挑战性。

三、载荷收回电控教学教案1. 载荷收回电控的主要内容载荷收回电控是多级模型火箭发射中不可或缺的一环，它是指在火箭返回地面的过程中控制载荷的收回，并保障载荷的完好性。

在这一环节中，学生需要掌握如何设计和搭建有效的载荷收回电控系统，以确保科学实验的顺利进行。

2. 载荷收回电控的重要性在实际的火箭发射过程中，载荷收回电控起着至关重要的作用。

它不仅可以保障航天器及其载荷的完好性，还可以让学生更好地理解电子技术和控制原理，为以后的科学研究和学习打下良好的基础。

3. 载荷收回电控的实践操作在实践操作中，教师可以根据不同的年级和学生水平设计相应的实验任务，让学生在实践中更好地掌握载荷收回电控系统的搭建和调试方法。

大学生数学建模承诺书我们仔细阅读了数学建模的规则.我们完全明白，在竞赛开始后参赛队员不能以任何方式（包括电话、电子邮件、网上咨询等）与队外的任何人（包括指导教师）研究、讨论与赛题有关的问题。

我们知道，抄袭别人的成果是违反竞赛规则的, 如果引用别人的成果或其他公开的资料（包括网上查到的资料），必须按照规定的参考文献的表述方式在正文引用处和参考文献中明确列出。

我们郑重承诺，严格遵守竞赛规则，以保证竞赛的公正、公平性。

如有违反竞赛规则的行为，我们将受到严肃处理。

所属班级（请填写完整的全名）：09级数学与应用数学班队员(打印并签名) ：1. 王茜2. 丁*燕3. 毕瑞4. 李*洋5. 王*彬小组负责人(打印并签名)：李*洋日期： 2012 年 5 月 1 日赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）：题目：三级火箭发射人造卫星分析摘要：火箭是一个非常复杂的系统，本文主要从卫星的速度因素着手，忽略一些次要因素将问题简化，再利用所学物理学知识建立数学模型，得出火箭飞行速度与其初始质量和飞行过程中的质量关系，进而分析得出结论。

关键词：卫星发射 牛顿定律 三级火箭 动能守恒 万有引力定律一、问题重述建立一个模型说明要用三级火箭发射人造卫星的道理。

（1）设卫星绕地球做匀速圆周运动，证明其速度为r g R v /=，R 为地球半径，r 为卫星与地心距离，g 为地球地面重力加速度。

要把卫星送上离地面600km 的轨道，火箭末速度v 应为多少？（2）设火箭飞行中速度为)(t v ,质量为)(t m ,初速度为零，初始质量为 0m ,火箭喷出的气体相对于火箭的速度为u ，忽略重力和阻力对火箭的影响。

用动量守恒原理证明)(ln)(0t m m u t v =。

由此你认为要提高火箭的末速度应采取什么措施？ （3）火箭质量包括3部分：有效载荷（卫星）p m ；燃料f m ；结构（外壳、燃料舱等）s m ，其中s m 在s f m m +中的比例计作λ，一般λ不小于10%。

长征2F运载火箭仿真模型技术方案
图片介绍：
主外形尺寸图：
长征2F运载火箭介绍：
长征二号F运载火箭(CZ-2F)是在长征二号捆绑运载火箭的基础上，按照发射载人飞船的要求，以提高可靠性确保安全性为目标研制的运载火箭。

火箭由四个液体助推器、芯一级火箭、芯二级火箭、整流罩和逃逸塔组成，是目前我国所有运载火箭中起飞质量最大、长度最长的火箭。

性能参数：
全长58.34m
火箭芯级直径为3.35m
整流罩最大直径3.8m
模型尺寸：长7m
结构及吊装
火箭模型分火箭主体、助推器、整流罩、逃逸塔等部分制作。

