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大学生自制矢量喷管TVC姿态控制固体火箭,发射/伞降回收成功

时间:2020-08-13 作者:综合报道 阅读:
一条大学生自制固体火箭成功发射的视频在B站上火了,这则视频的作者,同时也是火箭的设计者,名叫刘上,就读于南京航空航天大学航天学院航空航天工程专业,刚结束大一的所有课程。视频中所有步骤都由他自主完成,完整展现了一枚火箭从自主设计,到流体仿真、制造、测试、控制,并最终发射和回收的全过程……
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近日,一条大学生自制固体火箭成功发射的视频在B站上火了。目前播放量已超百万,弹幕达6000多条,被网友们称为将要成为“巨浪”的“后浪”。dSiEETC-电子工程专辑

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这则视频的作者,同时也是火箭的设计者,名叫刘上,就读于南京航空航天大学航天学院航空航天工程专业,刚结束大一的所有课程,视频中所有步骤都由他自主完成。dSiEETC-电子工程专辑

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视频中,一枚拥有透明箭体、外形炫酷的火箭矗立在一片空地上等待发射。dSiEETC-电子工程专辑

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“倒计时开始,3,2,1,发射!”dSiEETC-电子工程专辑

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火箭拖着尾烟骤然升空,多个摄像机位呈现了发射瞬间的气势。这不是哪一次备受瞩目的火箭发射,甚至不是一次正规的火箭试验,但却在社交网络引起了巨大关注。dSiEETC-电子工程专辑

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“一支穿云箭,千军万马来相见”——观看视频的网友也没闲着,纷纷发来弹幕:dSiEETC-电子工程专辑

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“各地信号跟踪正常的检测结果”dSiEETC-电子工程专辑

“空中姿态正常”dSiEETC-电子工程专辑

“陕西跟踪正常”dSiEETC-电子工程专辑

“安徽遥感监测正常”dSiEETC-电子工程专辑

“四川观察正常”dSiEETC-电子工程专辑

“贵州信号正常”……dSiEETC-电子工程专辑

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火箭升空后下落,降落伞成功打开,火箭顺利着陆并被回收。dSiEETC-电子工程专辑

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视频完整展现了一枚火箭从自主设计,到流体仿真、制造、测试、控制,并最终发射和回收的全过程。dSiEETC-电子工程专辑

据了解,这枚火箭高约96cm,直径9.5cm,重3.1kg,从上至下,包括整流罩、降落伞、主载荷舱、航电设备舱(飞控、GPS、摄像头等)、舵机舱、固体火箭发动机和推力矢量控制机构。dSiEETC-电子工程专辑

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火箭的 3D 建模效果dSiEETC-电子工程专辑

不同部件用到了光固化树脂、电木、尼龙、PC塑料、碳纤维、不锈钢等材料, 是刘上疫情期间在家中上网课之余制作的。dSiEETC-电子工程专辑

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火箭示意图dSiEETC-电子工程专辑

而在此次发射之前,刘上对火箭的诸多环节进行了大量测试。例如在“矢量发动机试车”这个环节,刘上先是在矢量发动机喷口做了大量测试工作。dSiEETC-电子工程专辑

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矢量发动机喷口的实物如下。dSiEETC-电子工程专辑

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2014年,还在读初中的刘上曾写下“最吸引我的东西是航模、火箭、化学。” 从他的视频简介中还能看到,他初中阶段的作品:无控火箭发射……dSiEETC-电子工程专辑

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7年里,他一直坚持着自己的热爱“我的追求一直没断,今后希望将热爱变成事业。” 在江苏广电总台的采访中,我们可以看到他的电脑桌上方贴纸SpaceX创始人马斯克的海报,原来刘上走上火箭这条兴趣之路,也是因为马斯克。初中时,刘上看到了SpaceX的可回收垂直火箭技术,被深深吸引,从此爱上了航天。dSiEETC-电子工程专辑

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刘上的房间dSiEETC-电子工程专辑

如今,面对火箭的发射成功,刘上表示“很有成就感,但最终目标是用火箭送快递。”(不是普通快递,东风快递的那种,嗯你懂的)dSiEETC-电子工程专辑

2019年10月19日,刘上发布了第一个相关视频《小型矢量喷管姿态自稳固体火箭》,展示了作为固体火箭雏形的模型火箭的制作过程,因为疫情的缘故,让他能够用半年时间将这个大胆的想法付诸实施。dSiEETC-电子工程专辑

