一个关于不利用舵面的火箭姿态控制的设想

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一个关于不利用舵面的火箭姿态控制的设想

zhaokenb2011/06/07喷气推进 IP:浙江

今天在看https://www.kechuang.org/t/33894，发现虎哥提出了几点舵面进行火箭姿态控制的缺陷
然后我便想到了类似矢量推力这样的技术——很明显，我们坛子里实现这个技术很困难
最后我想出了一个类似PAC-3用的动能拦截弹头使用侧向推力技术的方案（但我不需要加装那么多的固体发动机，只需要4个航模用电动涵道发动机，总重约200g，但个人以为该方案的缺陷为需要12cm以上直径的火箭才能采用该方案）
因为本人不会3D建模，所以这些图各位KCers凑活一下吧
如图，为该姿态控制舱段的俯视图

四个矩形即四个涵道发动机

这张图为姿态控制舱段的外观，红色部分为进气到得整流罩，绿色为涵道发动机的喷气出口，整流罩内部可以放置控制使用的单片机或者涵道发动机所用电池以充分利用空间

首先整个火箭需要采用类似布拉莫斯的机头进气来为姿态控制舱段的四个发动机提供气流
试想，当火箭高速飞行时，涵道发动机会高速空转，因为是对称布置，所以对火箭姿态无影响
当火箭需要进行姿态修正时，可由单片机发出指令，接通其中一个方向上或两个方向上的涵道发动机电路

但接通涵道发动机有两种方案，需要各位进行讨论，哪一方案想过更好
方案一：电机的转动方向顺应空转时的方向，加快此发动机的喷出气流速度
方案二：电机的转动方向与电机空转时方向相反，减慢发动机的喷出气流速度
两者疑似都可以使火箭两侧产生的推力不同，但不知哪一方案更具有优势

PS：网上查到每个涵道发动机最大可产生70N的推力

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jrcsh 2011/06/07 61

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来自：航空航天 / 喷气推进

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~~空空如也

litianyue

13年0个月前 IP:未同步

298879

1楼

方案一有优势
这个方法我想过，直径不用12cm以上，很小的风扇只有3-4cm.
但实现这个有许多问题
首先你这样与其用涵道风扇还不如用自制阀门有效，因为风扇会漏风
反应速度是关键，从风扇开始转到产生足够推力至少要0.4-0.7s吧，
但就火箭来说，发动机才工作几秒。
做到这个需要功率大，功率大导致体积大，体积越大功率越大，。。。进入死循环了。。。。
还有火箭上四个洞对气动性影响会很大的。。。
另外，弹体前头加个进气道一般是巡航导弹的做法，因为他用涡轮机，飞得慢
要么就是超音速导弹（日本的）的做法。。

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jetliao

13年0个月前 IP:未同步

298885

2楼

这样不如射流喷管呢。
利用电磁阀控制高压气体，喷射在喷管内，引起偏流。

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zhaokenb

作者

13年0个月前 IP:未同步

298888

3楼

回 1楼(litianyue) 的帖子

对于第一个问题，自制阀门的想法我也想过，只是这个启动虽然快，但最要命的是当姿态修正完毕后，因为火箭高速飞行，阀门难以关闭或难以开启，会导致火箭失控，而风扇之所以会漏风所以才采用风扇，这样更便于控制，否则材料强度将无法保证，所谓“以柔克刚”[s:245]
而第二个问题，因为原先电动机处于空转状态，已经处于很大转速的状态下，所以加速或者减速所需时间都很小，我反而觉得方案二改变速度的反应时间可能会更快一下
关于直径的问题，LS忽略了一个问题，方案中是四个电机处在一个高度的平面上，中间还有一块区域用来进气，所以所需直径≈单个电机厚度*2+单个电机直径，按LS提供的数据，所需直径也在9到12cm左右

