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卫星为什么不会掉下来？
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卫星为什么不会掉下来？
摘要：卫星，指在宇宙中所有围绕行星轨道上运行的天体，环绕哪一颗行星运转，就把它叫做那一颗行星的卫星，环绕地球就叫做地球卫星。当物体以很大的速度发射时，它将做作圆周运动。此时会产生一离心力，此离心力的大小与转速平方成正比。速度越大则离心力越强，当离心力与地心引力平衡时物体即可环绕地球不停的运转，所以只要人造卫星的飞行速度大到能平衡地心引力的地步，就可不停止的飞行而不掉落。
关键词：& 轨道& 圆周运动&& 离心力&& 地心引力&
1.卫星的基本认识
&&1.1椭圆轨道及其参数的的认识
&&&&& 在地球引力的作用下，要使物体环绕地球作圆周运动，那么必须使得物体的速度达到第一宇宙速度。如果卫星所需的向心力恰好和其所受万有引力相等，则它将作圆周运动。若其所需向心力大于地球引力，这是物体的运动轨迹就变成椭圆轨道了。物体的速度比环绕速度（作圆周运动时的速度）大得越多，椭圆轨道就越“扁长”，直到达到第二宇宙速度，物体便沿抛物线轨道飞出地球引力场之外。& 因为发射卫星和飞船时，入轨点的速度控制不可能绝对精确，速度大小的微小偏离，和速度方向与当地的地球水平方向间的微小偏差，都会使航天器的轨道不是圆形二是椭圆形，椭圆扁率取决于入轨点的速度大小和方向。
人造卫星的轨道参数（轨道根数），对于人造地球卫星轨道的形状、大小、在空间的方位以及卫星在特定时
刻所处的位置，人们通常用一些特殊的量来描述，这些“量”被称为“轨道参数”，最常用的是经典轨道常数，即开普勒轨道常数，用来描述在空间中的卫星的轨道。可以用这些常数递推出卫星在过去或将来的位置。有以下六个：& 1．轨道倾角 i——赤道平面与卫星轨道平面间的夹角& 2．升交点赤经Ω——从春分点（以地球为中心观察:太阳从南半球王北半球运动时，跟地球赤道平面相交的点）到卫星升交点（卫星由南半球往北半球穿过赤道平面的那一点，反之为降交点）的经度。& 3．近地点幅角ω——地心与升交点连线 和 地心与近地点连线
间的夹角 4．椭圆半长轴a 5．椭圆偏心率e& 6．卫星通过近地点的时刻t& 前5个参数实际描述了3个问题：轨道平面在空间中的方位；椭圆轨道在轨道平面中的取向（长轴指向）；椭圆轨道的形状和大小。
& 1.2人造卫星的周期及寿命
人造卫星的周期，由开普勒第三定律可知：运行周期的长短与半长轴有关，与半短轴无关 。即：&
大致可以这样说：& 距地面高度180~500km& 运行周期约90分钟。距地面高度1 万&&
km& 运行周期约6小时
。距地面高度3.6万& km& 运行周期约24小时& 。通常把运行周期为24小时的卫星叫“同步卫星”且相对地面静止（运转方向和地球自转方向相同，轨道在赤道上空）的同步卫星叫“地球同步卫星”。&&&
人造卫星的寿命，由于在地球的外层空间，即使气体分子极其稀少，仍然会对卫星的运行形成阻力，使它不断降低运行高度，以至最终进入稠密大气层销毁。因此，简单的说，轨道越高，真空度越高，卫星的运行寿命也就越长。（有效寿命——工作时间还受星上设备元件等影响，所以，卫星真正实用的时间多这几年，少者只有几天甚至更少）
2.卫星运行的基本原理
&&2.1 卫星的发射过程
首先，当装有卫星的运载火箭耸立在发射台上，全部准备工作完毕，按照"倒计数程序"进入最后预备阶段。随着地面控制中心的发射指令："9. 8. 7.6、5. 4、3. 2、1 . 发射，第一级火箭发动机点火，运载火箭开始脱离发射架上升，而且速度越来越快。这就是加速度飞行段开始了。
