Стабилизация Активная - способы реализации

По моему, не надо усложнять. Ось гироскопа соосно с осью ракеты.
Мы же рассматриваем момент схода с направляющей при недостаточной для аэродинамической стабилизации скоростью. Заваливающие усилия невелики.
и возникающая прецессия будет не так уж страшна. (Это если правильно подобрать гироскоп.) Трение в подшипниках можно компенсировать стабилизаторами, А можно и не компенсировать, боковое сопротивление стабилизаторов достаточно высоко,а сила трения мала.
Вот в момент выброса парашюта могут быть проблемы. Но если парашют крепится на одном длинном фале, то опасным становится только момент выброса.

Serge77, 31.10.2003 17:17:29:

> Может просто жестко скрепленный с корпусом гироскоп?

Тогда нужно как-то гасить вращение корпуса ракеты, иначе стропы парашюта закрутятся.
И падать ракета начнёт соплом вниз, магнитный датчик не сработает.

 

Господа! Два разновращяющихся гороскопа! Схема винтов Камова.

лучше два гироскопа с горизонтальными осями перечекающимися под 90 гр,так лучше стабилизация,и проще крутить от внешних двигателей,ось двигателя будет через корпус ракеты проходить

Правда гироскопно стабилизированная ракета скорее всего в апогее не будет переворачиватся,а будет хвостом падать

Metanol, 05.11.2003 02:31:33:

Правда гироскопно стабилизированная ракета скорее всего в апогее не будет переворачиватся,а будет хвостом падать

 

А зачем ей переворачиваться - на группе контактов свет клином не сошелся. если корпус разделяем - т.е отлетает нос или больше, то какая разница, парашюту меньше шансов запутаться. В начале вроде обсуждался красивый старт? Имхо таймера должно хватить для этих нужд. Другой вопрос если ракета несёт на себе камеру с боковым окном.

Почитал статейку: "Гироскопы на радиоуправляемых моделях"

http://www.rcdesign.ru/rus/articles/radio/gyro_stady/

Есть оказывается Гироскопы со встроеной электроникой компенсации вращений, они напрямую управляют сервоприводами. Возможно это оптимальное решение - дороже но более реалистично.

Наверно рулевыми машинками (сервоприводами) лучше управлять кольцевой насадкой на конце сопла. Не сложно в реализации и в нейтральном положении не теряется тяга.

Как оказывается полезно, что-то почитать...

> Наверно рулевыми машинками (сервоприводами) лучше управлять кольцевой насадкой на конце сопла. Не сложно в реализации и в нейтральном положении не теряется тяга.

Я примерно это же и предлагал - выдвигать стержни (или пластины). Их проще подвесить, чем кольцо.

В чистом виде гироскоп модельный может работать в режиме удержания хвостовой балки вертолета,то есть контролировать одно направление,ракете их два тогда понадобится,а стоимость с цифровой рулевой машинкой будет за 350$ одного

Ну это же надо!!!!!!

Я, который какое-то время назад громче всех кричал о необходимости начала проектирования систем динамической стабилизации, просмотрел создание этого топика !!!

Я, вот, почитал и увидел, что, наверное, все проходят один и тот же путь !

Очень много хочется рассказать, но из-за дифтцита времени могу не успеть.

Мои мысли попорядку:

По моему мнению ракета, которая может быть реально построена на основе уже существующих любительских технологий может выглядеть следующим образом:

Первая ступень - ускорение 10G, время работы - 2-3 сек. Макс. скорость - М=1,3-1,4. Главная задача - разогнать ракету до крейсерской скорости.
Вторая ступень - ускорение 1G, время работы - 20 сек. Главная задача этой ступени - пройти плотные слои атмосферы.
Третья ступень - ускорение 20-30G. Главная задача - достижение максимальной скорости.

Исходя из этой схемы и стоит рассматривать создание системы управления.

1) Увести ракету со старта с большим ускорением и быстро достичь скорости управляемости аэродинамическими поверхностями - не сложно. Либо за счет основного двигателя, либо за счет использования ускорителей.

2) Большая часть траектории пролягает в атмосфере - почему бы не использовать аэродинамическое управление!

3) После выхода из плотных слоев атмосферы необходима будет струйная система управления или управление вектором тяги.

4) После отделения последней ступени возможна стабилизация раскруткой ступени вокруг продольной оси - пасивная стабилизация.

Теперь о самой системе управления.

