___lin___ (___lin___) wrote,
___lin___
___lin___

Category:

Второй полет «летающего стенда»



14 августа состоялся второй полет нашего «летающего стенда». К этом полету мы доработали систему управления, систему спасения, стартовый стол, упорядочили предстартовые процедуры и установили на ракету две видеокамеры.

О конструкции испытательной ракеты я уже рассказывал. В этот раз ракета отправилась в полет с новым хвостовым отсеком (вот он на видео). Отсек стал легче, чем в первом пуске.

Основная цель полета - проверка работы системы управления. Если в первом полете решетчатые рули были застопорены и работали в качестве стабилизаторов, то сейчас должны были работать две из четырех рулевых машинок, чтоб предотвратить вращение ракеты вокруг продольной оси (оси крена).

К сожалению, в полете работала только одна из рулевых машин. Проявилась их особенность - иногда при включении машинка начинала потреблять ток, намного превышающий номинальный. При этом в стабилизаторе напряжения включалась защита и команды на рулевую машинку переставали проходить. Во время наземной отработки мы побороли эту особенность, немного изменив принципиальную электрическую схему и включая машинки за несколько секунд до старта. Однако во время реального запуска она снова проявилась. Решение проблемы - перейти на другие модели рулевых машинок к следующему испытанию.

Тем не менее один руль работал, что видно на видео, а также по данным с датчиков.



В ролике видно, как один из рулей поворачивается, пытаясь замедлить вращение ракеты вокруг своей оси.

На графике - ускорение вдоль продольной оси ракеты и угол поворота ракеты вокруг продольной оси (оси крена). Если быть точным, то это не угол, а интеграл угловой скорости вокруг оси крена. Поскольку на нашей ракете нет гиростабилизированной платформы, то углы совпадают с интегралами угловых скоростей, снятых с датчиков, только при малых углах отклонения ракеты от вертикали (малые — до 20 градусов).


Угол поворота вокруг продольной оси (градусы) / Ускорение вдоль продольной оси (м/с2)

График ускорения интерпретировать просто. От старта до примерно 2-й секунды полета ракета летела с ускорением, поскольку работал двигатель. Затем ускорение было нулевым — ракета свободно падала. Пик на 11 секунде — удар ракеты о землю. Пик на 12 секунде — выброс парашюта, поскольку из-за несрабатывания контроллера с высотомером и неправильно установленного таймера парашют сработал уже на земле.

Интерпретация графика угла следующая. До 2,5 секунд ракета успевала повернуться вокруг продольной оси три раза туда и обратно на угол примерно ±5 градусов.Это говорит о том, что система управления работала — как только корпус ракеты поворачивался на 5 градусов, система поворачивала руль так, чтоб воздушный поток поворачивал ракету в другую сторону. Затем цикл повторялся.

После 2,5 секунд полета угол поворота резко вырос. Первоначально мы приписывали этот поворот внезапному порыву ветра, но потом выяснили, что не учли в программе управления особенность работы MEMS-гироскопа — когда угловая скорость превышает определенный порог (в данном случае 62,5 градуса в секунду), точность датчика резко падает. Тем не менее, видно, что колебания по углу продолжались и дальше, то есть система управления пыталась повернуть ракету обратно.

Еще одно наблюдение — период, за который система управления поворачивала ракету в одну сторону, а потом в другую, уменьшался по мере роста скорости ракеты и увеличивался, когда она начинала замедляться. Причина в том, что в нынешней программе управления не учитывается увеличение управляющего момента из-за роста скоростного напора. В будущем этот закон будет учтен.

Зная массу и конструкцию ракеты, мы посчитали момент ее инерции. Поскольку скорость вращения ракеты вокруг оси можно узнать из приведенных выше графиков, то мы смогли примерно вычислить управляющий момент, который создает решетчатый руль. Он с точностью до 2 раз совпадает с тем, что мы измерили, обдувая руль мощным серверным вентилятором, когда настраивали систему управления перед полетом.

Главное — система управления в принципе работает. Теперь ее можно отлаживать, совершенствовать, заменять рулевые машинки и т.д.


«Летающий стенд» в сборе с новыми элементами конструкции: решетчатые рули, направляющие кольца, видеокамеры, обтекатель. Торчащий проводок – это ключ питания СУ (ещё одна доработка) – снимаем его уже непосредственно перед стартом.

Система спасения — в отличие от первого полета — сработала, но не так, как хотелось. Парашют вышел и даже не обгорел, поскольку мы усовершенствовали систему его выброса. Вышибной пороховой заряд помещался в металлический стакан и накрывался сверху другим тонкостенным металлическим стаканом, который вышибается пороховыми газами и выталкивает наружу парашют и обтекатель.

Однако полетный контроллер ComFly-030 (от RealRockets), который должен был по датчику атмосферного давления определить наивысшую точку подъема ракеты и затем поджечь вышибной заряд, почему-то не сработал. Возможно, и в первом пуске парашют не вышел из-за контроллера, а не из-за того, что мы забыли подсоединить провода. Профиль высоты полета, правда, ComFly-030 записал. Максимальная высота составила 115 м (ракета во втором пуске существенно потяжелела).

