火箭模型具有很高的可玩性,並且能作為工具對青少年進行科技興趣及動手能力的培養,因此,在青少年航天模型比賽中火箭模型經常出現。火箭模型逐漸步入了多元化的道路,從最早的單一材料、單一外形火箭發展到如今的仿真火箭、多級火箭、水火箭等一系列火箭模型,觀賞性、可玩性都有了質的提高。本經驗將結合個人長期製作經驗,對火箭模型的製作方法及材料特性進行介紹,力求為大家自己製作火箭模型提供指導,幫助大家更容易的入門。
工具/原料
紙、紙板、輕木、塑料、複合材料
工作臺板、模型刀、壁紙刀、手鋸等
材料特性
首先介紹下模型火箭的常用材料的特性。首先是紙,紙是一種由植物纖維、礦物纖維、動物纖維、化學纖維或它們的混合物組成的均勻柔軟薄片;具有較高挺度的某些紙則叫做紙板。用來製做模型火箭的主要是摺疊盒紙板,它具有良好的耐劃性和摺疊性能;此外還有摺疊盒白紙板和塗布摺疊盒紙板,這兩種紙板都有良好的印刷性能,並可以刷塗料。紙板可以製做頭錐、箭體筒段和尾翼,尤適宜於製做箭體筒段(紙管)。紙適宜於用卷管機進行批量生產,常用的紙有銅版紙和牛皮紙。
還有輕木,輕木是一種具備輕質量和高強度的木材,儘管其密度不是最低,但其強度卻相當高,即具有較高的比強度(物質的強度與其密度之比,單位:焦耳/千克)。輕木有良好的加工性能。因此,長期以來,輕木一直是製做模具(木模)的基本材料。同樣,輕木也是製作模型火箭尾翼和頭錐的好材料。 國內用作模型火箭的輕木主要有泡桐、杉和紅白松等。
塑料是具有可塑性高分子的化合物。工程上常用的塑料有熱塑性和熱固性兩類,熱塑性塑料具有遇熱熔融、冷後變硬的特點,並且這一過程可以反覆多次,因此很適合用來製做模型火箭。ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)、聚氯乙烯、聚苯乙烯等都是熱塑性塑料,商家有板材供應。其中,ABS塑料具有良好的綜合性能、容易加工、尺寸穩定,是製作模型火箭的常用材料。而ABS板則是手工製作箭體筒段和尾翼的好材料。
此外還有複合材料,最常用的複合材料是玻璃鋼,它是以玻璃纖維或玻璃布浸漬環氧樹脂纏繞或敷設而成的製品。大尺寸的模型火箭常採用玻璃纖維或玻璃布浸漬環氧樹脂纏繞而成。另一種複合材料是碳纖維(布)/樹脂,即以碳纖維或碳布浸漬樹脂纏繞或敷設成的製品。
模型火箭的各零部件必須精細加工,尾翼應做到形狀、大小、厚薄一樣,而且必須相對火箭軸線對稱均布。否則,火箭飛行軌跡會發生偏離。另外火箭的質心位置應儘可能地靠前,以便使壓心在質心的後面,保證火箭穩定飛行。所以,對於頭錐,可以選用密度大一點的材料;對於尾段和尾翼,則應選用密度小一些的材料,且厚度要儘可能地薄。
方法/步驟
下面開始介紹製作方法,分為幾個部件:箭體筒段、頭錐、尾段 、尾翼 、發動機固定架、導向管 、回收裝置,分別製作 。可以參考東風一號模型。
一、箭體筒段(筒體)的製作。其是模型火箭的主要零件,它支撐、裝載著模型火箭的其它零部件,其外徑即模型火箭的直徑。通常使用銅版紙或紙板製做箭體筒段。工業生產箭體筒段以紙為原料,用卷管機卷壓成型,或螺旋卷繞,或平行卷繞;手工製作則多通過芯模將紙或紙板卷製成型,這裡大家可以利用直尺進行輔助,將紙捲曲成適當直徑的紙筒即可。
二、工業生產頭錐,通常採用塑料,以注塑或吹塑成型法制造,其尺寸精確,表面光潔。手工製作頭錐可採用輕木塊車旋或削制而成,或以紙板製作。用紙板製作,型面難以做到卵形,通常只能做成圓錐形。頭錐應有一段圓柱,圓柱外徑略小於箭體內徑,以便將頭錐的圓柱插入箭體筒段的前端。木製頭錐應以砂紙打磨光滑,以利減小氣動阻力和便於噴塗塗料。 此外,也可用輕木片卷壓成型、用玻璃布或玻璃纖維纏繞/浸漬環氧樹脂成型。但目前市場上大量銷售的箭體筒段多采用薄壁塑料管材,直徑較大的箭體筒段則採用玻璃纖維/環氧樹脂管。這部分手工製作有一些難度,同樣可以用手將紙捲成圓錐狀,或者利用身邊的諸如飲料瓶等物件,剪裁後當成火箭頭錐部分。