Очень здорово Carribean сказал о ПИД! Им, родным, много проблем решается! По сути дела - задача нескольких переменных (моментальное ускорение, моментальное отклонение, динамические характеристики системы(моментальный момент инерции) вокруг определенной оси, моментальная эффективность органов управления) Грубо говоря - отклонение руля пропорционально отклонению ракеты от нужного положения. Причем закон пропорциональности - не линейный.

Состав системы - акселерометр, интегратор, микропроцессор, рулевые машинки, органы управления.

Насчет акселерометров/интеграторов... А вы думаете я зря в Америце три дня в интернете сидел и гироскопы искал ??? Нету дешевых!!!!

Модельные гироскопы с функцией интегрирования - есть несколько названий - Head on, head lock, стоят от $120. И это самые дешевые. А нормальные стоят около $200. Так что эту идею я бросил!

Но! В то же самое время я увидел, что сами датчики стоят копейки! И мне очень нравится тот вариант, который предлагает Термостат - три датчика, интеграторы на них, микропроцессор с системой обработки сигнала.

Рулевые машинки я уже купил !

Далее...

По поводу заатмосферного управления.
Весь мир уже в 60-х годах отошел от использования графитовых рулей. Черток об этом пишет в своей первой книге. Эффективность небольшая, а УИ падает.

Есть несколько интересных вариантов. Я с Сергеем делился, он не все отмел . С газовым генератором или газовым балоном - если честно - мне не очень нравится. Особенно не нравятся клапаны. Попробуйте сделать их, потом можно говорить о возможности их использования. Впрыск в закритическую область сопла - красиво, но не так просто. Давление жидкости должно быть больше давления в сопле, т.д... Однажды я читал постинг, что это одно из самых тяжело реализуемых решений, но я так и не понял, почему.

Очень мне нравится кольцевая насадка на сопло! В Москве в музее Вооруженных Сил лежат две ракеты (одна из них, по моему, "Точка" - вроде СС-22, СС-23), так там очень здорово можно рассмотреть, как эта система устроена. Не сложно, но достаточно эффективно. И вообще - я такие насадки много раз видел - и на БРПЛ тоже. Другое дело, как реализовать качание насадки на одном сопле и как сделать стабилизацию по крену в таком случае - обычно сопел - 4.

Было еще одно предложение. На заатмосферной ступени крепятся по бокам четыре небольших двигателя торцевого горения и отклоняются рулевой машиной в сторону аж до угла 90 градусов ! Аэродинамического сопротивления нет, усилие на отклонение - минимально, управляющее воздействие - достаточно серьезное.

Прикольно, что при использовании ПИД регуляторов нужно только знать достаточно грубые характеристики системы. Точное управление осуществляется автоматически ( в смысле - само собой ). Таким образом, если оторвет часть одного руля в системе, где каждый руль управляется индивидуально - система будет продолжать работать нормально.

Насчет испытаний и ближайших шагов.

Я вооще предлагал сделать сначала систему, управляемую в одной плоскости - по крену (вращению). Ставится две пары синхронно одноименно отклоняемых рулей - вертикаль и горизонталь, плюс еще одна пара - встречно управляемых рулей по каналу крена. Ракета ориентируется как "+". Пара рулей управления по крену заводится на интегрирующий гироскоп. Две остальные пары - на каналы радиоуправления на землю с помощью обычной модельной аппаратуры.

Первый пуск - штатная ракета без апаратуры (с габаритно-весовым макетом) с зафиксированными рулями. Посмотрели на поведение ракеты, в особенности по каналу крена (вращения). Если сильно крутит - подрегулировать триммеры

Второй пуск - с аппаратурой управления и включенным каналом управления по крену. В оптимуме, ракета должна быть четко стабилизированна по вращению.

После этого - можно проверять управляемость ракеты по плоскостям.

С возможностями радиоуправления этот этап - предел.

После этого - нужно делать трехосевую стабилизацию на основе микропроцессора. С решением этого вопроса можно програмировать управление ракеты по азимуту и углу места.

Это уже тот этап, когда можно конкретно задавать программу полета с прохождением атмосферы и склонением в соответствии с программой.


Вкратце - пока более чем достаточно для обсуждения .

Видите - у меня как обычно все разбивается на этапы, с минимизацией инвестиций, с контрольными точками. Управление проектами, однако !