主体全金属制作，小部件用工程塑料加工。

火箭所有金属件均经过2~3遍防腐喷涂处理，面漆及图案喷涂仿照真实火箭喷涂，做到高度仿真。

多级火箭级间分离流动特性的数值模拟摘要: 本文主要研究了多级火箭级间分离流动特性的数值模拟，以及其对火箭飞行性能的影响。

我们采用了一系列数值方法，包括有限体积法、有限差分Roe模型和有限宽度模型，将多级火箭进展模拟在某种低雷诺数环境中进行流动冷却考虑。

利用有效核心壳厚度获取所有分离点上的分离压力，以及分离前后的速度和位置，并对模拟结果进行分析研究。

关键词: 多级火箭，级间分离流动特性，数值模拟，低雷诺数环境，分离压力，有效核心壳厚度正文：1. 引言本文主要研究了多级火箭级间分离流动特性的数值模拟，以及其对火箭飞行性能的影响。

火箭级间分离流动特性是一个复杂的过程，其过程影响着火箭飞行性能，因此其研究非常重要。

以往的研究已经大量使用数值模拟技术来研究火箭级间分离流动，但大多数研究都侧重于单级运动，而有限体积法、有限差分Roe模型，和有限宽度模型尚未在多级火箭情况下用来模拟流动。

