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长征五号活动发射平台纸模型 设计动机与过程

纸模型设计动机

自小时候起,便喜欢上了火箭和航天。平时的时候也特别关注各类航天新闻。当然,也很喜欢航天模型,也想从网络上购买火箭模型,奈何网络上的各种航天模型还原度差。网络上也曾看过一些中国火箭的纸模型,但是外观粗糙,还原度差。后来,无意中看到黄开设计的长征五号火箭1:96纸模型,还原度高,大小合适,效果逼真。于是乎在后来的某一天下了决心买了材料和工具,打印并最终耗时近8天时间完成了火箭纸模型的制作。紧接着,又制作了AXM设计的天和号核心舱1:100的纸模型。

所谓宝马配英雄,光有火箭,却没有对应的发射平台搭配,怎么也说不过去。制作火箭模型前,曾向火箭模型设计作者黄开提议设计发射平台的纸模型,但黄开暂时没有设计平台的计划。在完成长征五号和天和号核心舱纸模型的制作后,制作活动发射平台的想法更加的强烈。所以,既然没有人设计,不如自己设计吧,抱着试一试的态度开始的长征五号活动发射平台的设计和制作。

纸模型设计过程

设计纸模型不是一件简单的事情,自己从无设计过任何纸模型,在我制作长征五号火箭之前,也就是在很多年前制作过一架ARJ21飞机的纸模型。

在经过几天的构思之后,觉得做这个发射平台的模型应该可以实现。所以便开始了尝试,一边画图,一边制作。在最开始的时候,通过搜索资料,确定发射平台的基本结构,尝试着在电脑上画一些基本结构图,把整个模型的框架和组件部分给构思好,这个时候就要把模型各部件的组成、比例、结构确定好。在百度上搜索大量的公开图片,不断的调整结构尺寸和比例,画好平台结构图、脐带塔结构图、行走装置结构图。

图:尝试制作完成的第一组行走装置

行走装置(也就是车轮),是这个模型中一个比较复杂有难度的部件。在查找大量的图片和视频资料后,花了两三天才确定了它的基本结构。每一组行走装置有8个轮子,还有第一级平衡梁、第二级平衡梁和第三级平衡梁,还有四台电机,结构非常复杂。在按1:96的比例缩小后,它的轮子大小只有不到1cm高,这么小的尺寸也使得原本想将行走装置设计成可以行走的带轮子的设想否决掉了。而4台电机的尺寸也非常小,这么小的结构也让我对能不能做成纸模型产生了疑惑,所以需要先试着做一组行走装置试试。实物的结构和线条实在是太复杂了,必须尽可能的简化成平面。在经过近一周时间的努力,成功的做出一组行走装置,验证了设计的可能性和结构强度。

在第一组行走装置的成功尝试后,我便觉得设计制作整个活动发射平台不是难事。于是,按照平台框架→脐带塔→平台包围和甲板→行走装置和转换装置→步梯国旗标语→管道的顺序,一边设计、一边画图、一边制作。在每制作完成一个部分后,接着下一部分的设计。

整个图纸设计全部使用Fireworks平面设计软件完成,没有使用到3D设计软件(因为不会用,而且懒不想学)。整个发射平台绝大部分都可以拆分成结构比较简单的六面体或多面体结构,然后再将这些多面体拆分成各个平面,高中时期学习的立体几何在这里就可以派上用场。

比如这个脐带塔,中间的摆杆段是个很标准的四四方方的六面体。而脐带塔下面是两个棱台结构,在最开始的基本结构设计中,就已经通过比例确定了上底和下底的长宽和高度,通过立体几何学可以简单的计算(没错,就是勾股定理),可以得出各个面的长、底、高,然后画成平面。

再比较复杂一点的就是转换装置(支撑腿)和支撑臂,这些结构是圆台体。把它拆分成平台,就是一个扇形。圆台体在纸模型中用处非常大,一些球体和火箭的圆锥,都可以拆分成若干个圆台体来实现。如果你懂得使用3D软件,应该很容易的将圆台体拆分成平面。如果不会使用3D软件的话,本页面下面,有我是如何将圆台体转换成平台的计算过程。

整个模型中最难的当属平台四周的管道了。平台左侧有两根管道,平台右侧则有5根。这些管道的直径约2.6mm、银灰色,而管道上最复杂的就是好多弯头。最开始想着用纸,因为纸最好调色,但是用纸卷成2.6mm粗,没成功。然后,想用烧烤用的竹签,外面涂色,但是做不了弯头。用铁丝太硬,保险丝太软而且颜色太黑。最后想到了铝线,网上购买了2.5mm粗的铝线,直径、颜色都可以,而且质地也软,容易折弯。铝线虽好,但是折弯也不容易。平台后面的管道,两个弯头之间的距离太近。弄了好长时间,马马虎虎,将就着看吧。在这里期待有做的更好的分享成品照片。

整个活动发射平台从设计到最后制作完成,共用了一个半月时间。在完成制作后,本着独乐乐不如众乐乐的想法,决定把图纸免费公开。然后又是一个多月的整理图纸,需要将原来比较乱的设计图纸整理分类对齐,并书写制作说明。

圆台体的设计和计算过程
纸模型圆台体的设计和计算过程

平台模型的转换装置(支撑腿)是由两个圆台体组成。其中,上面橙色部分的圆台体,上底面直径130、下底面直径78、高315。

根据勾股定理,我们很容易可以计算出圆台体的母线x=√(((130-78)/2)²+315²)=316.07(精确到两位数,下同)。

我们还可以计算出上底面的周长C1=π×130=408.41、下底面的周长C2=π×78=245.04,其中π为圆周率,取值3.1415926。

将圆台体拆分成平面,是由一个扇形和上下两个圆组成。两个圆很简单,这里不多累赘。这个扇形实际是一个大的扇形减掉一个小的扇形得到一个图形。而这两个大扇形和小扇形是同一圆心、同一角度(α)的,如上图右下角所示。因此,我们只需要算出两个圆的半径、角度α,就能画出这个橙色扇形。

根据图上,我们可以得出两个方程式:

π×2×(x+y)×(α/360°)=C1,π×2×y×(α/360°)=C2

代入C1、C2、x的值,计算出

y=474.21,α=29.61°

有了这些数值,便可以轻松画出这个橙色扇形了。在画出这个橙色扇形后,加上用于粘贴的白色边,便可完成模型的制作。

当然,如果使用3D建模软件,可能非常简单容易的就解决了。

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