>Я, который какое-то время назад громче всех кричал о необходимости начала проектирования систем динамической стабилизации, просмотрел создание этого топика

Будь скромнее и народ к тебе потянется. Об активном управлении разговоры были ещё до создания Ракетомодельного.

>По моему мнению ракета, которая может быть реально построена на основе уже существующих любительских технологий может выглядеть следующим образом:

Вот пример: http://media.armadilloaerospace.com/misc/sff_low.mpg (17 MB)

>1) Увести ракету со старта с большим ускорением и быстро достичь скорости управляемости аэродинамическими поверхностями - не сложно.

Несложно, да. Хватит стартовой мачты в несколько метров длиной, и нескольких "же" ускорения.

>2) Большая часть траектории пролягает в атмосфере - почему бы не использовать аэродинамическое управление!

Потому что проще делать один вид управления, чем два. Если у тебя есть управление движками, зачем тебе ещё желать аэродинамические рули? Если у тебя нет управления движками, как ракета будет управляться вне атмосферы?

Это при условии, что ракета доберётся до "вне атмосферы".

>3) После выхода из плотных слоев атмосферы необходима будет струйная система управления или управление вектором тяги.

Да, и этой же системы достаточно и до выхода.

>4) После отделения последней ступени возможна стабилизация раскруткой ступени вокруг продольной оси - пасивная стабилизация.

Зачем что-то стабилизировать после отделения последней ступени, если это предполагается делать вне атмосферы? Пускай летит как летит...

>Очень здорово Carribean сказал о ПИД!

PID - это азы СУ, приходят в голову сразу. К сожалению, на форуме нет специалистов, поэтому такие термины оказываются откровением .

>Грубо говоря - отклонение руля пропорционально отклонению ракеты от нужного положения. Причем закон пропорциональности - не линейный.

Фраза с внутренним противоречием.

>Нету дешевых!!!!

Думаешь, почему Кармаку одно падение ракеты обошлось в 5000? Или думаешь, он в принципе дешёвые вещи не покупает?..

>Прикольно, что при использовании ПИД регуляторов нужно только знать достаточно грубые характеристики системы.

Эти характеристики либо нужно вычислять - та ещё задача для тел сложного распределения масс - либо мерять - в обоих случаях нужно понимать, что делается. Как минимум. А устойчивость управления?..

>Видите - у меня как обычно все разбивается на этапы, с минимизацией инвестиций, с контрольными точками. Управление проектами, однако

Полетит первая ракета - расскажешь . Пока что не видел, чтобы в отношении СУ на форуме дальше трёпа дело зашло.

> Будь скромнее и народ к тебе потянется. Об активном управлении разговоры были ещё до создания Ракетомодельного.

Так я че! Так я-ж нече ! Я и не претендую! Я просто на себя удивляюсь !

>> 2) Большая часть траектории пролягает в атмосфере - почему бы не использовать аэродинамическое управление!

> Потому что проще делать один вид управления, чем два. Если у тебя есть управление движками, зачем тебе ещё желать аэродинамические рули? Если у тебя нет управления движками, как ракета будет управляться вне атмосферы?

Э-э-э, попрошу!

Движками управлять нужно на каждой ступени! А при аэродинамическом управлении управляющие поверхности можно ставить не на каждой!

На первой - просто большие неуправляемые стабилизаторы. На второй - поменьше, но неуправляемые. Управляемые поверхности - на последней ступени, которая еще летит в атмосфере.

Собственно система управления с датчиками может быть на последней ступени и менять режим управления при отстреле ступеней.

> Это при условии, что ракета доберётся до "вне атмосферы".

А тогда вообще не нужно говорить о неаэродинамических! Аэродинамики на всю ракету хватит !

>> 3) После выхода из плотных слоев атмосферы необходима будет струйная система управления или управление вектором тяги.

> Да, и этой же системы достаточно и до выхода.

Cистема управления двигателями на порядок сложнее системы управления аэродинамическими плоскостями!

>> Грубо говоря - отклонение руля пропорционально отклонению ракеты от нужного положения. Причем закон пропорциональности - не линейный.

> Фраза с внутренним противоречием.

Может я чего и перемудрил - мне самому фраза не очень нравилась . Но, по идее, все в порядке! Идея такая - зависимость угла отклонения аэродинамических плоскостей по отношению к отклонению соответствующей оси ракеты - не линейная.

А что, пропорциональность - это только в первой степени ?