运载火箭从地面发射到把有效载荷送入预定轨道，称为发射阶段。在这一阶段所飞经的路线就叫做发射轨道。运载火箭的发射轨道一般为三大部分，即加速飞行段。惯性飞行段和最后加速段。运载火箭垂直起飞后 10秒钟数到0秒钟后，开始按预定程序缓慢地转弯。发动机继续工作约100多秒后，运载火箭已上升到70千米左右高度，基本达到所需的入轨速度和与地面接近平行的方向时，第一级火箭发动机关机分离，同时，第二级火箭发动机点火，继续加速飞行。此时，已飞行 2-3分钟，高度已达150千米一200千米，基本已飞出稠密大气层，按预定程序抛掉箭头整流罩。接着，在火箭达到预定速度和高度时，第二级火箭发动机关机、分离，至此加速飞行段结束。
这时，运载火箭已获得很大动能，在地球引力作用下，开始进入惯性飞行段，一直到与卫星预定轨道相切的位置，第三级火箭发动机开始点火，进入最后加速段飞行。当加速到预定速度时，第三级火箭发动机关机，卫星从火箭运载器弹出，进入预定的卫星运行轨道。
& 2.2卫星运行的主要原理
根据物理学原理可知，当物体作圆周运动时即会产生一离心力，此离心力的大小与转速平方成正比。因此速度越大则离心力越强，当速度足够大时即有地球对人造卫星的引力和卫星的离心力保持着平衡，由于在卫星上装有自旋的稳定装置，使卫星环绕自身的轴线快速地飞转。而一个向前运动同时又快速自转的物体，运动的方向就不会受到外界的影响。而且对于一些不适合通过自旋来保持稳定的卫星，另外还设有自动纠偏系统，当卫星偏离轨道时会马上作出反应产生推力，让卫星正常运行。因此只需要保证人造卫星的飞行速度大到能平衡地心引力，并且不受外力的影响，卫星便可不停飞行而不掉落。
3.卫星的类别及其用途
& &3.1卫星的分类
按运行轨道分：低轨道卫星、中轨道卫星，高轨道卫星、地球同步轨道卫星、地球静止轨道卫星、太阳同步轨道卫星、大椭圆轨道卫星和极轨道卫星。
按用途分：它可分为三大类：科学卫星，技术试验卫星和应用卫星。
&3.2卫星的主要用途
（1）科学卫星是用于科学探测和研究的卫星，主要包括空间物理探测卫星和天文卫星，用来研究高层大气，地球辐射带，地球磁层，宇宙线、太阳辐射等，并可以观测其他星体。
（2）技术试验卫星是进行新技术试验或为应用卫星进行试验的卫星。航天技术中有很多新原理，新材料，新仪器，其能否使用，必须在天上进行试验；一种新卫星的性能如何，也只有把它发射到天上去实际“锻炼”，试验成功后才能应用；人上天之前必须先进行动物试验……这些都是技术试验卫星的使命。
（3）应用卫星是直接为人类服务的卫星，它的种类最多，数量最大，其中包括：通信卫星，气象卫星，侦察卫星，导航卫星，测地卫星，地球资源卫星，截击卫星，军用卫星等。
4.卫星的发展方向及其前景
（1）宽带卫星多媒体通信是卫星通信的发展方向 ，随着未来宽带系统的出现，必将会解决Internet向前发展的难题，其次，进一步推动发达国家、发展中国家信息化设施建设的技术发展，扩大卫星通信产业的规模，开辟卫星通信新市场
，因此这是发展方向之一。
&(2)现代小卫星的应用必将会得到推广，小卫星研制周期短，非常适应战争急需，又特别适用于科学实验和技术演示（飞行实验）的飞行任务。所以小卫星的也是未来卫星的发展方向之一。
（3）建立运行更加稳定的卫星遥感系统，继续研制发射更先靳的气象卫星和资源卫星，能使系统稳定、连续运行，并要积极研制开发海洋监测卫星，因为这是目前我国尚属缺项的遥感卫星，所以这也必将是未来卫星的发展方向之一。
&&[1].《理论力学》 李俊峰
[2].《大学物理学－力学》 张三慧
[3].《人造地球卫星轨道力学》 刘林
[4].朱军 王培国《卫星通信技术及其发展趋势》
[5].甘仲民《卫星通信技术的新发展》
最新论文信息采掘机械设计亟须采用现代设计方法摘要:从煤炭生产；关键词:采掘机械现代设计方法设计方法学；1.引言；众所周知,采掘机械是煤炭生产中最主要的机械设备,；采掘机械与所有其他机械产品一样,在其从无到有的过；2.1在采掘机械设计中采用现代设计方法的必要性；现代设计方法这一术语在我国已被广泛采用,并已基本；遂碎着科学技术的大幅度进步,设备技术参数和工况参；目标的重要保
采掘机械设计亟须采用现代设计方法 摘要:从煤炭生产在我国国民经济中的重要地位和市场经济对产品设计的要求出 发, 论述了末掘机械设计中采用现代设计方法的必要性与迫切性。基于国内外产品设计的现状, 指出采用现代设计方法的可能性。提出在煤机企业中采用现代设计方法的措施与途径, 并给出了应用实例。
