匿名使用者2022.05.15 回答

火箭分為好幾截，確切地說每截都有自己的重心，如果你是在做物理題的話那就按平常找重心的方法就好

阿斌哥2017.04.05 回答

模型火箭（原著：張島歐）

模型火箭在飛行中受到擾動而其平衡狀態被破壞後，能夠自動恢復到原平衡狀態的能力，稱之為穩定性。模型火箭的穩定性設計，對於保障飛行的安全性，以及提高模型火箭的飛行效能，有著十分重要的作用。

模型火箭穩定性設計必須遵循的首要基本原理，簡單地說，就是滿足模型火箭重心（cg）必須位於其壓力中心（cp）前的一定位置的要求（即所謂滿足cg-cp條件），因為只有符合這一條件，才有可能使火箭箭體獲得相應的平衡氣動力，以維持火箭的穩定飛行狀態。

我們知道，在三維立體空間中，如果一個力矩作用於一個自由物體，必將會使得這個物體圍繞其自身重心作旋轉運動。下面，我們來作這樣一個簡單實驗，來親自驗證和觀察一下這個物體是如何運動的？

拿一個約半米長的均勻細木棒，握住一端，然後沿木棒的大約垂直方向用力丟擲去，注意觀察木棒的運動，它會象翻跟頭一樣，圍繞其重心，一路前後翻滾著向前飛去。

重複這個試驗，你會很快發現，無論你如何去拋，或輕或重，或垂直或水平，木棒都會不同程度地重複這種圍繞重心的不規則翻滾運動。

但是，這時如果我們在木棒的一端附加上一個重量（比如，在一端用橡筋綁上一塊小石頭），象原來一樣丟擲去，這時候，木棒的運動就大不一樣了，這回，木棒翻滾所圍繞的中心，已明顯向有重物的一端靠近。這時，如果我們用圖示1的簡便辦法，找出這時木棒的重心位置，不難發現，這回木棒翻滾所圍繞的中心，正是它自身的重心（簡稱cg）。

找出木棒重心位置的簡便方法

透過這個簡單的實驗，我們可以十分清楚地瞭解到，一個在三維立體空間的自由物體，是如何在空中以其自身的重心為中心運動的。同樣，一枚在空中飛行的火箭，在受到任何可改變其飛行軌跡的干擾外力作用後，也會以其自身的重心為中心，作改變其航向的運動。

這種確定或不確定的外力，可能來自飛行中的一陣無法預料的側風，作用於火箭鼻錐及發射環上的空氣阻力，因彈體及尾翼變形或是安裝誤差，發動機架安裝及發動機自身結構誤差等等。很顯然，這類外力將會無法預測和完全隨機地作用於火箭彈體，所以，任何火箭必須經過穩定性設計，使之可以克服和修正這類外力所帶來的不良影響，否則，火箭是根本無法正常飛行的。

對於模型火箭而言，由於一般不依靠調節及操縱系統控制火箭的飛行狀態，所以所有型號的模型火箭都必須具備氣動穩定性，也就是說，經過穩定性設計後的模型火箭，必須具備僅僅依靠由模型火箭在飛行中自身所產生的氣動力及其力距，就可以自行克服或是平衡由於干擾力所導致的不良影響。

那麼，需如何設計才能夠達到這一目的呢？很簡單，只要設法滿足無論在任何飛行條件和狀態下，火箭的重心始終位於其氣動壓力中心前的一定位置的條件就可以了！

在前面，我們已經看到，用十分簡單的辦法，就可以迅速找出模型火箭的重心所在的精確位置，那麼，什麼是火箭的氣動壓力中心以及如何能夠找出它的所在位置呢？

透過以下的實驗，我們可以進一步找到答案。

假設我們再拿一個與前一試驗相同的約半米長的木棒，放在一個可以靈活轉動的無阻力轉軸上，然後，設想木棒迎面吹過時速約8-10公里的穩定氣流，如果，這時的轉軸位於木棒的幾何中心位置，同時假設木棒的幾何尺寸是十分均勻的（在任一剖面具有相同的迎風面積），那麼，作用於轉軸兩側的氣動力距是平衡的，而不會使木棒產生任何偏轉。但是，如果這時在木棒的一端貼上上一塊類似於火箭尾翼的10釐米x10釐米的卡片，在與前面相同的外力作用下，情況就大不一樣了。這時的木棒會發生偏轉，並使沒有翼片的一端指向氣流的來向。下面，我們試著逐漸把轉軸向有翼片的一端移動，直到在氣流中轉軸兩側的力距平衡，而不再產生偏轉。這時候，轉軸所在的位置，就是木棒側向壓力中心的位置。在這裡，我們要認識到，只有在相對運動的氣流中，物體才會受到氣流的壓力作用，才會存在所謂的壓力中心，同時，物體的迎風面積越大，這種氣流的壓力作用也就會越大。

對於模型火箭側向壓力中心的測定，需要將模型火箭在低阻轉軸上固定後，置於相對運動的側向（水平）均勻氣流中（時速約8-10公里）進行測量，以及計算和校驗。當然，如果條件許可，建議使用專用裝置，例如低速風洞，這將會極大地提高試驗的精確度。但是，並不是有許多人都有這一條件，可以將模型火箭固定在低速風洞中的低阻轉軸上進行試驗，因此，以下介紹一種可以迅速而又相對較為準確地找到模型火箭側向壓力中心的簡便經驗方法：

