用计算机辅助设计软件设计模型火箭
大庆市第十七中学模型设计与制作室 吴德双
使用计算机DIY辅助设计工具软件设计模型火箭,可取得事半功倍之效.本文介绍的使用方便实用的航天模型辅助设计软件SpaceCAD 4设计模型火箭的方法,大大提高了工作效率和成功率.这个软件包含火箭模型的制图工具,具有 3D 及2D 的预览功能,还可测试您所设计的模型火箭所能达到的最大高度,是目前设计制作模型火箭优良的CAD辅助设计软件.
图1为SpaceCAD 4程序主界面,双击open打开,选择"火箭模型",共有72个模型火箭模版可供选择,对所选的模型火箭头锥、筒段、尾翼等作修改,使设计适合自己的要求.也可以自己设计模型火箭头锥、筒段、尾翼,降落伞、活塞等,对其使用材料、质量进行随意选择,并可估算出模型火箭的质心和压心位置,判断出模型火箭是否具有稳定性,以便及时进行改进工作.
现以一个简易捆绑式模型火箭的设计过程为例介绍这个软件的使用方法.表1是我校航模小组制作捆绑式模型火箭的原始数据,据此数据在SpaceCAD 4软件中进行设计、和估算质心和压心位置,判断模型火箭是否具有稳定性及所能达到的最大高度.
模型火箭 头锥 上下筒段 尾翼 降落伞 活塞
档板 其它 总重 箭体
总长
高(直经) 240mm 860mm 200mm 1000mm 88mm
1100mm
材料 泡沫 塑料 轻木 塑料 层板
质量 36g 96g 17g 21g 30g 30g 230g
设计头锥
单击nose按钮,开始编辑设计头锥.在Length的右框内输入头锥的长(高)度为300mm,在diameter的右框内输入头锥的底部直经为88mm,(图2),在shoulder下面length右框中输入头锥底部插入箭体中长度60mm,在dia(4)右框中输入头锥底部的直经87mm.单击shape的右框倒立的小三角下拉菜单选择头锥的形状,从4种类型中择其一(图2).捆绑式模型火箭的头锥截面一般为半椭圆形.再单击material的按钮,选择头锥的材质(共有28种材质可供选择.图3)及材质的厚度,单击OK,由计算机算出头锥质量.如果计算机算出头锥质量与原始数据不同,也可以输入头锥的质量(图4选择的质量是26g).
二、设计筒段
单击Tube按钮,编辑设计筒段.在Length的右框内输入筒段的长(高)度430mm(图5),单击material的按钮,选择筒段的材质,并选择材质的质量48g.
捆绑式模型火箭分上、下2个筒段,设计方法相同.
设计模型的尾翼
单击Fins按钮,编辑设计尾翼.在fin count的右对话框内输入尾翼的数量,在position的右对话框内输入尾翼在箭体底部的位置尺寸,在fin type下选择尾翼的形状(从软件给出的4种形状中选出.图6-1),单击material按钮,选择尾翼的材质,再选择材质厚度、质量等如图6-2.
单击open fin editor按钮,编辑尾翼的形状(图7).
四、设计发动机数量、型号、位置
单击engines按钮,在count 右框内选择发动机数量为5个C型,其中一个C6-4发动机,四个C6-0助推发动机,单击engine的右框倒立的小三角下拉菜单选择发动机型号,从软件给出的八种型号(a.b.c.d.e.f.g.h)中选出适用的发动机型号(图8).单击edit motor mount按钮,编辑并查看发动机的位置.C6-4发动机位于中央位置、4个C6-0助推发动机平均分布于四周(图9).
五、设计降落伞
单击Weight按钮,把description的右框内改写为Parachute(降落伞),并在weight的右框内输入伞的质量(21g),在location右框内输入降落伞在箭体长度(1000mm,图10).
六、设计档板、活塞
单击Bulkhead按钮,把原有名称改为"档板",如图11所示.选择档板的材质(三合板)、位置距离头锥顶部662.59mm、厚度3mm.
再单击Bulkhead按钮,把原有名称改为"活塞".箭体的堵塞(也称活塞.其作用是防止发动机喷出的火焰烧坏降落伞.图12).选择堵塞的材质(泡沫塑料)、位置为距头锥锥尖1020mm、厚度53mm.
预览测试模型火箭稳定性和估算飞行高度
单击stability按钮,软件即可显示出模型火箭重心(质心)和压力中心(压心)的位置,如果质心在压心前面(指相对于箭头方向),模型火箭是不稳定的(图13),须在头锥中加适量配重或增加尾翼面积.

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