为大家介绍一款结合了用户交互和科学计算的火箭全程模拟软件(MATLAB App),为航天爱好者、教育工作者和学生设计,帮助理解和分析模型火箭的发射、飞行及降落过程。通过精心设计的用户界面,用户可以输入和调整一系列火箭和飞行参数,观察这些变化如何实时影响火箭的轨迹。
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软件主要功能和特点包括:
火箭配置设定:允许用户设置包括火箭横截面积、质量、阻力系数、燃料质量和总冲量等核心物理参数。 降落伞模拟:提供降落伞的选项,包括是否部署降落伞、降落伞展开时间、阻力系数以及伞罩负载系数,使用户能够模拟并理解降落伞对飞行动态的影响。 基础物理参数输入:输入空气密度、重力加速度、风速和风向等环境参数,来更准确地模拟实际飞行条件。 发射方向控制:用户可以指定火箭的发射角度,包括水平面内的角度和与垂直方向的夹角,为火箭的初始飞行轨迹设定方向。 实时图形输出:通过图表直观展示火箭的飞行轨迹、速度和高度随时间的变化关系,以及最终的着陆点。
主要参数定义(不含降落伞)
'Area of longitudinal section of aircraft/m^{2}': 指火箭纵截面的面积,影响气体流经火箭表面时的阻力,对火箭动力学性能有重要影响。 'Constant Mass': 火箭的恒定部分的质量,不包括燃料。这是火箭结构和有效载荷的总质量。 'Coefficient of fuselage resistance (Cd)': 阻力系数,一个无量纲系数,用于描述物体与流体的相互作用,影响阻力的大小。 'Injection time/s': 指火箭推进剂的注入或燃烧时间,影响火箭能达到的最大速度和高度。 'Fuel mass at ignition': 发动机点火时的燃料质量。 'Total Impulse/N*sec': 总冲量,火箭发动机推进剂在完全燃烧后产生的动量,是推力和燃烧时间的乘积。 'Fuel mass at end of burn': 燃烧结束时剩余的燃料质量。 'Cross-sectional area of fuselage/m^{2}': 指火箭横截面的面积,直接影响空气阻力。 'Weight unit setting': 用户可选择质量单位(如千克或克),影响显示的质量数值。 'Parachute on': 选择是否使用降落伞。 'Time to parachute deployment/s': 降落伞展开的时间,通常在火箭开始下降阶段。 'Projected area of parachute/m^{2}': 降落伞展开后的有效面积,影响降落速度。 'Resistance coefficient of parachute (Cd)': 降落伞的阻力系数,类似于火箭本体的阻力系数。 'Parachute canopy load coefficient (Cxo)': 降落伞伞罩的负载系数,可能与降落伞的设计和材料有关。 'Air Density/kgm^{-3}': 空气密度,影响火箭的阻力和降落伞性能。 'Gravitational acceleration': 重力加速度,地球重力对物体的加速度。 'Wind velocity/ms^{-1}': 风速,影响火箭的飞行轨迹和降落伞阶段的飞行路径。 'Wind direction/deg': 风向,以度为单位,表明风从哪个方向吹来。 'Wind impact': 风的影响度,可能表示风在模拟中的随机性或不确定性。 'Launch direction \theta/deg': 发射方向的θ角,表示火箭与水平面的夹角。 'Launch direction \phi/deg': 发射方向的φ角,表示火箭在水平面内的发射方向。 'Wind velocity' 风速 'Wind direction'' 风向 'Wind impact' 风的影响系数
仿真演示
按照图中参数设置(暂时禁用降落伞功能)
发射角设为:
. . . .
火箭轨迹仿真结果为:
速度-时间曲线
高度-时间曲线
速度-高度-时间曲线