1,过载
• 垂直发射时，运载火箭所受合力与重力之比。 • 载人发射要求过载低于4g; • 航空飞行员所能承受的过载一般不超过8。
型号 二级质子号 三级质子号 四级质子号 级数 2 3 4 最大直径 （m） 7.4 7.4 7.4 起飞质量 （t） 633 686 686 起飞推力 （kN） 8840 8840 8840
2,舱段
• 1.有效载荷舱段。 • 装载需运载的装备（如人造卫星、宇宙飞船或核弹头）。它的外部装有 流线形整流罩，以保护运载物和减少空气阻力。
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2.控制仪器舱段。 放置运载火箭的控制指挥部分的部位，称为火箭的指挥中枢。包括制导 系统、姿态控制系统、电源和配电系统。它的功用就是控制运载火箭保持一 定姿态，确保按既定的轨道飞行。 3.推进剂贮箱段。 用于装载推进剂的部位。它占去运载火箭体积的大部分、总重量的80％-90％。为了增大运载能力，贮箱结构设计很精致，用材要求越轻越好，还 要有尽可能高的强度，不易破裂，一般多采用高强度铝合金材料制成。 4.发动机舱段。 用于安装火箭发动机的部位，有的火箭还在这个舱段外部安装尾翼。发 射前，运载火箭通过它与发射架相连；发射后在飞行过程中保持外形完整和 稳定飞行轨道。
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3,垂直发射
• 垂直发射时，只要发动机推力大于运载火箭的 重力和空气阻力，即可。 • 前苏联质子号运载火箭。
型号 级数 最大直径 （m） 起飞质量 （t） 起飞推力 （kN）
二级质子号
三级质子号 四级质子号
2
3 4
7.4
7.4 7.4
633
686 686
8840
8840 8840
• 假设运载火箭的阻力系数0.3，升力系数0.2。 • 垂直发射所需推力，倾斜发射所需速度和推力 差别很大。
起飞推力（kN） 1020 = 102t 1101
CZ-1
CZ-1D CZ-2 CZ CZ/FP CZ-2D
81.5 80.6
180
243 213 232
2
2 3 2
2748
2748 2962 2962
CZ-2E
CZ CZ-3 CZ CZ-3B CZ CZ CZ-4B
460
480 204 241 426 345 241
二子级
级间段
鼻锥Βιβλιοθήκη 公用 芯级2个 GEM-60
4个 GEM -60
RS-27 主发动机
RS-68 主发动机
推力：洛克希德· 马丁公司的 宇宙神5系列运载火箭
• 宇宙神芯级 海平面推力 3827kN； • 固体助推器 推力 1361kN； • 采用半人马 座上面级， 推力99.2kN。
上面级 4m 直径普通整流罩 5m 直径中型整流罩 RL10A-4-2 发动机 4m 直径加长整流罩 半人马座上面级
推力： 波音公司的德尔它4系列运载火箭
德尔它 2 德尔它 3 德尔它 4 中型
• 发动机真 空推力 3314kN； • 固体助推 器推进能 力600kN；
• 上面级推 力110 kN。
液 一氧 子贮 级箱
4m 直径 复合材料 整流罩
德尔它 4 中型改进型 德尔它 4 大型 (4,2) (5,2) (5,4) 5m 直径复合材料整流罩 二子级 5m 直径 金属整流罩
CZ-2 CZ CZ/FP CZ-2D CZ-2E CZ
CZ-3
CZ CZ-3B CZ
204
241 426 345 241 248.5
3
3 3.5/4 3.5/2 3 3
CZ
CZ-4B
空气动力：
阻力： 质子号 二级质子号 级数 2 最大直径 （m） 7.4 起飞质量 （t） 633 起飞推力 （kN） 8840
（t ）
633
（kN）
8840
过渡到结构分析
• • • •
杆 杆 1，两端受压力杆（材料力学可解 ） 下端受到推力F 2，怎么解？（理论力学+材料力学） 自身受到重力mg 杆中应力如何分布，那点更危险？ 那点变形最大？ • 静态问题处理方法 • 动态问题处理方法
质子号 二级质子号 级数 2 最大直径 起飞质量 起飞推力
（m）
7.4
2.5/4
2.5/4 3 3 3.5/4 3.5/2 3
5923
5923 2962 2962 5923 4443 2971
248.5
3
2962
重力：
CZ-1
起飞重量（t） 81.5 80.6 180 243 213 232 460 480
级数 3 3 2 2 3 2 2.5/4 2.5/4
CZ-1D
公用的仪器设备舱
5m 直径 小型整流罩
宇宙神公用芯级
宇宙神 5 400 RD-180 发动机
宇宙神 5 500
推力： 阿里安5系列运载火箭
阿里安 5ESV
阿里安 5ECB
• 推力1145kN； • 固体助推器 推力5000kN；
阿里安 5ECA
改进的公用芯级 (火神 2 发动机)
起飞重量（t）
级数 3 3
小角度发射：66908，KN 垂直发射，8840，KN
运载火箭的受力
• 垂直发射阶段，运载火箭主要受到三种力： 推力、重力、空气动力，以及惯性力； • 推力是一种集中力；集中作用于运载火箭 的发动机舱段的低端； • 重力是一种体积力，作用于运载火箭所有 质量点； • 空气动力是一种面积力，本质上是表面压 力或者切向力，有时简化为阻力、升力等。 • 准静态分析时，上要考虑惯性力（-ma）。