Кобра

Привожу прямой линк:

Моделирование полета и наведения на цель ракеты с реальными физ параметрами и рулями в MATLAB. Можно менять параметры и наверно использовать для моелирования активной стабилизации.


Теперь MATLAB стыкуется с АвиаСимулятором - FlightGear - flight simulator and Aerospace Blockset


Перечень возможностей.


Полное руководство по Аэрокосмическому набору инструментов и моделей:
Aerospace Blockset User's Guide
http://www.mathworks.com/access/helpdesk/.../aeroblks/aeroblks.pdf

Да, база солидная. Кто бы за напильник взялся...

"Верной дорогой идете, товарищи!"

***
"Войдя в одну из многочисленных лабораторий, мы увидели ряд имитаторов различной конструкции. Обилие кабелей вело к подключенным электрическим "миксерам", в которых различные внешние и внутренние факторы воздействия, возникающие во время периода горения, сочетались и трансформировались в единственный сигнал, который и подавался на сервомеханизмы.

Перед создателями наших имитаторов была поставлена задача - заменить ими длительные эксперименты, которые проводились с собранной ракетой на дорогостоящих испытательных стендах. Имитаторы приходилось неоднократно переделывать и улучшать, пока наконец они не стали полностью соответствовать поставленным задачам. Вот какие факторы им предстояло исследовать - момент инерции, действие аэродинамических сил, торможение воздуха, работу стабилизаторов. В дополнение надо было снимать характеристики систем управления и контроля, увеличения "позиционного отклонения" и его производных. Под "позиционным отклонением" мы имели в виду угол отклонения от оси ракеты, определяемый гироскопом, и отклонение по горизонтали от линии луча, ведущего ракету.

Суммарный эффект всех этих факторов, некоторые из которых были довольно переменчивы, был теоретически исследован с помощью надежных расчетов. И их результаты теперь предстояло проверить в ходе практических лабораторных испытаний, чтобы установить влияние каждого фактора. В жизнь вошла имитационная техника. На первом этапе ее развития механика ракеты была представлена грузами и пружинами. Контрольная аппаратура была подлинная, та самая, что использовалась во время стартовых испытаний. На втором этапе, который Штейнхоф и демонстрировал мне сегодня, механические аналоги были частично заменены электрическими. Программное устройство регулировало изменения различных факторов - точно так же, как они меняются в реальном полете. Имитатор быстро и безошибочно фиксировал их влияние. Поведение ракеты при различных условиях полета, когда она получала различные сигналы, читалось на экранах измерительной аппаратуры и отражалось на лентах осциллографов.

Пока Штейнхоф и его инженеры объясняли мне их действие, я наблюдал за работой имитаторов, которые испытывали наш механизм управления. Вместо лопастей обыкновенных стабилизаторов, которыми управляли сервомеханизмы, были длинные стрелки, которые двигались по шкале. Я наглядно видел, какой чувствительностью обладал механизм управления. Отклонения и повороты стартового стола, практически незаметные для невооруженного глаза, не успев начаться, тут же "пресекались". Стоило только "ракете" на стартовом столе произвести несколько колебаний, как они тут же затухали, и "ракета" возобновляла движение, заданное гироскопом.

Я внимательно проследил, как имитатор траектории заставлял работать рулевое управление все время горения, и видел, как ракета, получив сигнал, покачивается на курсе. Я решил поговорить на эту тему с фон Брауном и доктором Херманном.

Было уже около полудня, когда я вернулся в административный корпус, где меня ждала неизбежная бумажная работа."

Очень интересно ! Вот главы 10 - 19 поудобней для чтения ИМХО.

"В бинокль я видел, какое обилие уток населяет отмели залива, покрытые густыми зарослями тростника. Я следил за полетом белохвостых орланов, испытывая неподдельную радость от великолепия этого дня начала лета.

Время у меня было. В очередной раз "минута Пенемюнде" длилась вот уже одиннадцать минут. Похоже, что-то не ладилось. Инженеры в наблюдательном бункере откладывали включение стартового комплекса. Но наконец все было готово. Сработал предварительный этап малой тяги. Три или четыре секунды огненный вихрь сметал облака пыли с бетонного стола отрыва, и они разлетались во все стороны. Затем начался главный этап. Кабели вылетели из разъемов и упали. Ракета снялась со старта.

Но проделывала она это медленно, очень медленно. Тяжелая ракета весом 12,5 тонны со своим символом удачи, нарисованным между стабилизаторами, поднялась над стартовым столом всего на 4,5 метра. И застыла! Она вертикально висела в воздухе, не проявляя ни малейшего желания ни подниматься, ни вращаться вокруг продольной оси.

