VERTICAL FLIGHT STABILIZATION SYSTEM FOR THE ROCKET MODEL
Практическое решение
Система вертикальной стабилизации включает в себя аппаратную часть - микроконтроллер Arduino Nano, соединённый с платой расширения MPU9250, сочетающую в себе цифровой аналог гироскопа и акселерометра, и блоком питания, – а также механизм поворота стабилизаторов. Имеется два вида механизма.
| Рис. 2 Первый вариант привода, с сервоприводом в роли движителя, качалками, соединёнными проволокой . |
| Рис. 3 Второй вариант исполнения привода стабилизаторов (рулей), с электромотором, редуктором 1/150, червячной передачей. |
Во втором варианте роль движителя выполняет электродвигатель малого размера. Момент с двигателя передаётся на редуктор 1/150, с которого вращение через червячную шестерню передаётся на ряд шестерёнок, образующих шестерную передачу. Момент передаётся на ось, с закреплёнными по бокам двумя стабилизаторами. Двигатель, так же как и сервопривод, имеет энкодер, позволяющий точно поворачивать стабилизаторы. Преимуществом такого исполнения механизма является простота, а также оказание сопротивления сильному воздушному потоку. Из отрицательных сторон здесь присутствует дороговизна, относительно первого варианта, а также большая масса внизу ракеты, из-за чего возникнет необходимость в дополнительной центровке модели.|
|
|
Описание алгоритма работы
Алгоритм работы представлен следующим образом: при отклонении ракеты от вертикальной оси, изменение курса фиксируется платой MPU9250, при этом при помощи гироскопа регистрируется величина угла, на которую отклонилась ракета [3], после чего сигнал об изменении направления полёта поступает на микроконтроллер Arduino Nano. После обработки, в зависимости от направления крена включается первый или второй привод, поворачивающий стабилизаторы оси в одну или другую сторону. Если вектор отклонения ракеты направлен между осями стабилизаторов, включаются два привода. При этом стабилизаторы поворачиваются в разные стороны, благодаря чему на одной стороне увеличивается подъёмная сила, а на другой – уменьшается, и ракета выполняет крен. На приводах установлены энкодеры, благодаря которым происходит точное изменение угла наклона аэродинамических поверхностей.
|
|
|
Формулы
Cyстаб. = Cy 
, (1)
где: Cyстаб - коэффициент управляющей силы стабилизатора; 
- угол отклонения стабилизатора; Cy 
- производная профиля по * .
M 
L * Yстаб., (2)
где: М упр – управляющий момент; L – плечо от центра масс до точки приложения аэродинамической силы на стабилизатор; Yстаб. – управляющая сила стабилизатора (в Ньютонах).
Yстаб. = (Cyстаб.* 
воздуха*V 
*S стаб.)/2, (3)
где воздуха = 1,21 кг/м 
; V - скорость полёта в квадрате, м /с ; S стаб. – площадь стабилизатора;
.
Заключение. В ходе данной работы были представлены варианты реализации системы активной стабилизации с точки зрения конструкции. Кроме того, были выведены формулы, необходимые для построения математической модели ракеты, а также были описаны принцип действия системы, её актуальность, алгоритм действия.
|
|
|
В будущем планируется постройка реального прототипа с последующим испытанием системы стабилизации.
Литература
1. Киселев С.П. Физические основы аэродинамики ракет. М.: Воениздат, 1976. 106 с., 1-2 абз.
2. Киселев С.П. Физические основы аэродинамики ракет. М.: Воениздат, 1976. 106 с., 5 абз.
3. Киселев С.П. Физические основы аэродинамики ракет. М.: Воениздат, 1976. 105 с.
E.V.Ivanov (10 class, secondary school №206, Saint-Petersburg)
VERTICAL FLIGHT STABILIZATION SYSTEM FOR THE ROCKET MODEL
The paper presents an active stabilization system that provides a stable vertical flight of the rocket model. The types of mechanisms used are determined, positive and negative qualities are identified and presented. The principle of operation and algorithm of the system are considered. Forces and phenomena that occur during flight are determined by the example of a mathematical model.
Работа выполнена самостоятельно
Дата добавления: 2021-07-19; просмотров: 58; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!