申请人信息
申请人ID:TonyStark
真实姓名:汪凡钧
自我介绍:CTX探空火箭团队|创索工业成员,南京一中高一学生,曾设计过多个探空火箭及发动机,热爱科创。
申请方式:团队
组员ID:TonyCheng
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申请人曾经发表的技术文章:
文号:889178TonyStark发表于:2021/01/15 01:52:40
32mm金属发动机设计制造
文号:889527TonyStark发表于:2021/01/24 19:36:15
32mmRNX发动机试车
项目信息
32mm探空火箭制造与发射
学科分类:喷气推进研究周期:60 天
摘要
制造一枚32mm探空火箭
关键词

 一、 团队介绍:
CTX探空火箭团队成立已有两年。两年来,在大量的实践中,团队设计、制造了32mm内径KNSB、RNX燃料金属探空火箭发动机并进行了多次地面试车,开发了能够记录并实时向地面站回传加速度、高度、温度、气压与位置数据的航电系统,利用SRM、OpenRocket、SolidWorks等软件完成了探空火箭设计、仿真、零部件建模,设计、建造了火箭发动机试车台、火箭发射架,同时在团队合作等方面有了较为丰富的经验,并通过大量的综合实践形成了团队的完整体系。
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二、项目背景:
探空火箭类业余科技爱好在国内已有较长历史,科创论坛内有大量前辈火箭设计成功案例。但是近几年探空火箭元老逐渐退隐而新人热情不减,导致大量缺乏仿真模拟设计,操作过程不规范不安全,安全性较差的所谓“火箭”、“发动机”出现在各大网络平台,对探空火箭爱好的发展造成了一定的负面影响。当前,尽管探空火箭发展的大势已经转为自动化控制,但是无控火箭设计、发动机制造仍然是探空火箭入门者的主要难题。
三、研究目标:
本项目旨在设计一枚可复用的32mm内径金属火箭发动机并进行试车、设计、发射并安全回收起飞质量1kG左右的32mm可复用无控探空火箭,飞行高度达到800m至1000m,飞行姿态、高度、落点等关键指标与理论值偏差不超过15%。箭上搭载数码摄像机、航电数据采集回传系统以及GPS定位器,在飞行过程中采集航拍视频,记录并回传高度、加速度、姿态数据,确保收集到完整的飞行数据。研究结束后,将设计发动机、试车、火箭发射与回收的全过程规范化,为入门者提供具有较好参考性的成功设计案例,推动探空火箭爱好共同发展。

四、研究计划:
1、动力系统方面,团队已经初步完成32mm内径KNSB燃料金属发动机的设计、模拟、制造工作并进行了2次地面试车。发动机壳体采用壁厚1.5mm,内径33mm的6063-T5铝合金管,燃料采用热熔法浇筑的内圆孔KNSB燃料,总装药量250g,装药长度180mm,采用四氟棒+光固化模具的方式制作内孔,保证了内孔的较高精度。以薄壁PVC管材作为隔热层,喷管使用45#钢材料作为主体,石墨材料作为衬喉的复合喷管,堵头使用光固化树脂材料+不锈钢圆片+橡胶密封圈,确保堵头耐压、可靠。点火采用Al-Mg点火药并进行遥控点火,确保点火安全性、快速建立工作压强与推力。发动机喷燃比设计为350,最大燃烧室压强6MPa,总冲450Ns左右。在完成2次试车工作并采集推力后,测量发动机壳体、喷管等各处温度,并检验发动机可复用性,验证复合材料喷管可靠性。同时,将推力采集卡所采集的推力数据导入电脑,进一步推算出燃烧室压强,将推力、压强数据与仿真数据进行对比,分析设计可靠性、准确性。

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2、箭体设计方面,团队已经初步完成了起飞质量1kg左右的探空火箭的设计、仿真工作,箭体采用碳纤维管材料制作,下半段采用套筒+螺丝的方式与发动机相连接,最底部放置尾翼套筒并采用螺丝固定;上半段使用光固化打印部件固定摄像机、航电、GPS定位器、电池等设备,上端放置伞舱、开伞点火系统,顶部放置头锥。在上文所述发动机技术指标下,火箭可达800m-1km左右的飞行高度。计划通过尾翼增强火箭稳定性,通过根据发射前风场数据进行发射角度调节增强回收精度,并实现火箭实际飞行高度、姿态、稳定性、回收精度等技术指标与设计指标间误差小于15%,为日后团队设计、发射自动化控制火箭奠定基础。

