30km高空气象火箭总体设计+文献综述(2)
1．1 气象火箭的概述及研究意义
人类的生活与大气息息相关，对空间探索也不曾间断。从1749，英国人亚历山大将温度计绑在风筝上，用以测量最底层大气的温度开始，到近现代发射的气象卫星和气象火箭，人类的尝试从未停止过。对大气的深入研究可以让人类更加精确地掌握气候的变化及空间传播，这对农业，旅游，军事等领域都极具意义。
火箭探空是人类认识自然，利用自然，特别是探测研究高空环境和开发利用高空资源的重要手段。气象火箭即携带气象仪器对中、高层大气进行探测的火箭。观测目包括大气温度、密度、风向和风速等气象要素，以及大气成分、太阳紫外线辐射等容。由于火箭飞行高度可达100千米以上，一次延伸了无线电探空仪器和平流层平移气的观测高度。
运用火箭探测大气的方法有以下几个: 一方面, 火箭在上升途中运用其所带的仪器直接测量, 这种方法常见于早期, 现已淘汰；另一方面, 火箭在上升时, 可以按将其携有的仪器分开, 仪器再依靠降落伞缓慢下降, 自动测量；还有一个就是火箭在升或下降时, 陆续释放出不同的仪器，这些仪器有的是探空仪, 它们将所测的温度、度、气压和风向的数据, 通过无线电发射机准确地发回地面。[1]
1.2研究背景及国内外发展状况
1.3本设计的主要工作流程与思路
本课题中气象火箭给出的技术要求为1.火箭射高达到30km以上2.有效载荷100kg以上3.弹径大于200mm。虽然是气象火箭，但其主要设计重点与任务是整个火箭的动力装置部即固体火箭发动机。30km高空气象火箭即火箭的飞行高度要达到30km以上把测量装置抛出，因此本设计的出发点是外弹道。根据有效载荷100kg初步预估整个弹的质量以及装药质量，计算外弹道。根据射高调整装药量。在射高达到初步要求以后进行接下来的固体火箭发动机设计。在结构设计完成以后初步画出各主要零部件的三文图，计算体积定下材料并计算质量。将设计数据再次带入第一步的外弹道计算中，看是否能达到30km的射高要求，如若不满足，再次调整装药量，重新进行发动机结构设计计算，如此不断反复调整，最终完成设计。接下来计算内弹道和全弹的气动参数并对结构进行进一步的强度校核。其主要流程如图1.1所示。
图1.1毕业设计工作流程图
2 外弹道初步设计
2.1 30km气象火箭基本参量预定
基本参量的设计是指在满足既定条件的前提下，确定最佳弹径，发动机参数，
全弹重等可设计参数。[5]对于气象火箭而言主要是之满足射高要求下的火箭外形，发动机参数和有效载荷。
本毕业设计任务书中给出的既定条件只有一下三条：1.火箭射高达到30km以上
2.有效载荷100kg以上3.弹径大于200mm。所以从外弹道为切入点进行总体设计。
首先对全单的质量进行预估，根据苏联对火箭弹的设计经验来看，全弹的装药和火火箭部其他质量以及战斗部质量之比大概在1:1:1左右，我们可以暂定有效载荷为100kg，那么全弹质量的为300kg,装药为100kg。
初始弹径根据任务书要求暂定为φ200。那么参考下表中122系列火箭弹的长径比，选取弹形系数为1.4的作为基本参照，那么本设计中全弹弹长L为