看了很多人的方案,似乎都没涉及一级火箭回收的问题,虎哥的一级火箭应该是要回收的吧
?因此我的方案是能让一级火箭顺利回收的。另外,本人对于单片机不了解,相关部分还请高手
完成。
言归正传,开始说明我的设计。首先,我连接两段火箭的办法是使用套管结构,在第一级火
箭箭体上切出一定长度的槽,作为第二级发射的导轨。在这里需要注意的几点:1、二级火箭外
径等于一级火箭内径,考虑到切槽会降低一级火箭箭体的强度,有润滑剂(比如滑石粉)的情况
下不至于卡死而无法脱出 2、此槽需要有合适的长度,使得两级火箭之间的连接足够稳固 3、二
级火箭的尾翼需要足够牢固,一级火箭箭体的槽需要足够平滑,避免二级火箭尾翼脱落
下面阐述一下此连接方案原理:
一级火箭箭体的槽作为导轨,二级火箭尾翼与柱状突起形成稳定结构(或直接改用长条形小
翼展的侧翼)平行于导轨运动,保证了两个箭体在飞行过程中以及分离时同轴。
接下来说说我的二级点火方案。因为考虑到一级火箭的回收,又考虑到点火装置放置在二级
火箭中的制作可行性困难,最终决定将点火装置放置在一级火箭的顶部。
如图左部,一级箭体的上部,装有降落伞信号发射器等回收装置,上部为一个泡沫塞,略比
内径大,以产生适当的摩擦力,其上部贴软木片,再上覆盖铝箔以提高防火性能(毕竟是二级火
箭的尾焰),下部由一定长度的弹性绳连接一级箭体,其内装有惯性点火控制系统,外接电子点
火头与二级发动机连接。
必须指出:1、此泡沫塞与箭体的摩擦力必须足够保持整个一级发射过程中的稳定以及承受
二级发射时的冲击,同时在一级开伞阶段又不至于卡死导致开伞剂无法开伞,可以考虑在不妨碍
降落伞等回收装备弹出的情况下在箭体内添加环形支撑结构(如图绿色部分) 2、实际操作中,
此泡沫塞应比图中更长,以容纳各种部件,对箭体重心压心的影响敬请留意 3、泡沫塞的上部务
必做好防火准备,若泡沫融化将可能造成泡沫塞与箭体粘连导致开伞失败,如有其他弹性好质量
小耐火性能好的材料可以以其代替泡沫。
如图右部,泡沫塞的结构放大,由一个惯性控制机构和单片机系统构成。单片机系统需要做
到的是:小球接触锡箔纸,随后断开时,能向连接二级发动机的电子点火头(桥丝+易燃物)输
送足够的电流使电子点火头正常工作进一步点燃二级发动机。弹簧的劲度系数应该尽量小,使得
分离时机尽量接近一级发动机停止工作的瞬间。
分离过程阐述:
1、一级发射时,箭体急速加速,小球由于惯性相对箭体向下运动拉伸弹簧并接触锡箔纸,
压缩海绵,此时惯性控制机构处于接通状态,小球的加速度由锡箔纸对其弹力提供。
2、我们假设惯性控制机构内的海绵无限薄(实际上,海绵不应该太厚,其作用只是使小球
与锡箔纸接触良好),当一级发动机工作即将结束时,推力急剧下降,导致加速度急剧下降(速
度即将达到最高值),下降到 锡箔纸的弹力<=弹簧弹力 的一瞬间,惯性控制机构断开,此时单
片机向二级发动机输送电流开始二级点火
3、二级发动机点火瞬间对泡沫塞产生冲击,同时提升一级火箭导轨部分压力(即使有长条
的槽导致气流外泄,压力也会很高),使得两级火箭同轴分离。(一)、若发动机在完全脱离前
达到最佳工作状态,由轨道槽喷出的气流可能会对火箭飞行造成不良影响 (二)、若发动机在
完全脱离之后才达到最佳工作状态,之前以惯性飞行,保持飞行姿态,则为较为理想状态 (三
)、此处可考虑在二级发动机尾部添加装置产生可控爆炸,减少气流外泄并使气流更多作用于两
部分箭体,在发动机达到理想工作状态前使两部分箭体分离。
此套二级分离方案的优缺点分析:
1、在一级火箭箭体开槽制作导轨的做法,其精度和稳固程度很大程度上取决于一级箭体的
厚度,而厚度会增加质量,意味着能量的浪费。同时由于二级发射时的喷气问题对导轨的做工提
出了更高的要求。
2、在一级箭体导轨合格的情况下,使全箭能够较好的保持飞行姿态同时使其分离时得到较
高的稳定性。
3、分离发生在一级发动机加速阶段,此时发动机仍然提供推力,但推力急剧下降,这样就
保证了火箭在良好的飞行姿态下分离。由此造成的也是燃料浪费问题。
4、将惯性点火控制系统置于泡沫塞内可能会造成可行性困难
总结与改进:
1、此设计方案将会提供较好的飞行稳定性以及分离稳定性
2、此设计方案提供了一级火箭伞降回收的可能性
3、此设计方案对加工要求较为严格
4、可考虑将惯性点火控制系统置于泡沫塞外,降低制作难度。但是此系统在完成点火任务
后很有可能被烧毁,一次性使用,无法回收。
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