CN111354256B - 一种便于回收的模型火箭 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种便于回收的模型火箭，包括箭头和箭体，箭头内装有传感器和降落伞，传感器与调节机构连接，火箭运行过程中，调节机构调节箭头处于两种状态，其一为：火箭升空时呈直立姿态，传感器未检测到火箭姿态变化时，调节机构调节箭头处于装配在箭体上的工作状态，其二为：火箭下落时姿态改变，传感器检测到火箭姿态变化，调节机构根据传感器检测的信号调节箭头处于脱离箭体将降落伞释放的的脱离状态，本发明结构稳定，布局合理，能够实现火箭升空之后，火箭下落姿态改变时及时分离箭头和箭体，释放降落伞，能够实现火箭即将下落至地面时收卷降落伞伞绳，加大阻力，减小着陆冲击力，有效降低了火箭摔毁的风险。

Description

一种便于回收的模型火箭

技术领域

本发明涉及模型领域，具体涉及一种便于回收的模型火箭。

背景技术

模型火箭实验是火箭技术发展的根本，但是从目前的国际火箭发射情况来看，制约火箭实验的根本在于高昂的火箭发射费用，每一次的火箭发射都要消耗巨大的人力、物力、财力，然而每一枚火箭都是一个一次性产品，这使得很多可重复使用的资源被白白浪费。

常规的模型火箭使用轻型材质制作，采用统的发动机反喷进行分离，其结构稳定性差，发射过程中不可控制。一般模型火箭采用B6-4型号固体发动机，该发动机采用反喷式分离方法，在助推剂燃烧完时进入2秒延时，再进行反喷燃料燃烧，由于发动机向箭体内喷出高热量火焰，容易将内部结构及降落装置烧毁，导致模型火箭降落摔毁，即使能够回收，其模型也受损严重，另外现在很多的模型火箭降落伞大小不一，降落伞较小，容易导致阻力不足，模型摔毁的问题，降落伞较大，阻力大，导致模型迟迟不降落被风吹往远处，增加了找寻难度和丢失风险。

发明内容

本发明的目的是提供一种便于回收的模型火箭，其目的是能够实现模型火箭快捷分离，降落伞能够在模型火箭下降时及时释放展开，能够通过调节降落伞伞绳的长度，使得降落伞块落到地面时增加阻力，避免模型火箭摔坏的问题。

本发明采取的技术方案具体如下。

一种便于回收的模型火箭，包括箭头和箭体，箭头内装有传感器和降落伞，传感器与调节机构连接，火箭运行过程中，调节机构调节箭头处于两种状态，其一为：火箭升空时呈直立姿态，传感器未检测到火箭姿态变化时，调节机构调节箭头处于装配在箭体上的工作状态，其二为：火箭下落时姿态改变，传感器检测到火箭姿态变化，调节机构根据传感器检测的信号调节箭头处于脱离箭体将降落伞释放的的脱离状态。

优选的：调节机构包括调节件、A连接组件和B连接组件实现箭头两种状态的转换，调节件调节箭头和箭体通过A连接组件或B连接组件连接，箭头和箭体通过A连接组件连接时，箭头套接在箭体上，箭头和箭体通过B连接组件连接时，箭头与箭体分离且二者通过B连接组件连接。

优选的：A连接组件包括卡接件和杆件，杆件长度方向与箭体长度方向一致，杆件下端固定在箭体上，杆件上端开设有豁口，卡接件与豁口匹配，卡接件安装在调节件上，B连接组件包括弹性绳，弹性绳一端固定在箭体上另一端固定在箭头上，调节件调节卡接件处于两种状态，其一为：火箭升空时，卡接件处于与豁口卡合，使得箭头装配在箭体上的卡合状态，其二为：火箭下落时，调节卡接件处于脱离豁口，使得箭头脱离箭体且二者通过弹性绳连接的分离状态，箭头通过弹性绳与箭体连接时，降落伞能够从箭头内释放。

优选的：箭体内还装有蓄能弹簧，蓄能弹簧的弹力方向与箭体长度方向一致，蓄能弹簧下端固定在箭体上，箭头处于工作状态时，蓄能弹簧上端抵靠箭头对箭头施加弹力。

优选的：调节机构还包括伞绳调节组件，伞绳调节组件与降落伞伞绳连接，伞绳调节组件用于调节降落伞伸出箭头的长度。

优选的：传感器为倾倒传感器，调节机构还包括PLC控制器，倾倒传感器与PLC控制器连接，调节件由伺服舵机构成，伺服舵机与PLC控制器连接，PLC控制器根据倾倒传感器传递的信号控制伺服舵机运行，卡接件安装在伺服舵机的摆臂上，摆臂摆动调节卡接件两种状态的转换。