关键词:采掘机械 现代设计方法 设计方法学
众所周知, 采掘机械是煤炭生产中最主要的机械设备, 采掘机械的优劣, 直接影响巷道掘进速度,影响煤炭产量, 影响劳动生产率以及影响煤矿经济效益。
采掘机械与所有其他机械产品一样, 在其从无到有的过程中, 都是源于设计。设计决定了采掘机械的性能和质量。因此, 设计过程是采掘机械诞生过程中最重要的一个环节。人们可以采用不同的设计方法实现设计过程。如此, 设计过程乃至设计结果将是完全不同的。随着科学技术的发展, 设计方法也必然推陈出新。如果设计师不能适时地采用新设计方法, 而是墨守陈规, 采用古老的、传统的设计方法, 不但影响设计周期, 而且必然影响产品质量。 2 在采掘机械设计中采用现代设计方法的必要性与可能性
2.1在采掘机械设计中采用现代设计方法的必要性
现代设计方法这一术语在我国已被广泛采用,并已基本得到认同。但这是一个有明显时空限制条件的术语。随着时间的推移, 现在这些被称为“ 现代设计方法”的方法, 将失去其“ 现代” 意义。在我国, 大部分机电产品设计部门至今仍然沿用传统设计方法, “ 现代”是与“ 传统”相对应的。
遂碎着科学技术的大幅度进步, 设备技术参数和工况参数的检测手段以及数据处理手段不断更新,人们不断揭示设备零部件破坏原因和整机失效规律。随着人们认识的深化和提高, 不断提出改进设备性能和提高设备可靠性的设计方法, 如有限元设计方法、模态分析方法、可靠性设计方法等。人们为了保证实现某些既定目标, 如最低成本或最小重量等,又找到最优化设计方法。这些方法的共同特点是以数学为基础、以计算机为手段才得以实现。国外高质量的机电产品和快速的产品更新换代, 无一不是采用现代设计方法而实现的。国外对设计的重视日甚一日。1988 年以来新加坡已经举办了三次国际设计讨论会, 在学校增设了新的设计课, 建立了设计展销中心。香港早就采取措施促进设计的应用与发展。早在70年代, 香港就创办设计学院,80 年代成立了“ 设计革新公司” , 专门承揽设计任务。西班牙很早成立了工业设计发展协会。该会主席霍尔迪? 蒙塔尼亚指出, 设计是在国际市场进行产品竞争的关键因素, 产生成功的设计,就要在方案设计阶段花费较长时间, 设计要领先竞争对手。德国的大企业集团均设有人数众多的设计部和产品开发部, 设计人员占工程技术人员总数的50%以上, 现代设计方法早已在各大公司得到普遍应用。日本对设计的的重视更是早为世人所瞩目。日本的设计师认为, 设计决定了产品的全部功能, 产品质量比例的70%以上是由设计决定的。我国经济的高速度发展对能源有着巨大的需求, 在我国一次能源结构中, 煤占70%以上。由此可见, 在最近乃至相当长一个时期内, 煤炭生产仍然是我国国民经济最重要支柱。到2000 年, 煤炭产量将达到14亿t , 将以高产高效的一井一面生产组织形式作为煤炭生产发展方向, 国有重点煤矿精减分流100万人。开发和研制高产高效和高可靠性采掘机械是实现这些既定发展
目标的重要保证, 是目前最迫切的任务。此外, 不仅在煤炭生产中应用采掘机械, 在金属矿山、化工矿山以及建筑原材料矿山中, 在开凿水工隧道和交通隧道时, 也大量需要采掘机械。在国外的井盐开采使用采掘机械已是众所周知。我国最近竣工的引大入秦工程中, 外国公司也使用了悬臂式掘进机。如果我们的采掘机械能成功地用于这些煤炭生产以外的矿山生产和工程建设中, 将为国产采掘机械开辟新的市场, 这将为我们的采掘机械生产企业注入新的活力。另外我们还要有勇气涉足国外市场。
如前所述, 市场经济为我国采掘机械提供面对国内外大市场的机遇, 抓住这一机遇的关键在于设计, 设计方法是其中之核心。可见, 采用现代设计方法是振兴采掘机械的需要。
2.2在采掘机械设计中采用现代设计方法的可能性
近十几年来, 有的高等学校、科研单位和生产厂家已采用现代设计方法完成了采掘机械若干零部件的设计任务。已有部分掌握了现代设计方法的理论,并且已经掌握了一定的实践经验。这说明, 在设计部门的主观方面已经具备了应用现代设计方法的可能性。