Зрелище было просто невероятным. В любой момент ракета могла завалиться или рухнуть и взорваться. Я невольно отступил назад, чтобы обрести хоть какое-то укрытие за толстой железной опорой испытательного стенда. Но, приникнув к окулярам бинокля, я продолжал следить за ракетой. Она продолжала висеть на той же высоте над стартовой площадкой.

Должно быть, произошла осечка в работе парогенератора турбонасоса, который обеспечивал подачу горючего. И насос не работал с полной отдачей. Он поставлял в камеру сгорания горючего лишь столько, чтобы тяга уравновешивала вес ракеты.

Кинооператор Кюн стоял у стенки испытательного стенда лицом ко мне. Должно быть, у него была хорошая нервная система. Ракета висела в воздухе всего в 90 метрах от него. Нимало не беспокоясь, он навел на нее свою кинокамеру. Кюн прекрасно понимал, что, если ракета рухнет назад, он окажется в смертельной опасности, но продолжал вращать ручку. Обращаться к нему было бессмысленно. Могучий рев двигателя заглушал все другие звуки.

Но наши газовые рули управления сработали просто потрясающе. Ракета, прямая, как шомпол, без всякой поддержки продолжала висеть в воздухе.

Прошло всего четыре секунды, но казалось, что они тянулись бесконечно долго. Теперь ракета была обязана опрокинуться. Сработает автоматика наклона. Ракета должна упасть.

Тяга оставалась постоянной. Из-за расхода топлива ракета становилась все легче. Почти незаметно, метр за метром, она начала подниматься. Постепенно носовая часть наклонялась к востоку. На высоте 10-12 метров, сохраняя вертикальное положение, она все же чуть качнулась в сторону оператора, но тот не оторвался от камеры.

Я затаил дыхание. Если наклон увеличится всего на пару градусов, ракета конечно же рухнет и снесет все пространство вокруг испытательного стенда.

Поравнявшись с отважным оператором, она приподнялась еще немного. Теперь от земли ее отделяло 18 - 20 метров, и было заметно, что она зависла в воздухе под углом.

Теперь она висела над стеной. Кюн, опустившись на колени, направил камеру почти вертикально вверх. Должен был получиться тот еще фильм!

Полный возбуждения, я выбрался из-под прикрытия металлической колонны. Я собирался кинуться вперед и оттащить Кюна с открытого места. Ракета могла рухнуть в любой момент.

Я понимал, что сейчас может произойти, и не спускал глаз с оператора. Я видел, как он неторопливо поднялся, продолжая вращать ручку камеры, и повел ее по диагонали вниз - с самого верха стены до земли. Бах!

Это было невероятное зрелище! Должно быть, я заорал во все горло! Дым, пламя! Клочья листового железа, ветви и тучи песка взлетели в воздух. Ракета рухнула на песчаный холм в 40 метрах от стены и взорвалась.

Оператор продолжал снимать. С трудом переведя дыхание, я опустил бинокль. Сердце билось с такой силой, что я ощущал боль в груди. Но я был преисполнен огромной гордости. Только так, только с такими людьми мы сможем успешно завершить работу."

А я-то был не так уж и не прав - насчет того ролика, что Термостат постил, насчет пенемюндовских кинооператоров. Угадал настроение людей, блин! Я бы тоже так снимал, наверное.

Думал о вышибном заряде для ТПК моего "Фаворита". Можно, наверное, попробовать для начала стрельнуть "моделью модели". В кач-ве "модели модели" ТПК использовать ПВХ-канализационную 100 мм-трубу. Снять на видео, определить, вылетают ли за МГМ модели ракеты несгоревшие гранулы, и таким образом подобрать их размер по отношению к длине ТПК (ко времени нахождения ракеты в канале = ко времени полного сгорания).

А вот как быть с профилем горения, чтобы в процессе катапультирования давление в канале ТПК было более-менее равномерным? Нужен прогрессивный профиль горения гранул. Это наружная бронировка и круглый канал, с соотв. соотношением длина/диаметр. Кажется мне, что нужен состав "26", диаметр гранулы 5 мм, длина 15 мм, диаметр канала 1 мм. Бумажная наружная бронировка. На "модель модели" таких гранул надо будет, видимо, штук 20 .. 30. А на "просто модель" нужно будет, наверное, пропорционально все увеличить - и количество, и размеры гранул...

