一、项目背景及目标

虽然有控火箭是一大热门，但其中涉及的电子电路，编程知识，软硬件设计，对于萌新火箭爱好者来说，还是太过困难。而且，目前火箭爱好者所做的模型火箭大多都是难以更换部件，或者回收失败几率很高。

除此之外，“二级火箭”似乎是一个爱好者研究的冷门，很少有成功的案例。

大多数爱好者的火箭都是提前设计好的，单一的，缺乏新颖性，也在一定程度上提前限制了火箭的多元化。

我打算研发一款可靠的、模块化的模型火箭，较为系统地探究模型火箭的制作过程，同时试验二级火箭的可行性，让一些新人爱好者有法所学，有迹可循，有路可走。

何谓可靠？

就是在结合我们的研究成果，并加以优化后，达到基本的一级火箭的稳定发射、稳定回收。

何谓模块化？

就是火箭可以搭配不同的组件，比如，你可以在50mm模型火箭上装配相机、探测设备或小生物，也可以选择轻装上阵。

我们还可以在一个50mm一级火箭上加一套发动机模块，快速实现从一级火箭到二级火箭都转变，以应对特殊场景的需求

此次我的研究目标是设计并制作出一枚直径50mm，长1000mm左右的无控火箭，通过弹簧机械开伞，使用最为简单但可靠的航电采集重要的飞行数据，通过搭配不同型号的发动机以及二级发动机实现不同的火箭射高（100米、300米等等）

设计参数与理论数据的差距不超过20%

总之，该火箭应是具有基本的数据采集，稳定性、一致性强，适合新手入门，体验火箭升空的呼啸声，看着火箭降落伞打开，成功回收的快感。

二、我做过的准备

见我之前所发的文章，我做过30-160金属发动机、35-200发动机、世舟三号、世舟四号、初探二级火箭发动机模块

但可能都不太完美，不是性能不高，就是回收失败，令人唏嘘，但也积累了一定的发动机制作基础，模型火箭制作基础。

该火箭的设计制作会有部分继承世舟三号和四号，进一步优化，脱胎换骨。

我使用SRM、SW、CAD、openrocket等软件进行了火箭发动机的重新设计，火箭整体的仿真。

三、项目实施思路总览

以单级火箭为基础设计二级火箭

总结构期望：直径大约50毫米，高度大约1000毫米，重量约1~2千克，可以稳定发射的探空火箭。

设计发动机

设计铝型材试车静态试车台

设计火箭降落伞回收系统

制作基于arduino的航电数据采集系统和相关电路控制

箭体模块化连接

设计发射架

发射单级火箭

（发射单级火箭，回收分析数据，验证实际参数是否达到设计要求，达到要求后进入二级火箭研制阶段）

二级分离方案                          

二级发动机地面静态试车采集数据

二级火箭总体设计、建模、仿真

二级火箭总装

二级火箭发射  

分析数据、总结

四、二级火箭建设方案

先易后难，循序渐进

该项目不侧重于航电，只有有部分简易航电设计，侧重于模块设计，硬件制作。

①发动机

设计搭配不同发动机使用，实现不同发射任务。

吸收之前的发动机制作经验，设计了新的火箭发动机

使用SRM进行固体火箭发动机仿真

固体火箭发动机内弹道模拟与性能计算

使用CAD2020绘制图纸

使用solidworks2018绘制发动机3D模型(剖面图)

主体使用酚醛树脂，搭配304不锈钢衬喉。

通过计算机计算，喷口效率超97%

隔热层使用环氧树脂管，解决PVC管热缩难和加入燃料后受热膨胀的问题。

下面是上次基金申请的二级火箭发动机，为二级火箭做的准备。

②主体的设计与制造。

1、使用openrocket（火箭仿真软件）进行总箭设计，slidworks（一个3D建模软件）进行火箭建模精细化设计。

为了便于制造，考虑到制作成本和结构强度，我们使用聚氯乙烯（PVC）管作为箭体。连接结构分为可拆卸和不可拆卸，可拆卸的连接有螺螺纹连接，螺柱连接，卡环连接。不可拆卸连接有焊接，铆接，过盈配合和粘接。

我们的火箭采用螺柱连接，便于实现模块化

从尾翼本身的刚度看，可分为刚性尾翼和弹性尾翼。从尾翼尺寸和弹径的关系看，分为同口径尾翼和超口径尾翼。另有固定式尾翼和张开式尾翼；矩形，梯形，三角形尾翼等。 

我们使用套筒式梯形尾翼，就是超口径尾翼。（放图）该设计具有结构强度，便于加工，空气动力条件优越等优点。可以一次性3D打印成型，外形结构特点，自稳性强，飞行姿态稳定。尾翼翼型确定后数量同样重要。随着尾翼片数量的增加，尾翼段阻力系数正比增加，生力系数增加较少，我们适中选择四片尾翼的结构。

③模块连接

总结之前的经验，我们发现模型火箭在实际装配中随意打孔，会对火箭各个级段连接的稳定性造成极大的隐患。因此，我的解决方案是：首先，在连接段建模时要开好孔（如下图）；

其次，我又做了一个PVC管的开孔定位器，辅助人工精准打孔：把开孔器卡在pvc管一端，再用电钻直接对着孔打下去，然后撤出开孔器，塞入连接段，孔对孔，最后拧上机米螺丝。

③相机固定

先将小运动相机卡入槽中，用轧带固定，再放入管中预定位置拧上机米螺丝固定

④航电系统

基于arduino nano ，利用mixly编程，使用MPU6050和BME280采集加速度，温度，湿度，气压，高度等数据,存进内存卡。

氢离子的商品航电（仅有开伞和高度记录的功能）作为备选方案。

遥控接收模块，作为地面人工紧急开伞。

在航电系统的下方，还将装备一个小型箭载纪录相机。

⑤回收系统

使用弹簧开伞而不是NC开伞，可重复多次使用，安全可靠性高，但有些许笨重。

除航电开伞外，我还将使用遥控模块或延时模块（独立供电）实现双重开伞，多一份保障。

⑥发射架

主体使用便宜的pvc管，用3d打印件固定。

再结合地钉，绳索固定在地面。

该方案较为成熟可靠。

四、我所要做的:

①整体设计、仿真与建模

②发动机的设计与制造

③航电部分的设计与制作

④降落伞模块制作

⑤发射架的设计与制作

⑥多次进行发动机测试、整箭回收测试，确保可靠性