Однако на этот раз выброс парашюта был продублирован. Основная система управления выбрасывала парашют по таймеру через 12 секунд после старта. В прошлом пуске этого бы хватило, но сейчас из–за установки видеокамер ракета оказалась тяжелее и упала на 6 секунд раньше, чем в прошлый раз, и на 1 секунду раньше, чем сработал вышибной заряд. Поэтому парашют вышел уже на земле.

При падении сломались два руля, но металлические оси, на которые они крепились, не повреждены. Мы уже напечатали новые рули на 3D-принтере.

В этом пуске мы испытали новый стартовый стол, который полностью себя оправдал. Он разборный,причем наклон направляющий можно регулировать или даже полностью ее снять для удобной установки или транспортировки в автомобиле. Для старта на 3D-принтере были распечатаны новые направляющие кольца для ракеты, а также крепления видеокамер и новый обтекатель. Стол получился совершенно фантастический! Возились с ним довольно долго - но результат того стоил.

Кроме того, был облегчен на 200 г хвостовой отсек. Поставлены новые тяги, которые передавали усилие с машинок на рули — с пружинами (они сами подтягиваются, не провисают). В этом пуске на ракете отсутствовала электронная плата на платформе Arduino, которая в прошлом полете дублировала данные с датчиков на SD-карту. Мы решили кардинально улучшить ее функциональность и на время доработок сняли с ракеты. В общем - не успели мы её подготовить (возникли проблемы с Wi-Fi) и поэтому данные с датчиков записывались только в память системы управления.


«Летающий стенд» на стартовом столе



Стартовый пульт производства российской компании RealRockets



«Летающий стенд» на стартовом столе (вид снизу)


Видеокамеры с креплениями и обтекателями, изготовленными на 3D-принтере




Планы на следующие испытания:
- Отказаться от контроллера ComFly-030 (всё-таки это «черный ящик» с чужим софтом) , поставить барометрический датчик для записи высоты и выброса парашюта на основную систему управления. Соответственно, понадобится установка дополнительной флеш-памяти.
- Увеличить активный участок полета, иначе очень трудно интерпретировать данные и отлаживать систему управления. Она работает в основном во время работы двигателя, так как рулям нужен воздушный поток.
- Для увеличения активного участка мы поставим на ракету два дополнительных твердотопливных двигателя, которые будут работать на старте. Они будут установлены под небольшим углом, чтобы компенсировать разнотяг и разместить их между рулями. Центральный двигатель запустится уже в полете.
- По вертикальной оси придется поставить отдельный акселерометр, который сможет измерять большие ускорения при старте на двух двигателях без зашкаливания.
- Довести отдельный электронный блок на базе Arduino. Сначала он должен сбрасывать данные GPS по Wi-Fi на землю. Затем — передавать по Wi-Fi всю телеметрию и видео.

Прежде чем перейти к отработке системы управления на сверхзвуковом «летающем стенде» (ориентировочно ноябрь - декабрь), мы проведем серию испытаний системы на уже существующей дозвуковой ракете (в сентябре - после МАКС-2015). Естественно, будет отработано управлением не одним, а всеми рулями (возможно, уже в следующем полете).

Мы благодарим аэродром «Мельница» под Переславлем-Залесским и лично его начальника Александра Ивановича Воробьева за предоставленную площадку для пусков!

P.S. И ещё одна хорошая новость - вариант ЖРД на 100 кг тяги для демонстрации на МАКС-2015 изготовлен. Выглядит очень здорово - видно, что это настоящий ракетный двигатель. Перед установкой на стенд 202 кафедры МАИ нужно будет его доработать (на данный момент около 80% операций по изготовлению завершено). Испытания запланированы на конец сентября-октябрь. О покупке концентрированной перекиси водорода для испытаний мы уже договорились с фирмой «Лега-НН» (Дзержинск) - доставку до стенда они обеспечат.

P.P.S. Всё ещё можно пожертвовать нам немного денег и получить за это прекрасную коллекционную медаль. Мы выпустили всего 50 штук таких медалей - через 10 лет коллекционеры будут покупать их за очень большие деньги ;) Есть и другие варианты для спонсоров и инвесторов - пишите/звоните.
Tags: Лин Индастриал
Subscribe

  • С Днем космонавтики!

    Давным-давно я ходил на выставку «К звездам 1991» - там впервые показали «Алмаз», «Боры», маленький советский…

  • Для возможных инвесторов и/или спонсоров

    « Лин Индастриал» - компания, которая поставила перед собой амбициозную цель – разработать и довести до коммерческого применения…

  • «Ради всего человечества»

    С некоторым опозданием посмотрел-таки сериал в стиле альтернативной истории For All Mankind. Основной посыл, за который картине можно простить…

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 29 comments

  • С Днем космонавтики!

    Давным-давно я ходил на выставку «К звездам 1991» - там впервые показали «Алмаз», «Боры», маленький советский…

  • Для возможных инвесторов и/или спонсоров

    « Лин Индастриал» - компания, которая поставила перед собой амбициозную цель – разработать и довести до коммерческого применения…

  • «Ради всего человечества»

    С некоторым опозданием посмотрел-таки сериал в стиле альтернативной истории For All Mankind. Основной посыл, за который картине можно простить…