在客观上, 市场经济体制的建立使供求关系由过去按计划调拨变为供需对接。这种供货方式要求设计造部门及时提供只满足某用户要求的专门设计结果。对于开放式社会, 每一个设计制造单位都必须面对用户的选择。选择标准包括设计周期、供货时间、先进性与可靠性、优良的性能以及较低的售价等。这种国际通常的供需方式为设计部门应用现代设计方法提出迫切要求, 这是应用现代设计方法的客观条件。
3 现代设计方法在采掘机械设计中的应用
在国外的许多采掘机械厂家早已采用优化设计、有限元设计等方法, 大部分零部件的设计与制造是由cad/cam 实现的。我国也有个别零部件采用或参考了应用现代设计方法的设计结果。
3.1应用优化设计方法设计悬肴式掘进机截割头
悬臂式掘进机截割头的主要技术参数是其运动学参数以及与其结构形状和截齿排列相关的几何参数这些参数又与被截割矿岩体的物理机械性质密切相关, 如硬度系数f值、抗压强度ζy、截槽崩落角а以及截槽崩落系数fR 等。技术参数设计的合理与否, 对掘进效率、单位能耗、工作模态以及掘进机可靠性有极大影响。
横向截割头的运动学参数主要是指其摆动速度Vb和自转速度nj 。运动学参数的优化是以充分利用被截割矿岩体的物理机械性质指标达到高效截割为目的。优化设计的目标函数
minF1(x)?(Xi?Xi?1)2?(Yi?Yi?1)2?60?fR?Vbcos?inj?T
式（1）中Xi,Xi-1,Xr.Xr-1DDD第i个截齿和第i-1个截齿的齿尖在X-Y坐标系中的坐标；
fR-矿岩体崩落系数；
Vb-截割头瞬时摆动速度；
T-螺旋头数；
nj -截割头转速
在截割头上截齿排列的几何参数的优化, 基于如下两个方面：
（1） 应使截齿承受的载荷小而均匀, 以期达到功耗小, 磨损均匀的目
的。以单齿截割矿岩体积等为目标函数, 即：
minF2(x)??(V
i?1ni?Vi?1)式（2）
式（2）中n---单一选装线上的截齿数
Vi---第i个截齿的截落矿岩体积
（2）以动载荷波动系数和功耗波动系数最小为优化的目标函数即：
jkRj??)式（3）
式（3）中K---在截割头上划分的计算区域个数?
δRj---在第j截割区域的载荷、功耗波动系数
ε---载荷和功耗波动系数允许最大值。
用上述目标函数以及与之相关的设计变量和约束条件, 构成截割头优化设计的数学模型, 并由此编制出相应软件HJT 一CAD用此软件可以完成新割头设计、旧截割头改进设计以及新旧截割头截割性能模拟等设计研究工作。
3.2 把模态分析和有限元设计方法用于据进机改进设计
悬臂式掘进机工作时伴随剧烈振动, 导致许多机件失效和截割效率降低。借助于模态分析方法, 寻求和确定掘进机零部件改进设计方案, 改善掘进机工作模态, 是提高零部件可靠性的极为有效的动态设计方法。煤科总院唐山分院研制的EBZ 一75 型掘进机在截割硬煤岩体时, 工作机构强烈振动, 引起联接螺栓松动, 甚至断裂。采用模态分析方法, 找到为优化掘进机动态特性而进行的改进设计途径川。
基于模态分析, 实施对EBZ 一75 掘进机改进设计的主要措施是：
优化截割头上的截齿排列增加回转台联接部件刚度尽量减小悬臂伸缩滑道间隙和增加滑道最小接触长度, 及时调紧滑道。模态分析试验研究结果还表明, 在掘进机工作过程中, 悬臂外伸距离尽量小是改善工作机构模态的有效操作方法。只有在不加大悬臂外伸量就不能完成的工作的条件下才增加悬臂外伸量。对联接油缸的耳座、支承架体等关键零件用有限元法进行分析, 按应力大小合理设计结构形状和尺寸。如果把模态分析和有限元法结合起来, 设计结果更趋合理。
3.3用专家未统设计采煤机工作机构
采煤机工作机构主要指螺旋滚筒, 它是采煤机最重要的部件。螺旋滚筒设计要考虑用户要求、采煤工作面地质条件以及采煤机的主要技术参数等因素。现在, 大多数滚筒生产厂家是凭经验或用类比法设计滚筒。很难全面考虑诸多因素, 很难容汇国内外公认的截割理论和成熟的设计方法。
图 1 SDES 系统总体结构图
阜新矿业学院与平岗截齿厂合作, 建立了采煤机工作机构专家系统―SDES 系统, 其总体结构如图1 所示, 该系统运行过程如图2 所示。