2. 数值模拟方法首先，本文采用了一系列数值方法，包括有限体积法、有限差分Roe模型和有限宽度模型，将多级火箭进展模拟在某种低雷诺数环境中进行流动冷却考虑。

为了将火箭穿越舱壁给以模拟，我们使用了双向测量模型。

本文采用的数据网格是三角形网格，对其采用双线性插值，并将其作为函数推向分离点周围。

3. 结果利用本文提出的模型，可以获得所有分离点上的分离压力，以及分离前后的速度和位置，并对模拟结果进行分析研究。

结果表明，多级火箭的级间分离流动特性是一个复杂的过程，并会对火箭飞行性能产生重要影响。

4.结论本文提出的数值模型可以很好地模拟多级火箭的级间分离流动特性，并可以更好地理解火箭飞行性能的影响。

多级火箭级间分离流动特性的数值模拟可以应用于实际太空飞行中，从而提升火箭的精准性和可靠性。

在工业市场中，多级火箭级间分离流动特性的数值模拟可以作为设计火箭型号、火箭发射路径和其他参数的评估来源，而这些都直接影响着飞行安全和飞行成功率。

此外，实验飞行发射也可以通过火箭级间分离流动特性的数值模拟来实现高精度的导航和控制，从而提升实验发射的成功率。

导弹三维建模及飞行仿真实验步骤1．导弹的三维建模STK/VO模块为STK提供了出色的三维显示环境。

通过显示的飞行器、遥感器投影和轨道，直观、逼真地表现出复杂的航天任务和轨道几何学。

MDE是随VO模块提供的3D模型编辑工具。

建立3D模型最简便的方法是修改现成的模型文件。

现成的文件可以重命名为新文件，然后使用标准的文本编辑器即可进行编辑。

所有3D模型文件均为标准的ASCII文件，文件扩展名为.mdl。

建立新的模型文件必须符合STK定义的标准和格式。

3D模型文件为分级结构，由实体和组件构成。

组件包含定义组件的实体（如多边形或圆柱），描述某些内容的参数（如颜色和亮度），或被其它组件引用的实体。

对于分级结构来说，组件是所有实体和子组件的父级。

V ehicle.mdl文件包含由实体和组件构成的简单树形结构。

图1 飞行器分解示意图导弹结构分解图如下：图2导弹模型的结构分解图步骤：（1）这里建立的是“xx一号”弹道导弹，它的外形主要模仿东风21。

我使用的软件是3ds max 2013x64。

（2）按照导弹的特性以及我自己的想象，我首先给导弹设计了一个流线型的弹桶，它前窄后宽，这样在导弹的第一个飞行阶段，在大气层内有助于减少空气阻力。

然后我为导弹加了一个导弹头，它是一个椭球的一半。

然后在这个半椭球和弹桶之间还有一节小的固定装置。

其实这个固定装置是控制中心并且它里边还有调整弹头姿态以及在再入段多次进入大气层用的制动装置。

然后我为导弹尾部加了四个喷口。

紧接着我为导弹加了四个尾翼。

其实对于弹道导弹来说它的意义不大，这里主要是为了帅。

最后我为我的“xx 一号”加上了帅气的天蓝色迷彩使它更具观赏性。

如图：（3）想将在3dsmax里制作的模型应用于stk并不是一件轻松的事情。

首先，我们要利用3dsmax将做好的模型导出成.obj格式。

这样，他就能被一些3d模型转换软件（例如deep exploration）所读取。

如图：其实deepexploration是可以支持.3ds和.max格式的。

第33卷第6期2020年12月Vol.33No.6Dec.2020振动工程学报Journal of Vibration Engineering多管火箭发射动力学建模与PID主动控制李波％,芮筱亭2,王国平2,张建书2,周秦渤2（1南京航空航天大学机电学院"江苏南京210016；2.南京理工大学发射动力学研究所"江苏南京210094）摘要：多管火箭射击过程中，火箭弹碰撞和燃气流冲击力的作用会引起多管火箭俯仰角和回转角较大幅度的振动"这种大幅度振动会造成结构的疲劳，缩短使用寿命％更重要的是，如果振动衰减缓慢，俯仰机构和回转机构在每一发火箭弹射击时刻就会出现角偏差，从而引起较大的火箭弹散布％针对上述问题，建立了多管火箭弹炮一体化非线性动力学模型，在此基础上研究PID主动控制％接着，对多管火箭发射动力学控制进行数值仿真研究％无控与有控仿真结果表明，多管火箭动力学PID主动控制有效降低了射击过程中多管火箭的振动及射击偏差，提高了多管火箭射击密集度％关键词：发射动力学；振动控制；PID控制；多管火箭中图分类号：0313；TB53；TJ393文献标志码：ADOI：10.16385/ki.issn.1004-4523.2020.06.001文章编号：1004-4523(2020)06-1103-09引言自世界上最早的多管火箭武器“喀秋莎”火箭炮问世以来,多管火箭由于射速快、火力大、威力猛、射界大、机动性高等一系列特点受到世界各军事强国越来越广泛的重视。

射击精度是多管火箭系统的重要战术技术指标之一，提高多管火箭射击精度将使其毁伤效能大幅增加,然而射击精度差一直制约着多管火箭综合作战性能的提升及其自身的快速发展。

20世纪90年代以来，国外学者纷纷提出主动制导的概念，通过控制火箭弹提高多管火箭射击精度%多管火箭连射过程中的指向精度是影响射击精度的主要因素之一％火箭弹碰撞与燃气射流冲击力很容易引起多管火箭炮偏离原来的期望角度，对于多管火箭这种连射武器，指向偏差必然影响后续火箭弹的发射，致使火箭弹散布显著增加、降低多管火箭射击精度％理论与试验结果表明，非常小的多管火箭方位偏差（如1Gil,Gil为军事上角度的测量单位，1mil"0.001rad）都会引起显著的火箭弹散布传统的多管火箭只对调炮过程进行控制，而对射击过程不加控制％由上述分析可知，即使调炮过程再精确，后续火箭弹连射过程中的冲击力也会导致火箭炮产生射击偏差，降低射击精度％多管火箭发射动力学控制是通过控制多管火箭炮运动、提高多管火箭射击精度的一种全新思路，也是多管火箭动力学中一个重要的研究领域和发展方向％基于动力学模型的多管火箭控制最早开始于被动控制方法％20世纪80年代，Cochran等+,最先提出多管火箭被动控制的思想，即不需要施加任何外界能源，利用火箭发射系统的自反馈使其所产生的火箭起始扰动引起的弹道偏差能尽量与推力偏心、质量偏心、动不平衡所引起的弹道偏差相抵消，减小火箭弹散布,从而提高多管火箭射击精度％此后，中国学者在Cochran被动控制思想的基础上也开始了多管火箭被动控制的研究，以徐明友⑴、陈国光等、陈璧辉［10］、潘宏侠等、陈树越等、赵文宣等+13、王春峰等+14、章定国等+15学者的研究最具有代表性％但是，这些被动控制方法只适用于由于火箭弹缺陷引起的定向器振动，而不适用于由于冲击力引起的振动。