为什么火箭可以竖直发射而不会歪掉?

看似简单的垂直发射问题在现在的航天工程也是一大重要环节,如果火箭的发动机只提供动力能源,那么火箭是100%会翻车的,因为火箭肯定会遇到水平方向的气流,只需要一个轻微的风力就会使火箭在竖直方向产生倾角,发动机的推力就会在水平方向产生分力,火箭就会立刻倾倒爆炸,在航空史上也是曾有这样的事发生。

火箭能够垂直发射主要有两方面原因,第一是陀螺仪,陀螺在高速转动的时候由于其自身对称自旋稳定的特点,被用来装置在火箭顶部调控火箭升空阶段的姿态问题,通常连接传感器的陀螺仪会安置在姿态控制仓,在陀螺仪底部是一个水平的基座,火箭升空阶段如果歪了,那么基座和陀螺仪之间会产生一个倾斜角度,传感器会将各种倾斜的角度转化成不同相位的电位差,然后通过电脑来改变火箭在不同方向的推力来实现垂直发射,陀螺仪在这里相当于是感知火箭是否垂直的一个工具,而真正能够调控的装置是矢量发动机。

矢量代表着有大小和方向,矢量发动机和传统发动机主要的区别就在于,发动机底部的几个喷口可以旋转调节方向,并且几个喷口的推力可以单独调节,在不同方向上产生不同的推力。如果火箭升空出现了倾斜,那么姿态控制系统中的陀螺仪就会立刻发出指令给矢量发动机,如果火箭轻微向左倾斜,矢量发动机的喷口就会在左边产生更大的推力,持续将火箭扶直,这种敏感的调控几乎是在瞬间完成的,在火箭的整个升空阶段不断调整,所以真实的火箭升空并不是垂直向上的,而是在水平方向有漂移。当然,火箭姿态控制系统中除了陀螺仪还有卫星定位系统,加速度计等装置协同控制,实际情况更复杂。

这是因为火箭有平衡控制系统,在火箭的顶部位置有陀螺仪,伴随着监控管理系统,如果火箭在上升过程中变化,陀螺仪会最先感知,然后监控管理系统会让发动机作出反应,所以整个火箭都会时刻控制自身的平衡,因此很少会看到火箭发射过程中会变歪。

“不会歪掉”的专业术语是垂直发射。——宙姐

要使火箭垂直发射而不会歪掉,科学家们做了很多工作。

1、 一些火箭为保持垂直发射,应用了圆柱体自旋稳定的特性。点火离开发射架之后,火箭自身将绕着轴线旋转,姿态保持垂直。这种做法,一般用于小型火箭,如探空火箭等。这也是为什么火箭采用对称圆柱体形状。我们在观看一些火箭发射视频时,会发现一些火箭在绕着轴线高速旋转,然后姿态才慢慢稳定,不再旋转。

2、 现在的大型火箭,都是利用了矢量发动机的原理。将后推力发动机布置在重力方向上,利用推力来平衡重力,这样就保持了火箭垂直发射。当然在发射过程中,或者是在飞行过程中,火箭将受到外界的扰动,这样火箭将偏离垂直方向。为了防止这种事情发生,火箭上还安装了陀螺仪等姿态敏感器,以及相应的控制系统,当姿态敏感器感知到火箭的姿态与设计姿态不吻合时,通过一定的算法,改变火箭上推力的方向和大小,从而实现对火箭姿态的调整。

3、 为了保证垂直发射的顺利进行,现代大型火箭多采用垂直组装、垂直运输、垂直加注燃料的方式,以确保火箭上的各种设备在安装时就适应发射状态,减少不确定性,增加火箭发射的可靠性。