> Эти характеристики либо нужно вычислять - та ещё задача для тел сложного распределения масс - либо мерять - в обоих случаях нужно понимать, что делается. Как минимум. А устойчивость управления?..

"Нет в мире совершенства!" грустно заметил Лис...

Шо делать, тем интереснее!

> Пока что не видел, чтобы в отношении СУ на форуме дальше трёпа дело зашло.

Согласен!

Первый шаг, ИМХО, - создание одноосевого интегрирующего гироскопа на основе акселерометра, как мне кажется, угловых ускорений.

Я не специалист в электронике, зато иногда разбираюсь в построении систем управления. Да и знакомые в СУ и АСУ ТП у меня есть.

Гении электронной и микропроцессорной техники!!! Ау!!! Как насчет конкретной реализации!!!

>Движками управлять нужно на каждой ступени! А при аэродинамическом управлении управляющие поверхности можно ставить не на каждой!

А не получится проще один вид управления делать, чем два разных?

Гироплатформа, конечно, одна, на последней ступени, как и бортовой компьютер... только исполнительные элементы повторяются.

>Cистема управления двигателями на порядок сложнее системы управления аэродинамическими плоскостями!

Это кто сказал? Какая разница, скажем, качать соплом или элероном?

На ЖРД, конечно, просто клапаном расход меняешь... хотя простого и нет ничего.

>А что, пропорциональность - это только в первой степени

Вообще-то да. Иначе можно сказать - "корреляция". В нашем случае - просто имеет место взаимооднозначное соответствие, или зависимость...

>Я не специалист в электронике, зато иногда разбираюсь в построении систем управления. Да и знакомые в СУ и АСУ ТП у меня есть.

Это хорошо.

>Гении электронной и микропроцессорной техники!!! Ау!!! Как насчет конкретной реализации!!!

Для начала бы гениям в программировании (и СУ) модель сделать, чисто компьютерную. Я, хоть и программист по профессии, пока не берусь - по-моему, начинать нужно с теории СУ. Но спецов на форуме по СУ пока не нашёл... и вне форума не нашёл...

Может, расскажешь для начала, как строятся СУ, в принципе?

Серж выложил книгу "Проектирование ЗУР" - там основы изложены. Геннадий может взять эту книгу "живьем" почитать.

Беда в том что от книги до реализации дистанция огромная. Я вот пока ни одного РДТТ даже простейшего не сделал. Пока только тестовую камеру осилил да три теста с одним бабахом произвел. Ну топлива разные позамешивал. С воспламенителями поэксперементировал....

А сделать хочется многое.

В многоступенчатые проекты я не верю - во всяком случае пока...

Но все равно считаю разговоры на форуме - это тоже дело, они побуждают к поиску решений и главное выявляют явные ляпы, ошибки...


Изнчально топик я завел имеено для обсуждения системы стабилизации на 1-2 сек. до набора скорости для АэроДинамической стабилизации. Для красивого старта с низким Ж. Чтоб ракета не как из "РГД" улетела, а чтоб полюбоваться ей.

Как я читал для АэроСтаб. нужна скорость около 15 м в сек. значит при ускорении 1.5 Ж это будет 1 сек. работы системы - наверно и сжатого газа будет достаточно (может Закись опять же или Углекислый газ из огнетушителя).

А параметры рулевых машинок я скачал и считаю что 4-мя игольчатыми клапанами 2 сервы вполне могут управлять.

Кстати 1.5 Ж это на старте ускорение, а дальше оно может расти - это соотвествует профилю горения РДТТ со скрепленным зарядом с простым цилиндрическим каналом.

> Серж выложил книгу "Проектирование ЗУР" - там основы изложены. Геннадий может взять эту книгу "живьем" почитать.

Та она у меня, собственно, и живьем есть . А недавно я на базаре видел книжку "Системы управления ракет". Но очень сложная и одни формулы. И стоила недешево. Но - наверное - все равно поеду куплю.

> Беда в том что от книги до реализации дистанция огромная. Я вот пока ни одного РДТТ даже простейшего не сделал. Пока только тестовую камеру осилил да три теста с одним бабахом произвел. Ну топлива разные позамешивал. С воспламенителями поэксперементировал....

> А сделать хочется многое.