在研制过程中,他也经历过数次失败。例如发动机试车实验,前几次都是以失败而告终。dSiEETC-电子工程专辑

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直到第三次,刘上的试车实验才取得成功,有网友看到此处惊呼:马…马赫…马赫环?!马赫环是超音速气流内压缩波和膨胀波相互干涉形成的驻波,平常我们只能在火箭发射或者喷气式飞机引擎上看到。dSiEETC-电子工程专辑

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还有“火箭鸭翼滚转控制测试”:dSiEETC-电子工程专辑

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其他的准备工作还包括像“开伞测试”这样的。dSiEETC-电子工程专辑

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直接从家里天台投掷进行“开伞测试”。dSiEETC-电子工程专辑

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火箭的每个技术点的测试过程都充满不易,在半年多的时间里,通过自学和与爱好者们交流,刘上点亮了机械设计、3D建模、发动机、燃料、编程、飞控算法、3D打印的“技能树”,才最终实现火箭的成功发射。dSiEETC-电子工程专辑

《模型小火箭发射》、《小型火箭TVC推力矢量控制器》、《固体火箭发动机地面试车失败》、《自制碳纤维固体火箭发动机第七次测试取得圆满成功》…… 37个视频,记录了刘上一步一脚印的研制过程。dSiEETC-电子工程专辑

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最后,刘上还分享了他的火箭快递三步走战略:姿态控制——弹道控制——定点着陆。现在他已经完成了前两步,回收火箭使用的是降落伞,未来要实现定点着陆,应该会模仿SpaceX回收猎鹰火箭。dSiEETC-电子工程专辑

看完视频,不少网友为刘上点赞:大写的“牛”。dSiEETC-电子工程专辑

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虽然有键盘侠吐槽“半年自制了一个电子窜天猴”,但不少专业人士的分析点评是持看好&鼓励态度的,并且在技术探讨的同时给出了一些建议。例如一位985航天飞设专业的大四师兄表示,“能做出这样的作品,你已经超越了我们专业绝大部分同学本科阶段所能达到的水平,属实令人惊叹。如果你能从机理上做更深入的学习,如飞行力学、空气动力学、自动控制等,可能会对你弹道的设计和优化有所帮助。加油”dSiEETC-电子工程专辑

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还有一位工程师朋友给UP主支招,表示这枚火箭其实还没有达到最高性能,可以进一步优化。“首先是在起飞前阶段,因为地表本身不水平,姿控程序持续积分导致矢量喷管在点火前就偏转了很大的角度,导致刚起飞时整个火箭是以一个很大的倾角射出的,损失了部分射高。二是在火箭发动机工作完成后,在矢量喷口-鸭翼混控到鸭翼单独控制的切换时出现了0.8s的延迟,导致火箭姿态失稳翻滚,触发了自动开伞程序,损失了很大一部分惯性射高,总而言之,这次发射并没有将火箭潜力完全发挥,期待下次发射。最后,大佬NB!(破音)”dSiEETC-电子工程专辑

一位从ID看应该是程序员的朋友,觉得“姿态控制应该用的是mpu,然后随便弄个单片机就行,任务不复杂,至于动力系统我就不了解了,大一做成这样真的很强了。话说南航今年rm的飞镖系统不得特别强啊。”dSiEETC-电子工程专辑

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一位非专业的同学也是航模爱好者,他看着UP主的视频觉得很恐怖,因为就算“参加国赛的固体燃料火箭,还是不能制导的,都要耗费大量时间,恶补很多知识才行。而且就算资金到位,也需要大量时间与精力调试以获得最佳效果。除此之外,如果固体燃料不是自己做的话,基本每次发射都相当于烧钱。”dSiEETC-电子工程专辑

责编:Luffy LiudSiEETC-电子工程专辑

本文综合自人民日报、南京航空航天大学、中国青年报、bilibili、量子位、央视新闻、江苏新闻报道dSiEETC-电子工程专辑

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