至于气动性这个问题并没有考虑过，希望有物理方面的高手来做一个解答

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litianyue

13年0个月前 IP:未同步

298891

4楼

我说的不是涵道，电机不大，5cm绝对够了

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ltl

13年0个月前 IP:未同步

298895

5楼

可能还不如气瓶……

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jrcsh

13年0个月前 IP:未同步

298904

6楼

怎么样说了除非你的4个电机都是工作着的的要不等电机起动到足够的推力地火箭只怕已经结果工作了

电机的转动方法可能要作 2正转 2反转对角安装自旋力匹配要不火箭要自转起来了呵呵

你可以查查4轴机的方法

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zhaokenb

作者

13年0个月前 IP:未同步

298907

7楼

回 5楼(ltl) 的帖子

气瓶有些太重了，而且有占地方，其实我倒是想过用氢氧化钠和铝粉来产生氢气以产生推力，这样质量也小，只是如何停止产气是一个问题

回6L，其实火箭在飞行的时候，电机虽然没有通电，但已经产生推力的（进气道进来的气流通过了电机），只是4个电机的力合力为零，若电机反转，会使其中一侧的推力突然减小，因为电机一通电，线圈产生磁场，会迅速降低电机转速从而大幅降低通过气流量，使推力减小
最近要会考了，这些东西最近没有时间看了

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hefanghua

13年0个月前 IP:未同步

298908

8楼

这方案让我想起来矢量喷管，通过改变喷管方向实现控制，用在固体火箭上不知道可行不。
用涵道有个致命问题就是得带大容量电池才行，不然转不动，这样重量又上去了。

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zhaokenb

作者

13年0个月前 IP:未同步

298909

9楼

回 8楼(hefanghua) 的帖子

电池容量并不需要很高的，因为电机总的工作时间也不会超过20s的
矢量喷管这个技术难度很大的，连美军和苏联人都是花了不少时间和资金才研制出来的，我们业余条件很困难的。

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litianyue

13年0个月前 IP:未同步

298918

10楼

火箭的自转怎么办总不能几个风翁轮流停机吧，这样操控衔接成问题了

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10班陈大葱22号

13年0个月前 IP:未同步

298927

11楼

两个方案同时使用不行嘛..这样响应更快
但个人感觉方向控制不会好做，主要是控制算法难整，又没有风洞进行算法验证

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vocal@ルカ

13年0个月前 IP:未同步

299088

12楼

Re:回 1楼(litianyue) 的帖子

引用第3楼zhaokenb于2011-06-07 21:08发表的回 1楼(litianyue) 的帖子 :
对于第一个问题，自制阀门的想法我也想过，只是这个启动虽然快，但最要命的是当姿态修正完毕后，因为火箭高速飞行，阀门难以关闭或难以开启，会导致火箭失控，而风扇之所以会漏风所以才采用风扇，这样更便于控制，否则材料强度将无法保证，所谓“以柔克刚”[s:245]
而第二个问题，因为原先电动机处于空转状态，已经处于很大转速的状态下，所以加速或者减速所需时间都很小，我反而觉得方案二改变速度的反应时间可能会更快一下
关于直径的问题，LS忽略了一个问题，方案中是四个电机处在一个高度的平面上，中间还有一块区域用来进气，所以所需直径≈单个电机厚度*2+单个电机直径，按LS提供的数据，所需直径也在9到12cm左右

至于气动性这个问题并没有考虑过，希望有物理方面的高手来做一个解答
.......

气动个人用吹风洞效果好~~
电机不用供电用电刹车估计可以（永磁电动机就是把2线短路就有阻力了）

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daoxxx

13年0个月前 IP:未同步

300024

13楼

个人觉得用推力矢量方式更合适些，燃气舵扰流板在喷口四周，只对发动机尾焰的外侧进行最多1个毫米的扰流即可，扰流板无需深入尾焰，材料和散热都容易解决
可以参考一下aim-9x 导弹的尾部

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daoxxx

13年0个月前 IP:未同步

300026

14楼

空空导弹追求高达50g的机动性，所以同时使用了空气舵面和燃气舵，而且燃气舵很大并深入尾焰区域，自己做的小火箭追求的是航向稳定性用不着这么大
如果追求导航的话，自己的小火箭发动机工作10秒，使用常见的10hz GPS模块，也才最多能更新100次数据，似乎远远不够，还不如用加速度计和陀螺仪积分

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