Для начала нужно определиться со временем выхода ракеты из трубы, т.е. со временем горения вышибного заряда. Какая длина трубы и какая нужна скорость выхода ракеты?

> "Гранулы" можно заменить на хлопья наломаные из листа карамели нужной толщины.

Хлопья дадут РЕгрессивный профиль: максимум давления в начале горения, и минимум - на выходе изделия. А нужно бы почти наоборот. Чтобы не делать у трубы стенки переменной толщины, как у ствола. Можно, конечно, и клапан, и зазор, но вместо всего этого хочется сделать правильный вышибной заряд.


> Шашка с насверлеными или отлитыми отверстиями.

Для одной большой шашки будет нужен ОЧЕНЬ быстрогорящий состав. А я хочу обойтись карамелью.


> Для начала нужно определиться со временем выхода ракеты из трубы, т.е. со временем горения вышибного заряда.

Вот для этого я и думаю использовать "МГМ модели". А для того, чтобы сделать МГМ, нужно рассчитать саму модель.


> Какая длина трубы и какая нужна скорость выхода ракеты?

Скорость выхода ракеты не имеет значения, как мне сейчас кажется - если это ВЫСТРЕЛ. Я в том смысле, что скорость будет по-любому с хорошим запасом для того, чтобы аэр. стабилизаторы стали эффективны. Это же довольно резкий толчок, а не тяга. Нужно, чтобы изделие поднялось на три-четыре метра. Я говорю о высоте включения двигателя. Такой масштаб по фоткам стартов. А апогей катапультирования будет, я думаю, где-нибудь в районе восьми-десяти метров. Т.е. на том ролике, что я видел по ТВ, движок включился отнюдь не в апогее - у ракеты еще была приличная вертикальная скорость.

Длина трубы - 1600 мм. Диаметр - около 200 мм. Точно не помню, цифры на работе - усредненные размеры, снятые с десятка фоток стартового комплекса. Диаметр корпуса ракеты - 100 мм, ширина стабилизатора - примерно половина диаметра корпуса, длина корпуса 1500 мм.

Выстрел нужен исключительно для динамического копирования картины минометного старта ЗРК С-300 "Фаворит". Двигатель запускается в воздухе, после того, как ракета покидает ТПК (транспортно-пусковой контейнер, "трубу"). Далее в дело вступает УВТ, предварительно отлаженный на установке гидродинамического моделирования "Кобра". Модель ориентируется на Солнце, поднимается на высоту до ста метров, где срабатывает система спасения. Таким образом, в силу того, что модель оснащена системой управления вектором тяги, скорость, которую сообщает ракете вышибной заряд ТПК, не имеет большого значения.

Массо-габаритный макет (МГМ) - уменьшенная в два-три раза массо-габаритная копия действующей модели-копии.

> Или подкинуть на высоту ХХ м, причём на этой высоте скорость ракеты должна быть УУ м/с.

Именно так. Я отредактировал пост чуть выше. Вертикальная скорость действующей модели в момент включения маршевого двигателя (высота над контейнером около 4 м) составляет, очень грубо, 0,5 .. 1 м/с.

Хорошо. Пусть ракета вылетает из трубы и на высоте 5 м её скорость падает до 0 м/с. Ракета тормозится только силой тяжести.

По формуле S = ( g * t² ) / 2
получаем время полёта от вылета из трубы до 5 м равно 1с.
Значит скорость вылета из трубы равна 10 м/с.
При длине трубы 1.6 м время разгона до 10 м/с равно 0.32 с.
Значит время горения вышибного заряда около 0.3 с. При скорости горения 10 мм/с толщина свода 3 мм.
Ракета получает в трубе ускорение 31 м/с^2.
При массе ракеты 3 кг для создания такого ускорения нужна сила 93 Н в горизонтальной трубе или 120 Н в вертикальной трубе.
При площади сечения трубы 314 см² избыточное давление должно быть 0.04 атм.

Вот такие прикидки. Проверьте.

Ещё важный момент: Если ракета наклонится на солнце, не набрав какой-то вертикальной скорости, она упадёт. См. твою же цитату о съёмках старта V-2.

Для таких параметров я бы взял насыпную смесь аммиачной селитры и угля, так как она дает очень мало шлака и имеет для этих целей вполне приятную зависимость скорости горения от давления. А ракету бы уплотнил в пусковой трубе 2 (1 внизу 1 вверху) четырехсегментными обтюраторами из гофрокартона - это дает высокую стабильность силы трения при перемещении ракеты в трубе и как бонус, они разлетаются прикольно после старта Я их вообще делаю из мокрого пенопласта от потолочных плиток, но у тебя скорость и давление низкие, могут приплавиться.

