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设计你自己的火箭

于 2013年3月18日

我最近的文章中介绍的许多软件包都严格专注于在您的机器上进行计算，与现实世界分离。因此，在本文中，我将探讨如何使用您的计算机来设计您可以在现实世界中构建和使用的东西：您自己的模型火箭。让我们来看看 OpenRocket 实用程序，看看它如何帮助您设计自己的火箭。OpenRocket 甚至可以对您的设计运行模拟，以显示它们在飞行中的表现。

大多数发行版都应该包含 OpenRocket 的软件包。例如，在 Ubuntu 中，您可以使用 apt-get install openrocket 安装它。它实际上是一个 Java 程序，因此您始终可以直接从网站下载 jar 文件。要运行它，您需要安装一个相当新的 Java VM。

当您首次启动它时，您会看到一个空白屏幕，准备开始设计您的第一个火箭。会弹出一个项目窗口，允许您输入详细信息，例如设计名称、您的姓名和设计注释。您可以从一系列组件构建您的火箭。您可能需要从点击“添加新组件”窗口中的鼻锥开始。然后它将出现在底部部分，开始您的设计。

您会注意到 OpenRocket 已经开始根据您的设计进行计算。您会看到一个小蓝圈，表示火箭的重心。重心是所有质量作用的点。还有一个小红点，标记压力中心。这是所有大气力作用的点。当您更改设计时，OpenRocket 会计算这些值。

您可以编辑几乎每个组件的所有参数。有两种方法可以编辑这些组件参数。您可以双击设计窗口中感兴趣的组件以访问编辑窗口。顶部还有组件层列表。您可以在此处突出显示感兴趣的组件，然后单击“编辑”按钮。

您可以更改的内容将取决于您尝试编辑的组件。可能要设计的第一个组件是鼻锥。您可以选择鼻锥应具有的轮廓类型，例如圆锥形或椭圆形。您可以设置长度和基部直径以及壁厚。但是，OpenRocket 更进一步。您可以选择鼻锥应由哪种材料制成。不同类型的材料具有不同的密度，这会改变组件的重量。

有几种不同的材料预设可用，但您也可以继续定义自己的自定义材料类型。这种自定义材料既可以仅用于一个设计，也可以永久添加到您的材料数据库中，如果它是您将反复使用的东西。您甚至可以设置火箭将拥有的表面处理类型。每个组件的表面处理可以不同，或者您可以将通用表面处理应用于整个火箭。

首次启动 OpenRocket 时，您会获得一个新的项目对话框，您可以在其中输入火箭的详细信息。

您可以通过双击感兴趣的组件来编辑不同组件的许多详细信息。

火箭发动机数据库包含有关许多不同品牌的大量信息。

火箭的下一部分是实际的箭体管。如果您的火箭将是单级的，您只需要一个箭体管。对于多级火箭，每个级都需要一个单独的箭体管。打开箭体管的编辑窗口允许您更改管的长度、直径和壁厚。您还可以更改箭体管的材料。

由于箭体管通常包含火箭发动机，因此您也可以设置要使用的发动机。为此，请打开编辑窗口并单击“发动机”选项卡。您可以单击“选择发动机”按钮，然后从大量市售发动机中进行选择。此发动机列表包括技术信息，例如推力曲线和运行时间，以及物理特性，例如长度、直径和重量。

与应用程序的其他部分一样，您可以定义自己的自定义条目。这意味着即使是完全 DIY 的模型火箭爱好者，他们自己制造发动机，也可以使用 OpenRocket 来设计他们的火箭。

组件列表包括降落伞、减震绳、连接器和块等其他项目，因此您可以将火箭设计为完整的模型。

最后阶段是将尾翼添加到您的火箭。与其他组件一样，有设计良好的预设可用，可以满足大多数设计需求。您可以编辑一些参数以在一定程度上自定义鳍片。如果这还不够，还有一个自由手选项，您可以在其中从头开始设计您的鳍片。

OpenRocket 不仅仅是一个设计程序。您还可以对您的模型火箭进行分析，以查看它在飞行中的表现。分析部分查看各个组件，并显示它们如何影响火箭的稳定性、阻力和滚动特性。您可以设置风向、攻角和速度等参数，并计算它在飞行中的表现。这是一个很棒的功能，但 OpenRocket 更进一步。它可以采用您的原始设计，并尝试对其进行优化以获得最佳飞行特性。您可以根据高度、速度或某些其他特性组合进行优化。

一旦您有了最终设计，您就可以通过模拟运行它。模拟器可以对您的火箭应用不同的条件，例如应用侧风或考虑科里奥利效应，并显示您的模型火箭应有的表现。OpenRocket 使用 JFreeChart 根据模拟结果绘制火箭的行为。

您甚至可以将自己的代码添加到模拟中以添加额外的效果。一种方法是使用 Python 和 jPype 在模拟中使用 Python 代码。此外，您还可以选择在模拟器中编写和使用自己的表达式。这使您可以高度自定义模拟器，而无需添加外部代码。然后，您可以看到您的模型应该能够承受的极限以及它在不同条件下的飞行高度。这对于帮助您决定何时天气对于您的设计来说太恶劣了真的很有帮助。