4、 火箭垂直发射后将飞行一段时间。然后根据入轨的需要,对火箭姿态进行重新修正,使火箭偏离垂直状态,进入预定轨道。也就是,根据任务的需要,后面还是会“歪”哦。

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火箭会歪的,而且到达一定的高度必须得斜向飞行把载荷送入轨道,但是火箭可以通过调整发动机喷口方向来调整姿态。火箭依靠自身的陀螺仪监视自身的姿态,当火箭计算机发现当前姿态与程序设定值不一致时就会向发动机喷口矢量调整装置发出调整命令,最终让火箭姿态按照程序设定不断调整,这个调整过程和恒压供水中的恒压控制、加热箱恒温控制、拉伸机恒扭矩输出控制基本原理是一样的。如果陀螺仪故障或者姿态偏斜或许严重超过调整极限,那就要出事故了,曾经我国有枚火箭陀螺仪故障导致火箭错误判断姿态,在发射初期地面附近就进行平飞,结果损失惨重。

地面上的人可以调整发动机的角度

运载火箭发射时与地面呈垂直状态,点火后,发动机开始工作,利用推力使火箭垂直爬升,到一定高度后,进行程序转变。火箭的姿态,通过铊螺仪得到相关参数,再通过自动控制系统,调整喷管的方向和推力,来实现火箭的姿控,使之不会侧偏,横滚,始终沿着正常的轨迹运行。

火箭发射升空之后,由于受到空气阻力、气流干扰、地球的重力等因素的影响,飞行轨道会在空中发生歪掉情况,偏离预订轨道较远,精度不够。为了保持发射后,在空中飞行轨道不会歪掉,科学家在火箭的尾部加装了尾翼,来控制方向,虽然尾翼简单、经济、实用,但是由于尾翼的风阻较大,影响飞行速度和距离。后来科学家发明了陀螺仪,把陀螺仪安装在火箭的头部,高速旋转,来感知火箭的飞行的轨道,是否发生偏离,如果感知到火箭飞行偏离预订的轨道,就向地面控制中心发回感知的数据,地面控制中心根据发回的具体数据,向火箭发送调整飞行角度的指令,靠火箭尾部的矢量推进器,调整到预订的飞行轨道上来。就这样周而复始地不断修正飞行数据,最终到达预订地点。

因为他底下有“发动机”和“陀螺仪”,两个装置是由计算机控制的,而且火箭的发动机是有很多“喷口”的,可以控制他的角度。

这个跟火箭的内部构造和尾部可以调整火焰姿态有关。

你肯定玩过一个东西,那就是我们这边说法叫“冲天炮”的一个烟花爆竹。

当你点燃尾部的导火线的时候,冲天炮就会嗖地一下向上飞行,有时候会飞歪,所以你说的问题的确存在。

那么如何解决这个问题呢?

首先我们要明白为什么会造成发射过程中,火箭会歪掉的原因:即,火箭头部太重,尾部太轻,这样加速即便是在后面,但头部过重的问题,会导致火箭方向极其不好调整;

解决方案:将火箭的重心往后移动,甚至最好是在偏尾部的位置,这样,整个火箭就是头轻脚重,如果尾部加速,那么即便头部歪了,也很容易通过尾部调整喷火姿态将火箭的动作修整回来。

如果在此基础上我们给火箭安装一些传感仪器,那么我们就可以时时监控到火箭的方向是否有所偏离,如果有所偏离,我们就可以通过内部程序或者远程控制来调整尾部喷火姿态,最终达到火箭正常向上升而不歪曲的目的。

最后,左边那个东西,应该是拍摄角度造成的,肯定可以说明的是一定不是一个人,否则就上新闻了,看样子有点像青蛙。

以上回复,希望能解答你的疑惑。

应该有个自动控制系统。核心组件有陀螺仪,矢量推进器。很多手机现在也有陀螺仪,只不过精度和火箭的比精度差了几个数量级。陀螺仪负责探测飞行角度,误差信号被用来控制矢量推进器。这个过程简单说来如果偏向左边,那左边的推进器稍微多使点劲儿,右边的少使点劲儿,偏就纠过来了。要知道这个过程一直在实时进行。如果较真地说,实际过程中,垂直向上运动其实是一个围绕垂直这个方向的左右轻微摆动。好的系统这个摆动非常小,一般人察觉不到。反之,如果这个系统设计没到位,反而更容易失控,一头扎下来。对于自动化控制专业的人来说,这是个基本功,但也是非常不容易精通,毕竟实际的系统远比简化的模型复杂的多

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