我們知道，對於置身運動氣流中的模型火箭而言，其所受空氣壓力的大小，是與其迎風面積成一定比例的，以此為出發點，在經過大量嚴格的理論計算和實驗驗證，以及一定程度的簡化處理後，我們可以得到找出模型火箭側向壓力中心位置的簡便經驗方法：首先，製作一塊該模型火箭的側向投影模板，然後，再參考圖示1的方法，找出該投影模板的重心位置，這一位置也就是此模型火箭側向壓力中心的所在位置。

找出模型火箭側向壓力中心位置的簡便經驗方法

應該指出的是，以上的討論，我們僅僅涉及到了模型火箭側向壓力中心的問題，而並未考慮到其他的影響因素，例如，火箭尾翼的厚度，鼻錐的形狀等等，毫無疑問，這些影響因素將會造成模型火箭壓力中心的漂移，然而，對於大多數的設計方案而言，這些影響因素所造成的漂移，是極其微小的，並且，這種漂移的結果，通常也是有利於模型火箭的穩定飛行的，所以，這些影響因素，在通常情況下是被作為安全因素，而被忽略的。

假設一枚模型火箭在飛行中因不可預見的干擾因素，開始產生偏轉，由以上我們可以知道，這一偏轉運動是會以其重心位置為中心的。當偏轉產生後，流經火箭箭體的相對運動的氣流方向，必將會與這時的火箭彈體形成一定的夾角，如果，這時的模型火箭的壓力中心位於其重心後面的一定位置，那麼，作用於模型火箭尾翼的空氣動力，將會形成抵消這一偏轉力矩的作用力矩，使火箭恢復到原先的運動軌跡。相反地，如果壓力中心位於重心之前，運動氣流則將會產生增強偏轉力矩作用的力矩，使得模型火箭的運動軌跡偏差不可逆轉地不斷放大，直至完全失控。

那麼，對於常規模型火箭而言，多大程度的穩定性是必須的和適當的呢？經過試驗和嚴格的理論計算表明，模型火箭的壓力中心位於其重心後面的位置距離，應大於或至少等於其自身彈體的半徑長度，才有可能滿足氣動穩定的基本必要條件，如果模型火箭在設計，製作及最後的發射除錯過程中，發現未能滿足這一條件，則可以確定這一模型火箭是不穩定的，必須立即停止其試驗活動。而這種滿足模型火箭正常飛行所必須的最小氣動穩定性，又稱為安全穩定性。

對於一枚在設計上完全不穩定的模型火箭，它會在離開發射架進入空中後，立刻做不規則的翻滾運動而無法正常升空，這類模型火箭通常可達到的高度僅為10米以下，通常的不規則飛行速度平均為10~15公里/小時。然而，偶爾也會有意外的情況發生，一些原本不穩定的模型火箭，在消耗掉一部分燃料後，其重心位置會前移，而導致其壓力中心與重心的相對位置發生本質性的變化，在經過連續幾個翻滾過後，在隨機位置和狀態下，模型火箭由不穩定轉變為穩定，有可能會突然間筆直地加速射向地面，對地面的人員和物品構成嚴重威脅。因此，發射不穩定的模型火箭是非常危險的，必須完全禁止。

模型火箭的氣動穩定效能，★可以透過改變其壓力中心與重心之間的相對位置的距離大小，進行必要的調節。其方法有兩種：

■一是增大模型火箭鼻錐的重量（配重），使火箭的重心位置前移；

■二是增大尾翼面積，可以有效地使壓力中心後移，從而提高模型火箭的氣動穩定性。

這兩種方法各有利弊，在具體使用上也要注意其負面影響，即在鼻錐加配重的同時，也會增大火箭的總體重量，使模型火箭的飛行品質隨之下降；而第二種方法在有些情況下是不適用的，如模擬型模型火箭，其尾翼的面積是不能更改的，另外，增大尾翼後，對於側風的影響會變得較為敏感，其有效升空高度就會低於同級別而尾翼較小的模型火箭。

因此需要指出的是，模型火箭的穩定性設計，是一個最佳化設計的問題，根據理論計算和大量的實驗驗證及設計經驗，建議模型火箭重心位置超前其壓力中心的距離，在設計上最佳化取值為滿足安全穩定性距離的兩倍，即火箭彈體的直徑（口徑）長度。

至此，我們所討論的內容僅限於模型火箭的靜穩定特徵，除此之外，模型火箭的穩定特性，還包括動穩定特徵。

模型火箭的動穩定，主要取決於其自身結構的慣性力矩（結構質量與其到重心距離的乘積），模型火箭動穩定特徵包括：在運動過程中，火箭的恢復力及恢復力矩的大小，自由擺動的範圍和頻率，以及擺動經阻尼作用後的消失時間等。試驗結果表明，細長型的模型火箭比同級別而結構粗短的模型火箭，具有更好的動穩定性，這是因為細長型的模型火箭結構的慣性力矩大於後者，所以，更不易受到亂氣流擾動的影響，即使受到擾動，其擺動的頻率和幅度也要小得多，擺動經阻尼作用後的消失時間也較短，即火箭的飛行軌跡較為平直和穩定。

匿名使用者2010.04.30 回答

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匿名使用者2010.04.13 回答

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