模型:长征五号整流罩与冯·卡门曲线 |
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这是我长征五号纸模型设计系列的一部分,主要说明长征五号整流罩截面的曲线,也就是冯卡门曲线是如何画的。在末尾会提供我绘制的长征五号整流罩曲线可下载文件。 其实对于曲线的考察是2016年大学本科期间的业余工作了,当时就将我的认识发布在了百度贴吧中航天吧-画冯卡门曲线与整流罩-link,现在将其复制到自己的博客中,一来是充实自己博客,而来是对于百度产品的逐渐失望。 天宫一号发射时,媒体就曾以【冯·卡门曲线:妙曼身姿 罩护天宫】之类发过许多的中国式宣传稿,但是——就是不会告诉你冯・卡门曲线到底是什么!
在百度百科里的一张“科普图”也让我醉了: 之前搜过,发帖询问过看来大家也都不知道。 后来无意中在wikipedia与Von Karman相关的词条Nose cone design(Wikipedia-link)中找到了答案。 从维基中翻译过来应该叫做:冯・卡门拱,是Haack函数族中的一个特例,满足给定拱长以及直径情况下的阻力最小。 函数就是长这样的: θ=arccos(1−2xL)\theta=\arccos\left(1-\frac{2x}{L}\right) θ=arccos(1−L2x) r(θ)=Rπθ−sin2θ2+Csin3θr(\theta)=\frac{R}{\sqrt{\pi}}\sqrt{\theta-\frac{\sin 2\theta}{2}+C\sin^3\theta} r(θ)=πRθ−2sin2θ+Csin3θ 这里r(θ)r(\theta)r(θ)就是Haack函数族。 在C=0C=0C=0情况下的Haack函数也就是冯卡门曲线rV(θ)r_V(\theta)rV(θ): rV(θ)=Rπθ−sin2θ2r_V(\theta)=\frac{R}{\sqrt{\pi}}\sqrt{\theta-\frac{\sin 2\theta}{2}} rV(θ)=πRθ−2sin2θ 我表示这个曲线公式简直简单啊,有什么好保密的????
通过科学软件MATLAB画出来就是这样: 这里蓝色曲线就是冯卡门曲线。 冯卡门曲线有两个需要注意的: 在x=0x=0x=0的地方是竖直的,也就是说转一圈变成三维图形顶部是光滑的,虽然比较尖; 在曲线末尾不是水平的,但是也已经十分接近水平 因此注意图中的红色部分。在实际过程中整流罩的顶部不是按照冯卡门曲线来制作,而是用一个球壳(段头帽)来代替。这个很简单,球壳与原曲线相切就行了。这就是图中的红色曲线表示的。把冯卡门曲线绕轴旋转一圈: 这是端头处的细节: 秉承我一贯一切围绕LM5。 我把长五的整流罩用科学计算软件又画了一遍。由于已有数据还是不全,不能保证比航天一院的精确,但是在爱好者中的模型中应该是最优了(_应该比P神的还好些)。 仅有的数据如下:整流罩全场12.267米,直径5.2米,冯卡门曲线部分5.9米 由于是用科学计算软件绘制,精确性有保证,但是渲染并非其专长。所以3D效果肯定不如3Dmax的。 如果有谁像做火箭3D模型的,我可以把数据发给你,eps格式的曲线,可以导入3Dmax,自己“车削”一下就好了。 |
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