> Проверьте.

Немного не понял, по какой формуле начальная скорость получилась 10 м/с... Все позабывал из баллистики. Не мог бы ты пошагово привести формулы, по которым считал? Или это ты в какой-то проге считал?

Время разгона в трубе, ускорение?
Как получил 0,04 кгс избыточного давления? Почему так мало?
Сколько нужно карамели, чтобы в заданном объеме трубы получить заданное давление?


> А ракету бы уплотнил в пусковой трубе 2 (1 внизу 1 вверху) четырехсегментными обтюраторами из гофрокартона - это дает высокую стабильность силы трения при перемещении ракеты в трубе

В качестве уплотнителей-направляющих я хочу попробовать литые сегменты из монтажной пены, смазанные чем-то вроде солидола. Ну, и сам пыж-поршень из чего-нибудь такого... Текстолит, наверное. Поршень хочу с посадочным местом - проточкой, куда одевается кормовой срез трубы корпуса ракеты. Это чтобы поршень не перекосило в трубе в момент выстрела.

Я не знаю, что такое гофрокартон. Это упаковочный материал, из которого делают большие картонные коробки? А что за конструкция у твоих обтюраторов? Слабо представляю.


> Если ракета наклонится на солнце, не набрав какой-то вертикальной скорости, она упадёт.

Ракета дернется в сторону Солнца, когда УВТ, увидев положение источника света, дернет верхний торец движка в прямопротивоположную сторону (исходя из алгоритма своей работы). И движок на некоторое время "заклинит" в зашкале, поскольку не будет тяги, чтобы замкнуть петлю механической ООС. Как только двигатель начнет давать тягу, "зайчик" в датчике поедет к центру крестовины, и... Ну, и дальше вы видели.

Еще раз: в момент рывка выключенного движка "в зашкал", ракета, исходя из ... какого-то номерного ньютонова закона движения, дернется в противоположную сторону - т.е. на Солнце, куда нам и надо. Расстояние, которое кончик ГО пройдет по дуге, будет НАСТОЛЬКО меньшим расстояния, которое пройдет по дуге заглушка РДТТ, НАСКОЛЬКО масса ракеты будет больше массы двигателя... Или что-то в этом роде. Т.е. на глаз это движение будет практически незаметно, но повторюсь: это движение получается "в нашу пользу".

Сказанное справедливо, если система УВТ будет включаться после покидания изделием трубы. Если же ее включать еще в ТПК, на земле, то описанного эффекта, понятно, не будет.

Падать ракета начнет только после апогея катапультирования - если движок запоздает с выходом на режим. Но это уже другая песня.

Насколько я понял, дедушка Дорнбергер, рассказывая свой рассказ, говорил о том, что вот-вот должно было сработать программное устройство вывода ракеты на боевой курс, которое начинало свою работу по истечении четырех секунд после подъема - там был, насколько я понял, обыкновенный таймер для этого. Т.е. неумолимо приближался момент, когда газовые рули, повинуясь программе, уже не смогли бы удерживать ракету вертикально. А оператор ручку крутит. Герой, блин.


***
Еще насчет падения и наклонов. Важно, чтобы в момент выхода кормы ракеты из трубы, эту самую корму куда-нибудь не забросило несимметричным выхлопом газов. Пока я планирую возле дульного среза ТПК сделать несколько достаточно больших радиальных отверстий для сброса давления, которые будут открываться в момент прохождения их поршнем. Таким образом я надеюсь свести к минимуму возмущающее воздействие несимметричного выхлопа на корму. Хотя, возможно, это и не потребуется. Нужно обкатать этот момент на МГМ.

Да, еще одна проблема: стабилизации по крену на солнечном датчике не построить. Как поведет себя ракета, будет ли сильно раскручиваться? Ответ может дать только эксперимент. Нужна тщательность отделки аэродинамических обводов, строгая симметрия - аэр. трубы у меня нет, к сожалению...

Все формулы очень простые

S = ( g * t² ) / 2
S = ( a * t² ) / 2
V = a * t
F = m * a

S длина пути
g уск. своб. пад.
t время
V скорость
a ускорение
F сила
m масса

Попробуй сам сделать расчёт, опираясь на мои цифры. Без таких расчётов будет трудно хотя бы примерно представить, как будет вести себя ракета при выстреле и что будет дальше, как быстро она упадёт.
Если на чём-то застрянешь, спрашивай.

