探月模型火箭

摘 要：模型火箭是一種由固體燃料或液態氣壓驅動，采用有線或無線遙控方式控制發射，可重復使用的航空動態模型。由于其成本低，體積小，重量輕，可觀賞性高等特點，在很多領域得到了廣泛的應用。本文主要介紹了模型火箭的主要結構及其搭載無線遙控小車模擬“探月小車”執行任務等方面的應用。

關鍵詞：模型火箭；無線遙控

中圖分類號：TP212 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 24-0000-01

隨著嫦娥三號的成功發射，模型火箭開始在航空模型愛好者中嶄露頭角。模型火箭是真實火箭的縮小版，它能夠像真的火箭一樣放置在地面發射架上，用無線遙控點火的方式發射升空，并通過拉煙指示飛行軌跡，在空中合適高度打開降落傘，使模型安全回收。在模型火箭發射過程中，發射方向偏移，降落傘未能成功打開等因素影響著模型火箭的安全回收。本文所講的探月模型火箭正是針對影響模型火箭安全回收的因素，設計出一種成本低，安全可靠，可回收并可攜帶無線遙控小車執行任務的探月模型火箭。

一、探月模型火箭系統組成

探月模型火箭主要由模型火箭子系統及探月子系統構成兩大部分組成，模型火箭的發射及執行任務的完成由兩大系統共同協作完成。其次，在具體的子系統結構中采用模塊化設計，保證其性能安全，同時便于對系統整體性進行掌握控制。

（一）模型火箭系統

模型火箭子系統功能簡要講就是完成模型火箭的發射及搭載無線遙控小車到達空中合適高度，并攜帶無線遙控小車安全返回地面。根據其功能要求該子系統必須具有促使模型安全發射功能，裝載無線遙控小車功能，信號無線發射功能等，所以該模型火箭子系統主要包括火箭發動機模塊、箭體、頭錐、尾翼、回收裝置、卡鉤、連接繩以及無線點火器模塊。

模型火箭子系統工作原理：模型火箭裝置完成后垂直放置于發射架上，連接好電點火頭，打開無線遙控開關，在距離模型火箭20米的地方按下無線點火器開關，模型火箭依靠發動機推進劑的作用力開始進行動力飛行，當燃料燃燒完后，火箭進入慣性飛行，同時動力裝置內的逆推火藥加壓箭身，使箭體分離，降落傘打開，攜帶兩段箭體分別落回地面。下面對各構成模塊以及相關的技術理論作簡單的介紹。

1.發動機模塊。發動機模塊是模型火箭的一個重要組成部分，發動機模塊能否正常工作直接影響著火箭飛行的各種性能和火箭的安全。本模型火箭采用固體火箭發動機推進劑，其中包括提供火箭的推力以及逆推力的兩種推進劑，它的主要功能有兩個：一是提供足夠的地面反推力使模型火箭上升，二是當火箭進入慣性飛行過程中提供逆推力，促使降落傘安全打開，攜帶模型火箭返回地面。

2.箭體。箭體是模型火箭的主要零件，它支撐裝載著模型火箭的其它零部件，主要材料采用塑料纖維，PVC管或玻璃布，構成圓柱體形狀，頭錐的重要作用是減小模型火箭飛行時的氣動阻力，頭錐下有一段圓柱，圓柱外徑略小于箭體內徑，以便將頭錐的圓柱插入箭體筒段的前端。本模型同時將頭錐作為放置探月子系統中的無線遙控小車區域，所以無線遙控小車的尺寸決定了頭錐的大小，同時頭錐的一側可自由活動，可由無線遙控器進行控制，來控制無線遙控小車的進出。

3.尾翼。尾翼的主要作用是用來穩定模型火箭的飛行，一般采用3片或4片尾翼，且對稱、均勻分布于尾段周圍，垂直于底部。尾翼的大小，厚薄應完全一致，所以尾翼材料采用輕木片，因為輕木片密度低，剛性好，氣動阻力小。

4.回收裝置?；厥昭b置一般采用降落傘，用來使模型火箭緩慢降落，減小模型火箭的傷害程度，使模型火箭能夠重復利用。降落傘由傘繩，傘布和彈性繩組成，傘布采用塑料薄膜，并根據模型火箭大小進行裁剪，并用尼龍線將傘布與彈性繩連接起來。

（二）探月子系統

探月子系統功能簡要講就是在模型火箭系統發射成功并安全落回地面后能夠按照預定要求執行任務，根據其功能要求，探月子系統必須具有控制頭錐艙門收縮功能，信號接收功能，自主執行任務功能。探月子系統工作原理：探月子系統在模型火箭安全到達地面后，由遙控接收機控制頭錐一側的艙門打開，進一步控制無線遙控小車從頭錐內駛出，執行相關任務。所以，下面對主要構成部件以及相關的技術作簡單的介紹。

無線遙控小車的主要功能是發射信號，并在信號接收端的控制下駛向指定區域執行任務，且具有質量輕，速度快，易穿越障礙等功能。舵機主要用來接收無線遙控器的指令進而控制頭錐艙門的打開，簡單的說，舵機是一個集成了直流電源，電機控制器和減速器，封裝在一個便于安裝的外殼里的伺服單元，能夠利用簡單的輸入信號比較精確的轉動給定角度的電機系統。

二、模型火箭箭體的選擇

對于執行不同功能任務的模型火箭，其大小尺寸，發射方式，回收方式等設計參數均會影響模型火箭的結構布局。本設計由于是完成模型火箭的發射及簡單的執行任務，我們經過不斷的測試，改進，綜合不同類型的性能后，最終選擇一款合適的模型，其主要參數如下：（1）模型高度：1100mm；（2）最大直徑：900mm；（3）模型重量：800g；（4）尾翼面積：0.01。

該模型火箭可在4級風以下環境穩定工作，發射高度可控制在30到100米，在空中可成功打開降落傘，攜帶箭體安全返回地面。

三、結束語

本文介紹了探月模型火箭的設計方案，并對兩大系統也相應進行了各自的機構設計，對其中的各構成模塊及相關技術理論作了簡單的介紹。探月模型火箭是在兩大系統的共同協作完成發射及執行任務，箭體采用塑料纖維，可重復利用，效率較高。為了確保模型火箭的安全發射采用在離模型火箭20米的地方利用無線遙控控制。經過外場測試，該模型火箭可很好的完成發射并執行相關任務。

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[作者簡介]秦云瑞（1992-），男，河南南陽人，本科，研究方向：通信工程。