该系统为一开放式系统, 采用交互式设计方法,只要把用户要求、使用条件以及配套采煤机的主要技术参数输入计算机, 便可以很快输出滚筒图纸以及全部技术参数。还可以实现载荷波动模拟、计算块煤率、切屑断面模拟以及实现滚筒形体三维动画显示等
图2 SDES系统推理流程图
用SDES系统为铁法矿务局大明二矿某工作面设计的与MG 300, 在井下连续采煤8个月, 由于工作面采到边界而停产升井。该滚筒连续采煤近70 万t , 仅局部轻微磨损, 仍然可以继续使用。在工业试验中测定的相关指标与原使用滚筒相比, 皆有明显提高, 如: 截割比能耗下降了5% 以上装煤效果提高了25% 以上,块煤率提高了7% 以上截齿耗量由68万/件t 降到44万/件t 井下维修时间平均每月减少41小时。该滚筒为用户创造了600 。多万元经济效益。
当然SDES 系统还要在应用实践中继续完善。可以肯定建立采煤机整机设计专家系统也是指日可待。
3.4用设计方法学观点指导采掘机械设计
设计方法学是本世纪70 年代在欧洲首先形成,然后其他国家得到广泛应用的方法论。
现在, 我国采掘机械产品正面临用户对产品质量的严格要求和如何扩大国内外市场等与企业生存息息相关的大问题, 解决这些问题的关键也在于设计, 必须把设计过程纳入设计方法学轨道。
3.4.1产品设计必须满足用户要求
设计方法学通过分析人类使用物质结构、产品达到欲想目的的事实, 得出一个平常而又重要的结论: 人们对任何产品都有一定要求, 不存在没有要求的用户, 也不存在能满足听有用户的全能产品, 设计师设计的产品必须满足用户的要求。按此观点, 设计过程始于设计师了解和明确用户的要求。用户的要求是设计过程所需要的第一批信息, 也是确定设计方案评价标准的依据。各用户对产品的要求以及用户的使用条件各不相同, 因此不能在产品设计中以不变应万变, 而要采用“ 量体裁衣” 的设计原则。采掘机械设计恰恰也必须遵循这一原则。让用户适应产品是计划经济体制下的情况, 产品不能有效地发挥其功能, 用户的要求也不能全面得到满足。在市场经济体制下, 采掘机械要能适应用户, 赢得用户, 才能不断扩大市场占有率。因此, 设计师要能设计出具有“ 个性” 的采掘机械产品。
3.4.2 把产品视为技术系统
设计方法学把任何产品都视为技术系统, 产品设计过程用系统工程的思想组织实施。设计顺序从总体方案到各零件形成树状体系。设计过程从明确用户对产品的要求到每个设计步骤可以反复进行,如图3所示〔3〕。把产品视为技术系统的目的有三:一是把零部件视为子技术系统, 采煤机或掘进机是由一阶、二阶、三阶? ? 子技术系统构成的主技术系统, 这是一个树状结构, 设计过程便由主系统到子系统顺序展开,二是便于划清各子系统边界, 为设计过程提出明确的边界条件和约束条件, 三是使设计过程全部技术及文件信息系统化, 便于管理和调用, 在用CAD/CAM. 开发产品时实现无图纸化加工。
3.4.3设计师必须创造性地工作, 必须站在社会水平的高度审视设计结果
包含各类专业文献、中学教育、各类资格考试、高等教育、幼儿教育、小学教育、文学作品欣赏、应用写作文书、14科技小论文等内容。　
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有一次，科学课下课的时候，我听见几个同学在议论纷纷，我凑上前去，仔细一听，原来，大家都在讨论一个问题：一个空杯子装满水，盖上一张纸，再将杯子倒过来，纸会不会掉、水会流出来吗？能有这么神奇的事发生吗？我决定亲自做一个实验。于是放学回家后，我迫不及待找来一个纸杯，一张大小合适的白纸，接着将杯子装满了水，将纸盖在杯上。此时我有点紧张，担心实验不成功。为了知道结果，我深深地吸了一口气，拿起杯子轻轻地倒过来。哇噻！果真如此，纸紧紧地“贴”在杯子口上，水也一滴不漏，太神奇了！可这又是为什么呢？为了揭开谜底，我便上网查找有关的资料。原来是因为装满水的杯中空气压力被堵住，压力就自然很小。加上水的表面有胀力，才能使杯中的水稳稳地被“固定”住，纸也能吸在上面。我恍然大悟，原来是空气和纸托住了杯子中的水！回答时间：[]Copyright & 2017