Разработка бортового измерительного комплекса модели ракеты Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 629.072

РАЗРАБОТКА БОРТОВОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА

МОДЕЛИ РАКЕТЫ

С. А. Зоммер, Д. И. Быстров, А. М. Савченко Научный руководитель - В. В. Кольга

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: semen_zommer@mail.ru

Представлены результаты разработки и испытаний бортового измерительного комплекса модели ракеты. Описывается устройство комплекса и принцип его работы. Рассматриваются перспективы дальнейшей модернизации комплекса.

Ключевые слова: модель ракеты, приборный отсек, измерительный комплекс.

DEVELOPMENT OF THE ON-BOARD MEASURING COMPLEX OF THE MODEL OF A ROCKET

S. A. Zommer, D. I. Bystrov, A. M. Savchenko Scientific Supervisor - V. V. Kolga

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: semen_zommer@mail.ru

The article presents the results of development and testing of the on-board measuring complex of the rocket model. The device of the complex and the principle of its operation are described. Prospects for further modernization of the complex are considered.

Keywords: Model of a rocket, instrument compartment, measuring complex.

При запуске моделей ракет на определённые высоты необходима регистрация основных параметров полета ракеты, для сравнения теоретически рассчитанных и практически полученных данных.

Целью работы является разработка бортового измерительного комплекса модели ракеты. Данный комплекс должен регистрировать высоту, скорость и время полета модели ракеты, а также генерировать управляющий сигнал системы спасения, при этом необходимо обеспечить его малый вес и размеры.

В настоящее время проблема регистрации полетных данных ракетомоделистами решается путем установки заводских электронных измерительных устройств на борту модели ракеты. Наиболее распространёнными и функциональными являются: высотомер «Altimeter two» американской компании Jolly Logic; полетный контроллер «ComFly-030» российской компании Real Rockets [1-3].

«Altimeter two» является цифровым барометрическим высотомером, который устанавливается в корпусе модели ракеты. Позволяет регистрировать максимальные и средние параметры полета ракеты, такие, как высоту, время, скорость, ускорение. Имеет малый вес и габариты.

Однако Altimeter two обладает следующими недостатками:

- высокая стоимость;

- невозможность генерирования управляющих сигналов;

- фиксация только максимальных и средних параметров полета;

- невозможность расширения функционала альтиметра.

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2017. Том 1

Полетный контроллер ComFly-030 крепится на борту модели ракеты и позволяет фиксировать время и высоту на протяжении всего полета с возможностью последующей выгрузки данных на компьютер для анализа. Также контроллер имеет 4 настраиваемых управляющих канала, для подключения бортовой электрической системы спасения. Несмотря на широкий функционал, данный контроллер имеет следующие недостатки:

- высокая стоимость;

- невозможность детальной настройки полетной программы;

- невозможность расширения функционала альтиметра;

- необходимость дополнительного подключения питания контроллера и питания системы спасения.

На основе поставленных задач проекта и выявленных недостатков существующих решений разработан бортовой измерительный комплекс модели ракеты. Данный комплекс реализован на основе микроконтроллера Arduino nano V3.0, выполняющего роль цифрового обрабатывающего процессора, и датчика давления и температуры Bosh BMP280 (рис. 1).

Для генерирования управляющего сигнала в бортовом измерительном комплексе установлен полевой транзистор IRFZ44N выполняющий роль транзисторного ключа. При подаче на него управляющего сигнала транзисторный ключ открывается и подает ток от бортового аккумулятора на контакты системы спасения (рис. 2).

1 .1

Рис. 2. Электронная схема бортового измерительного комплекса: 1 - контроллер; 2 - датчик давления; 3 - источник питания электроники; 4 - пьезоэле-мент; 5, 6 - светодиод; 7 - резистор; 8 - транзистор; 9 - аккумулятор; 10 - разъем системы спасения; 11 - разъем подключения зарядного устройства аккумулятора

Для проверки правильности работы программы в бортовом измерительном комплексе установлены 2 светодиодных индикатора и пьезоэлемент. Пьезоэлемент также генерирует прерывистые звуковые сигналы после приземления головной части, что упрощает поиск ракеты.

Программа, загружаемая в микроконтроллер, разрабатывается в открытой среде разработки Arduino IDE. На данный момент разработана программа, позволяющая фиксировать как максимальные, так и промежуточные значения высоты и времени полета ракеты, а также генерировать управляющий сигнал системы спасения.

Комплекс устанавливается в головной части ракеты. Фиксация комплекса обеспечивается сборными стойками, обжимающими комплекс.

Рис. 1. Модель бортового измерительного комплекса:

1 - контроллер; 2 - датчик давления; 3 - аккумулятор системы спасения; 4 - транзистор; 5 - плата зарядки; 6 - разъем подключения контактов системы спасения; 7 - стойки; 8 - шпильки

Разработанный бортовой измерительный комплекс обладает рядом преимуществ по сравнению с предлагаемыми на данный момент заводскими альтернативами:

- возможность корректирования полетной программы;

- возможность расширения функционала путем подключения дополнительных модулей;

- высокая надежность хранения данных полета ракеты;

- доступность и низкая себестоимость компонентов.

На данный момент было произведено 10 испытательных запусков моделей ракет, на борту которых был установлен данный комплекс. В 100 % случаев комплекс полностью выполнил поставленные перед ним задачи (см. таблицу).

Основные технические характеристики комплекса

Параметр Значение

Рабочий температурный диапазон без теплоизоляции, °С -5...+40

Время работы без подзарядки, мин 20

Рабочее давление окружающей среды, Па 300.110 000

Вес вычислительного комплекса, г 25

Размеры вычислительного комплекса 25х63х22

(ширинах длина х высота), мм х мм х мм

На данном этапе комплекс полностью решает все поставленные задачи, однако ведется непрерывная работа по уменьшению погрешности измерений и увеличению надежности и функциональности комплекса. Разработанный бортовой измерительный комплекс является первым этапом разработки приборного отсека модели ракеты, запускаемой на высоту до 100 000 м.

Библиографические ссылки

1. Гардымов Г. П., Парфенов Б. А., Пчелинцев А. В. Технология ракетостроения : учеб. пособие. СПб. : Специальная литература, 1997. 320 с.

2. Горский В. А. Кротов И. В. Ракетное моделирование. М. : Изд-во ДОСААФ, 1973. 99 с.

3. Эльштейн П. Конструктору моделей ракет / пер. с польск. канд. физ.-мат. наук Р. А. Тка-ленко ; под. ред. В. С. Рожкова и В. Холодного. М. : Мир, 1978. 315 с.

© Зоммер С. А., Быстров Д. И., Савченко А. М., 2017