三、尾段是用來安裝發動機和尾翼的。但手工製做模型火箭時,最好將尾段與箭體筒段做成一體。尾段一般採用塑料,以注塑方法制造,但應設法使壁厚儘量減薄,以免尾段質量過大,使模型火箭質心後移。工業生產的尾段可以做成船形,即其底部直徑小於箭體筒段直徑,這樣有利於減小底部阻力。
四、尾翼是用來穩定模型火箭飛行的,一般採用3或4片尾翼,且其中性平面應通過火箭軸線,並對稱、均勻分佈於尾段周圍。 工業生產尾翼一般採用塑料壓制或注塑成型。手工製作尾翼可以採用輕木片、紙板或ABS塑料片,劃線後用模型刀或壁紙刀切割. 由於希望模型火箭的質心在壓心之前,因此要求尾翼儘可能輕。而紙板的密度較低,但剛性小;輕木密度也低,剛性比紙板好, 而且可以削製得很薄, 氣動阻力小,因此以輕木製做尾翼最佳。木製尾翼應注意木紋方向與尾翼前緣平行,以便增加尾翼強度,延長使用壽命。除紙尾翼和光滑塑料外,尾翼表面應以砂紙磨光,並使其前緣打磨成圓弧形,後緣打磨成刀口狀(即機翼橫剖面呈流線形),以利減小氣動阻力,如圖。
五、發動機固定架。發動機固定架的作用,是使安裝在箭體筒段內的模型火箭發動機得以固定,確保模型火箭在發射、飛行和回收過程中,發動機不會脫離箭體。由於常用模型火箭發動機的外形基本相同,而模型火箭直徑各不相同,為便於更換髮動機,所以需要採用發動機固定架。固定架通常由套管、固定環和卡鉤組成。手工製作需要確保固定牢固,以免發動機飛出。
六、導向管又叫做發射管,通常採用紙管制做。粘接導向管時,一定要注意導向管與箭體平行;如果採用兩個導向管,則一定要保證兩個導向管位於同一直線上,粘接時可以用一根平直的導向杆定位。這一點非常重要,否則,可能發生一個導向管套上了,另一個套不上;或者,雖然都套上了,但火箭在導向杆上運動時會因二導向管稍許錯位而發生顫振,火箭出杆後會發生翻滾現象。發射架的導向杆的平直度也至關重要,它也會影響火箭起飛和飛行的穩定性。
七、 常用的回收裝置是降落傘,是用來使模型火箭緩慢降落的裝置,以減輕火箭接觸地面時的撞擊力,延長火箭的使用壽命。降落傘由傘布、傘繩和彈性繩組成。一般的高度和留空模型採用塑料薄膜(如一次性餐桌布)製做傘布,按設計要求剪裁;然後以壓敏膠紙粘接傘繩;最後按設計要求將傘繩與彈性繩連接在一起。對於大型模型火箭,最好用薄絲綢或尼龍綢做傘布,傘繩與傘布以針線縫合牢靠。
外表處理和裝飾。
雖然各零部件在製做時都進行了必要的打磨和清理,但在組裝過程中難免會沾上灰塵和異物,在裝飾前應該進行一次清理,必要時還要打磨。如果發現在非分離部位有縫隙,應以填料塗抹後再磨光。
表面清理後,即可進行裝飾,自制模型火箭一般需要噴塗塗料,如果有塑料件,不可使用硝基塗料,最好使用油漆。顏色根據個人愛好選擇或進行調配,但應做到美觀大方,色澤協調。 底層最好噴塗白漆,如果漆幹以後,色澤不勻,可適當打磨後再噴塗一層白漆。待幹後,噴塗色漆,如果以多種顏色組合,則應先塗淺色漆,而後塗深色漆; 噴塗第二道漆時.應將第一道漆用紙包裹住。每次塗漆,都應待上一次漆幹以後進行,並視情況,確定要不要進行打磨。有條件時,最好使用帶噴槍的漆筒進行噴漆。如果製作者有繪畫才能,可以在白紙上繪製圖案,貼在箭體適當位置,然後罩一層透明塗料(清漆)。
注意事項
製作過程用刀時注意安全。
保持耐心,熟能生巧。