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、發動機，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，可培養學生的專業綜合能力、創新能力和工程實踐能力。

一、設計制作

使用Openrocket軟件設計模型火箭圖紙（如圖1），并進行模擬仿真，改進設計。

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，費時費力。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

箭體用于容納發動機、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，以防止因爆炸產生大量碎片而造成意外傷害。

3.尾翼

尾翼能增加箭體的穩定性，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，其中翼形穩定系數最高。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，冷卻后將尾翼插進凹槽中，最后用纖維膠帶固定，并滲入502膠水加固。

4.發動機

發動機為火箭提供動力，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動機。

發動機堵頭建議用熱融膠制作，它具有良好的熱穩定性、固定性和粘接強度。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）燃料為推進劑，硝酸鉀與蔗糖的質量比通常為65∶35或60∶40，后者比較適合新手。KNSU推進劑常用的制作方法有熔鑄法、熱熔法、濕壓法和重結晶法。

其中濕壓法效果較差，熔鑄法難度較高，都不建議使用。我們改進了熱熔法，使其具有操作簡便安全、燃燒性能優良的特點。當兩種燃料混合之后，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。

推進劑制作完畢后，需立刻裝入隔熱層或發動機中，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定，重心應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。

先用一根細線將箭體懸掛，當火箭水平時，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，其對應在箭體上的位置即為壓心。這種方法測出的壓心不是很準確，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，配重塊質量不能過大，以防止推力不足而導致火箭無法升空。

二、試車

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