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3、回收系统方面,计划采用尼龙布材质降落伞,伞面直径1m,顶部通风孔直径20cm,折叠放入内径33mm,长度150mm的伞舱中,航电通过高度数据判断火箭开始下落后,通过电信号引燃点火头,并点燃硝化棉开伞药,推动挡板运动,推出头锥,弹出降落伞,实现全箭回收。对于回收系统计划进行1次地面开伞实验、1次自由落体开伞试验,验证回收系统可靠性及机械强度、展开速度后上箭。发射前采集发射场地风场数据,并根据风场数据调整发射架角度,判断落点位置,做到实际落点与理论落点偏差不超过100m半径。
4、航电系统方面,计划使用ATmega328芯片作为主控芯片,利用ADXL345芯片采集加速度与姿态数据,利用BMP180芯片采集气压、温度数据,通过气压、温度计算出当前高度,并依据高度数据实现火箭开始下落后晶闸管导通,引燃开伞药自动开伞。利用SD卡存储数据,利用LoRa无线串口实时回传数据至地面站(地面站为笔记本电脑+LoRa+天线),同时箭上配备GPS定位器,便于落地后寻找箭体;配备箭载航拍相机,成功回收后结合航拍视频与采集到的姿态、高度等数据,分析实际数据与仿真数据的偏差并进行相应改进。航电系统计划使用无人机进行测试,验证各项指标与可靠性后上箭。

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5、在项目结束后将航电开发思路、发动机设计、探空火箭设计仿真等细节以较为严谨的文章发表在论坛。

五、研究条件:
32mm发动机已设计完成,已进行过一次地面试车实验;团队内部已完成航电PCB打板和程序编写调试,择期进行测试;火箭设计仿真已完成,发射架设计完成。

六、项目创新性:
1、自主设计的32mm金属发动机重量较轻、可靠性好、总冲较大;
2、实现在无控制系统的情况下利用尾翼稳定火箭飞行姿态,确保姿态、落点精确、可控;
3、采用自主开发的航电系统,具有集成度高、可靠性好的特点。

七、备注:
1、成果固定方式:
一切成果(包括视频,报告等)将在科创发帖公布,在其他视频网站发布视频时会备注KC基金项目。
2、基金申请款项为预算价格,项目完成后多余资金将退还。

资金预算
用途 规格型号 单价(元) 数量 单位 合计(元) 专家建议(元) 实际批准(元)
PVC隔热管 7 2 14 14 14
6063-t5铝管 15 5 75 75 75
发射架铝型材2020 9 10 90 90 90
四氟棒 6 1 6 6 6
燃料浇筑模具 10 2 20 20 20
GPS定位模块 45 1 45 45 45
碳纤维管 92 1 92 92 92
金属喷管制造 150 1 150 150 150
石墨衬吼 18 1 18 18 18
航拍运动相机 108 1 108 108 108
亚克力透明管 20 1 20 20 20
QFP32芯片烧写座 38 1 38 38 38
LoRa数传模块 40 2 80 80 80
USB转TTL转接板 20 1 20 20 20
433MHz天线 6 2 12 12 12
ATmega328P-AU芯片 1 12 12 12 12
ADXL345芯片 1 6 6 6 6
BMP180芯片 1 5 5 5 5
其他杂项电子元件 1 15 15 15 15
其他螺丝等零件 1 40 40 40 40
降落伞制造 1 50 50 50 50
申请金额 916 元,专家建议 916 元,实际批准 916 元
拨款详情
序号 金额 状态
第 1 期 916 元 已拨款
最新回复
J_P_L
3个月20天前
1楼

加油!

风萧乱人心
3个月19天前
2楼

加油,等着看你们的成功!


TonyStark作者
3个月8天前
3楼

IMG_20210721_072235.jpg IMG_20210720_184727.jpg IMG_20210720_184716.jpg IMG_20210714_190048.jpg

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第一次试车准备

搞比利
3个月2天前
4楼

一中的?

十三中的致以问候 sticker

TonyCheng
3个月2天前
5楼

航电PCB与元件到货,准备焊接调试。

火箭推进实验
3个月0天前
6楼

加油(ง •̀_•́)ง

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专家审核
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第 1 期拨款 916 元
结题
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用户信息未通过审核,等待申请人修改。 审核意见:收款账户与申报人(项目负责人)不是同一人。
项目信息未通过审核,等待申请人修改。 审核意见:项目内容总体上泛泛而谈,例如在团队背景介绍中存在过多的概念罗列和形容词,未提供任何有效的信息。 措辞存在一些难以定义的非科学用语,例如“圈子”。 存在较多错别字。 无具体的设计目标,例如飞行高度、载荷质量等;未阐述所谓“航电”具体实现什么功能及其技术指标。 研究目标似乎是“实际飞行效果与设计一致”,全文未阐述为了实现研究目标而进行的准备工作或计划进行的工作,例如关键控制指标使什么,如何评估设计方法的可能偏差,如何校准,如何测控,如何管控这些指标。
资金预算未通过审核,等待申请人修改。 审核意见:自2021年7月1日起,科创基金不再支持管制化学品采购,预算中不应出现管制化学品。
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项目信息通过审核。 审核评语:缺少误差分析,未对研究方案是否可行或遥测系统需要达到的精度指标进行论证。
资金预算通过审核
管理员复核通过,开始项目。 审核评语:原则同意,应采取安全措施,保障本质安全。
申请第 1 期拨款
第 1 期拨款 916元 完成
第 1 期申请人确认收款
相机,铝管,数传等电子器件购买完成。发动机图纸已经确定并已开始加工。航电已开始测试。
试车台制造完成,采集卡测试成功。发动机喷管制造完成,已开始准备第一次发动机地面试车。
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