Триста лет назад общество сделало ОГРОМНЫЙ рывок вперед благодаря такой штуке, как разделение труда. Вот нужно это самое разделение труда и нам нужно использовать. Мы, например, с Сергеем на эту тему очень здорово договорились . Мне ну никак не хочется проходить с нуля его путь по мешанию топлив, зато в плане разных других вещей я снимаю с него часть нагрузки. Может не все, что могу, может не всегда, но я стараюсь !

> В многоступенчатые проекты я не верю - во всяком случае пока...

Ну а мы ничего такого и не делаем... Во всяком случае пока !

> Но все равно считаю разговоры на форуме - это тоже дело, они побуждают к поиску решений и главное выявляют явные ляпы, ошибки...

Да, еще бы нам чуточку практики !

> А параметры рулевых машинок я скачал и считаю что 4-мя игольчатыми клапанами 2 сервы вполне могут управлять.

У меня реальное предложение!

Начинаем разрабатывать две системы исполнительных механизмов. В железе!!! Одна - струйная система на сжатом газе (идея мелькнула - а как насчет жидких газов ? Маленький балончик, испаритель/нагреватель, клапан, сопло), вторая - аэродинамическая.

К ним - одна система управления. Она-то может быть унифицированной. Датчики, интеграторы, вычислитель - одинаковые, только алгоритм разный.

Насчет построения СУ - схема всегда одинаковая и очень "простая" ! Объект испытания, датчик, потом - система обработки с двумя обратными связями - одна положительная, вторая - отрицательная. Потом - исполнительный механизм. (После этого штрих-пунктирная линия со стрелочкой на блок схеме возвращается на объект испытания и опять к датчику.

Настройка системы состоит в определении коэфициентов положительной и отрицательной обратных связей и их постоянных времени.

- Доктор, я уже родила? Уже все позади?
- Ну что вы, милочка! Самое тяжелое впереди - теперь его нужно воспитать !

Отработка этих коэфициентов - вот это самое сложное. Но не невозможное.

Теперь пару слов о трепе и вообще . Однажды, после моего первого или второго постинга на Форуме я получил неслабую оплеуху от Термостата по поводу трепа. После чего сам неслабо возмутился и ответил. Слава Богу Сергей мне в личной переписке немножко прояснил, в чем суть вопроса . С тех пор я, прежде чем что-то написать на форуме, сначала думаю, смогу ли я это сделать, если дойдет до дела. Неслабо дисциплинирует. Так вот я отвечаю за все идеи и предложения, которые даю на форуме. Понятное дело, что все мы люди и все мы находимся в своих условиях, но я стараюсь подтверждать свои слова делами.

Итак - вперед, на систему управления ???

Вот эта ракета шла с примерно восьмиметровой направляющей, имея только аэродинамическую стабилизацию. Можно по видео оценить ускорение?.. Должно быть около 3 g.

Вторая часть из 4

Третья часть из 4

Четвёртая, последняя часть.

Старт...

А вот и насос нашелся для заправки пневматической системы стабилизации перед стартом:

Ручной насос высокого давления

Обьем закачки за цикл примерно 200 см3.
Изготовитель рекомендует накачивать не более 200 атмсфер. Манометр отмаркирован на 250 амтсофер. Реально насос может качать около 270 атм. Сравнительно с насосами Logun и Hill Pump усилие закачки несколько меньше. Цена 5.700 рублей

http://www.airtuning.ru/kits.html

Отличный сайт, похоже. Только не по данной теме... Но вполне по теме форума .

Вот результат коллективного труда, и направляющая та еще...

Уже опаздывая с предложениями.. Ну раз мы напрочь забыли о красивом и медленном старте: Я вот подумал (это конечно из разряда чесать левое ухо правой ногой). а что как сделать несколько сопел в одном моторе, параллельно заместо одного, да так, чтобы они закручивали мотор, а он выполнял роль гироскопа?

Demonos, 12.11.2003 19:13:44:

Уже опаздывая с предложениями.. Ну раз мы напрочь забыли о красивом и медленном старте: Я вот подумал (это конечно из разряда чесать левое ухо правой ногой). а что как сделать несколько сопел в одном моторе, параллельно заместо одного, да так, чтобы они закручивали мотор, а он выполнял роль гироскопа?

 

А движок в ракете на подшипники ставить,все равно трение в подшипниках есть,раскрутится ракета

а гироскоп, у которого ось вращения соосна ракете не принесет пользы, при отклоняющем воздействии ракета будет не стабилизироваться, а отклоняться в другой плоскости просто.