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1、研究背景
在爱好者的火箭发射活动中,固体探空火箭是提供探空运力最常见且便捷的载具。因为火箭载荷质量、射高、最大速度等指标的需求变高,必需要提升火箭的总冲和规格。然而国内爱好者群体中,已经公开设计和数据的大型探空火箭十分稀缺。因此爱好者缺乏适合作为优秀案例进行学习和仿制的例子。我们团队认为有必要研发一种较大射高、有一定运载能力的探空火箭来填补目前技术和经验的空缺,在研发过程中解决部分阻碍爱好者设计制作火箭的难点,推动火箭爱好的共同进步。本项目基于科创基金2020K1项目开发的82mm口径火箭发动机MY-82进行设计。主要火箭气动和弹道设计使用openrocket开源软件进行。
2、研究目标
本项目旨在设计、制造、发射两枚82mm直径的探空火箭。该探空火箭可以达到载荷1kg时射高6km的指标。两枚探空火箭设计相同,可以进行两次相同的发射验证。并形成互相备份。
3、研究计划
3.1各部分设计与仿真
基于MY-82火箭发动机,我们使用OpenRocket软件设计了火箭。发动机壳作为下段箭体,上段箭体与发动机直径相同,回收设备与载荷安装在上段箭体,重心基本确定后进行了尾翼的设计。
3.2火箭的制造、装配和测试
(1)发动机的制造
(2)燃料制造
(3)箭体、航电系统、回收系统制造
(4)火箭总装及调试
3.3 火箭发射与回收
发射及回收地点:青海省茫崖县
3.4 数据分析,实测数据与仿真数据的对比
回收返回舱。将航电记录的数据导入电脑,查看部分重要指标如加速度曲线,气压曲线。与预期工作曲线结合分析设计的准确性。
目前设计与计算机仿真已经完成,准备进入制造阶段
(图为火箭架构总设示意图)
(图为openrocket模拟火箭飞行数据曲线)
总体设计:当前设计使用冯卡门曲线整流罩,发动机壳作为下段箭体,上段箭体与发动机直径相同,回收设备与载荷安装在上段箭体与发动机之间,开伞时分离发动机,回收上段箭体。重心基本确定后进行了尾翼的设计。有效载荷可放置在伞仓上方与整流罩之内,主要由玻纤环氧复材构成的箭体和整流罩有良好的电磁波透过率,有利于航电遥测。同时比强度高,便于实现箭体的轻量化。
航电:分为开伞、数据记录、定位三部分,分别独立工作。开伞基于openrocket模拟结果,由定时器触发开伞动作,点燃NC包推动活塞切断塑料螺丝完成降落伞弹出。数据记录包括6轴加速度角速度、气压、航拍画面。箭载433MHz无线电信标,通过无线电测向找回上段箭体。
连接方式:舱段连接大多使用不同直径连接器配合侧孔螺丝的连接方法。连接器通过机加工制作。
尾翼:定制不锈钢锥形卷管作为尾翼套管,焊接四片尾翼。
设备支架:3D打印和机加工
4 、项目分工与项目管理
山氰水溴:资金流向记录、项目管理监督、燃料模具制造、火箭尾翼制造、航电设计制造、火箭总装
Winter:资金保管、项目管理监督、项目总负责人、燃料模具制造、发动机制造、箭体加工制造、火箭总装
5 、项目先进性
(1)大型高探空火箭
(2)使用环氧玻纤复合材料箭体
(3)使用openrocket设计和模拟探空火箭,实现更简单更准确的仿真和优化。验证openrocket模拟火箭超音速飞行时的准确性
(4)结构简洁,可靠性高。
(5)大型探空火箭的配套设备设计、制造、使用
(7)大型探空火箭的航拍影像
(8)超音速火箭
6、成果固定方式
(1)将本项目研究成果(设计方法,火箭图纸,火箭制造工艺,设计要领,项目运营经验等)汇总并在论坛相关版块发布较为严谨的帖子作为结题报告。
(2)将有参考价值的数据、照片、视频整理后发布至论坛。
(3)对与有推广价值的部分(加工制造方式,火箭设计方法等)写成帖子在论坛发布。
预算备注:
加工费用是咨询价格,项目结题时向基金归还余额。
用途 | 规格型号 | 单价(元) | 数量 | 单位 | 合计(元) |
---|---|---|---|---|---|
6063-T5管材85*75,1米(由于市面上没有75*82规格的管材,所以使用该管材车削加工到82mm外径) | 150 | 2 | 300 | ||
酚醛布管定制隔热层1米 | 170 | 2 | 340 | ||
药柱内孔模具制造 | 200 | 2 | 400 | ||
螺丝、密封圈、密封胶、锯条等小零件杂项 | 300 | 1 | 300 | ||
80mm电木棒1米 | 180 | 1 | 180 | ||
发动机加工费用1套 | 400 | 2 | 800 | ||
车床修整药柱费用 | 80 | 2 | 160 | ||
5KG量程电子秤 | 58 | 1 | 58 | ||
E51环氧树脂1千克 | 53 | 1 | 53 | ||
669稀释剂1千克 | 80 | 1 | 80 | ||
593固化剂500克 | 32 | 1 | 32 | ||
AP1千克 | 200 | 8 | 1600 | ||
箭体玻纤管定制1米 | 260 | 1 | 260 | ||
箭体玻纤管加工 | 50 | 2 | 100 | ||
整流罩制造 | 400 | 2 | 800 | ||
舱段连接器制造 | 140 | 4 | 560 | ||
不锈钢尾翼卷管、切割及焊接加工 | 70 | 2 | 140 | ||
定时开伞航电 | 83 | 2 | 166 | ||
数据记录及遥测航电 | 433 | 2 | 866 | ||
发射架 | 800 | 1 | 800 | ||
三星EVO Plus TF卡 128g(箭载航拍记录卡) | 90 | 2 | 180 | ||
购买材料的运费 | 12 | 14 | 168 | ||
火箭运输至发射场地费用 | 500 | 1 | 500 | ||
箭体喷涂 | 200 | 1 | 200 | ||
三星EVO Plus TF卡 64g(航电数据记录卡) | 50 | 2 | 100 | ||
鹰眼小方狗二代(箭载航拍摄像机) | 299 | 2 | 598 |
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