简易模型火箭的制作

是赟++凌一洲

模型火箭是一种广受欢迎的科普器材，主要包括头锥、箭体、尾翼、发动机，有的还会在箭体中加入降落伞与载重。本文介绍了一种简易模型火箭的制作方法，可培养学生的专业综合能力、创新能力和工程实践能力。

一、设计制作

使用Openrocket软件设计模型火箭图纸（如图1），并进行模拟仿真，改进设计。

1.头锥

一个合适的头锥对整个火箭的空气动力性能极为关键。常用的头锥一般有圆锥形、尖拱形、椭圆形、抛物线形等。其中抛物线形阻力较小，在真实的火箭中最常用，但制作较为麻烦，需要在车床上精确加工，费时费力。圆锥形头锥虽然阻力较大，但制作最简单，适用于简易模型火箭。

2.箭体

箭体用于容纳发动机、配重、降落伞以及连接头锥、固定尾翼，通常为圆柱状。在简易模型火箭中，箭体常用PVC水管制作，以防止因爆炸产生大量碎片而造成意外伤害。

3.尾翼

尾翼能增加箭体的稳定性，这对火箭能否在空中正常飞行有重要影响。模型火箭的尾翼通常有方形、圆形和翼形，其中翼形稳定系数最高。箭体上一般连接三到四片尾翼。

在大型模型火箭中，尾翼通常用边缘折起90°的铝板制作，再通过螺丝固定在箭体上，但这种方法不适合简易模型火箭的制作。我们的方法是：在箭体上画出尾翼与箭体的接触线，用红热的钢尺轻轻压在接触线上，钢尺的高温使接触线熔化成深约1mm的凹槽，冷却后将尾翼插进凹槽中，最后用纤维胶带固定，并渗入502胶水加固。

4.发动机

发动机为火箭提供动力，是火箭的心脏，它的性能决定整个火箭的性能。出于安全考虑，简易模型火箭通常采用非金属发动机。

发动机堵头建议用热融胶制作，它具有良好的热稳定性、固定性和粘接强度。喷口种类有很多种，较为常用的是拉瓦尔喷口和直喷口。拉瓦尔喷口是超音速喷口，可以很好地加速气流，用圆柱形石膏加工便可得到。直喷口不易被腐蚀，可以用水泥制作，简易方便。

5.药柱

简易模型火箭通常使用KNSU（硝酸钾-蔗糖）燃料为推进剂，硝酸钾与蔗糖的质量比通常为65∶35或60∶40，后者比较适合新手。KNSU推进剂常用的制作方法有熔铸法、热熔法、湿压法和重结晶法。

其中湿压法效果较差，熔铸法难度较高，都不建议使用。我们改进了热熔法，使其具有操作简便安全、燃烧性能优良的特点。当两种燃料混合之后，切忌用明火加热，即使用盐浴也要不断搅拌以防止局部过热引起自燃。

推进剂制作完毕后，需立刻装入隔热层或发动机中，加入干燥剂干燥，因为KNSU燃料吸湿性较大，要注意密封保存。

6.重心与压心

为保证火箭飞行的稳定，重心应在压心之前至少一个箭体直径的位置。因此在制作完毕后，需测试火箭的重心与压心。

先用一根细线将箭体悬挂，当火箭水平时，绳子在火箭上的位置即为重心。再在厚纸板上裁剪出箭体侧面的投影，然后用测定重心的方法1∶1找出纸板的重心，其对应在箭体上的位置即为压心。这种方法测出的压心不是很准确，可在箭体前部加一块配重块。由于新手制作的火箭推力普遍较小，配重块质量不能过大，以防止推力不足而导致火箭无法升空。

二、试车

在正式制作模型火箭时，应制作至少两个发动机以便检查效果。试车时可以计算一下燃烧时间，并估算压强。通常情况下，可以倒置发动机，并用砖块固定，以方便试车。多余的推进剂可进行开放燃烧测试（如图2），测试燃速等数据。