> куча точной механики качания

Мне, конечно, лестно... Но точной механики там нет, всё довольно примитивно. Дело в том, что все зазоры и люфты кинематики оказываются охваченными петлей ... ЭМОС, наверное. Я думаю, эту разновидность ОС можно так назвать. Охвачены, а стало быть - скомпенсированы. Нет, там, конечно, всё крутится-двигается легко, вполне нормально и даже красиво - без СИЛЬНЫХ люфтов, но "точная механика" - это, все-таки, немножко другое.


> Без таких расчётов будет трудно хотя бы примерно представить, как будет вести себя ракета при выстреле и что будет дальше, как быстро она упадёт.

Обязательно сделаю. И еще надо будет сделать массовый расчет изделия, а потом обязательно его МГМ, и для начала стрельнуть им - проверить расчеты экспериментально. А чтобы сделать массовый расчет, нужно сделать и испытать кардан, а чтобы сделать кардан... Вот и приехали туда, откуда стартовали.

Ракета, вместе с балластом в голове, думаю, будет весить килограмм пять. Но это надо сначала сделать кардан...

Время пришло.

На основании даташитов микросхем UC2637 (ШИМ-модулятор) и MC33486 (полномостовой драйвер двигателя постоянного тока) была построена прилагаемая схема выходных каскадов управления одного из двух идентичных каналов системы УВТ.

За ее основу были взяты схемы драйверов моторов постоянного тока, изображенные на рисунках Figure 7 и Figure 8 даташита UCx637. Поскольку ни одна из этих двух схем полностью не вписывалась в концепцию проектируемого устройства (отсутствие ОС по положению исполнительного механизма, равно как и сервосигнала для управления извне), то результатом обработки этих двух рисунков и явился представляемый вниманию уважаемых экспертов упрощенный гибрид.

Сигнал с тахогенератора G, который используется в контуре стабилизации оборотов (Figure 7), подавался на инвертирующий вход усилителя ошибки 16; на неинвертирующий вход 15 того же усилителя подавалось постоянное напряжение с потенциометра ручного регулятора оборотов.

В измененной схеме, вместо сигнала с потенциометра ручного регулятора оборотов, на вход 15 подается сигнал с выхода одного из двух каналов мишгерета (двухканального ПИД-регулятора, собранного на трех счетверенных прецизионных ОУ OPA 4727 - на схеме не показаны); а на вход 16, вместо напряжения ОС тахогенератора - некое постоянное, неизменное напряжение с многоступенчатого делителя R39-R42 (favorit_pwm.pdf)

Выходные каскады микросхемы модулятора сконфигурированы для работы в режиме Small Deadtime (стр.4 даташита), который сочетает в себе безопасное управление плечами мостового драйвера (предотвращение сквозного тока через транзисторы моста) с приемлемыми точностью позиционирования и усилием удержания ротора двигателя исполнительного механизма. Электрически это выражено в падении напряжения на резисторах R40 и R41 (favorit_pwm.pdf), которое и устанавливает задержку в переключении компараторов микросхемы.

Поскольку в схеме применен драйвер MC33486, в котором возможность возникновения сквозных токов исключена уже бортовыми средствами, то, судя по всему, микросхему модулятора можно будет перевести в режим Zero Deadtime (стр.4 даташита), который предусматривает максимальную точность позиционирования и максимальное усилие удержания ротора двигателя исполнительного механизма - т.е. исключить резисторы R40 и R41 из схемы, замкнув их накоротко (уравнять напряжения на выводах 9 и 11 микросхемы модулятора).

http://www.ti.com/lit/gpn/uc2637
http://www.freescale.com/files/analog/doc/data_sheet/MC33486.pdf

Мне не нравится выбор нижних полевиков - зачем тебе 200-вольтовые ? irf630 - ведь у них сопротивление 400 мОм а у микрухи твоей у верхних ключей сопротивление 150 мОм.

Выбери дешовенькие IRF на адекватное напряжение с сопротивлением менее 150мОм на platan.ru и проверь доступность. Это может быть сдвоеный "малышка" в SO-8.

Для IRF нужно ГАРАНТИРОВАТЬ питание драйвера не ниже 12 вольт ! Если гарантии нет то используй полевики IRL

Я бы не стал дет-тайм исключать ни где! так как частота ШИМ все равно МНОГО больше 100 Гц и на точность регулирования этот ДЕТ ни как не повлияет.

Перед затвором полевика рекомендую резистор 15 Ом поставить.