优选的：伞绳调节组件包括步进电机，步进电机安装在箭头内，步进电机连接卷轮，降落伞伞绳缠绕在卷轮上，步进电机通过电机驱动模块与PLC控制器连接。

优选的：杆件设置有两组，两组杆件分置于蓄能弹簧两侧。

优选的：箭头内与杆件对应位置装有轴套，轴套与杆件匹配，箭头处于工作状态时，杆件上端插接轴套内。

优选的：箭体尾端装有套管，套管内装有发动机，箭体尾端外壁还设置有尾翼。

本发明取得的技术效果为：通过传感器和调节机构的设置，调节机构能够根据传感器检测到的火箭姿态的信号，来调节火箭箭头与箭体之间的是否脱离，火箭在升空时，保持直立的姿态，传感器没有检测到火箭姿态改变，调节机构调节箭头装配在箭体上，箭头和箭体保持一体进行升空，当火箭升到最高点然后下落时，火箭姿态会发生改变，这时传感器检测到火箭姿态发生改变的信号，控制箭头从箭体上脱离，使得箭头内的降落伞能够释放展开，实现回收功能。

通过A连接组件的设置，火箭升空过程中，能够使得箭头稳定的套接在箭体上，通过调节件的设置，实现火箭在下落时，能够将箭头通过A连接组件连接箭体调节转换至通过B连接组件连接，实现箭头从箭体上分离且二者通过B连接组件连接，这样能够实现降落伞释放，同时能够实现箭头和箭体同步降落，使得箭头和箭体能够被回收再利用。

通过杆件和卡接件的设置，当火箭升空时，卡接件与豁口卡合，实现刚性连接，能够使得箭头稳定与箭体连接，当火箭下落时，调节件调节卡接件运动远离豁口，使得卡接件与杆件脱离，实现箭头与箭体脱离，并通过弹性绳的设置，使得箭头与箭体脱离之后还能保持连接，箭头将降落伞释放回来之后，能够实现箭头与箭体的同步降落回收。

通过蓄能弹簧的设置，调节件调节卡接件远离豁口时，蓄能弹簧能够及时快速的将箭头从箭体上弹开，使得二者快速分离，保证及时的释放出降落伞，实现回收工作稳定进行，进一步的，蓄能弹簧上端将降落伞抵押在箭头上，当箭头脱离箭体时，蓄能弹簧能够将降落伞快速的弹出，保证降落伞及时的打开。

通过伞绳调节组件的设置，当火箭将要下落到地面时，伞绳调节组件收卷伞绳，对降落伞施加一个向下的压力，通过力的发作用，降落伞下行阻力变大，使得火箭下落速度降低，有效的降低了箭头和箭体被摔坏的风险。

通过倾倒传感器的设置，实现对火箭姿态的检测，通过PLC控制器的设置，实现PLC控制，当火箭倾倒角度小于倾倒传感器倾倒角度设定值时，PLC控制器无控制命令发出，当火箭倾倒角度大于倾倒传感器倾倒角度设定值时，PLC控制器发出控制命令，驱使舵机转动，实现驱使摆臂摆动，摆臂带动卡接件转动，从而实现模型火箭的分离。

通过步进电机和卷轮的设置，实现收放降落伞伞绳的功能，实现火箭即将下落至地面时收卷降落伞伞绳，加大阻力，减小着陆冲击力，有效降低了火箭摔毁的风险。

通过两组杆件的设置，保证连接的稳定性，保证火箭能够稳定升空。

通过轴套的设置，便于定位组装，箭头和箭体回收之后，再利用是，将杆件对准轴套并插入到轴套中即可，然后启动伺服舵机调节卡接件转动与豁口卡合，即可实现组装工作。

通过套管的设置，实现发动机的安装功能，同时套管装卸到箭体内方便快捷，通过尾翼的设置，实现升空时保证火箭的稳定性。

本发明结构稳定，布局合理，能够实现火箭升空之后，火箭下落姿态改变时及时分离箭头和箭体，释放降落伞，能够实现火箭即将下落至地面时收卷降落伞伞绳，加大阻力，减小着陆冲击力，有效降低了火箭摔毁的风险。

附图说明

图1为本发明提出的一种便于回收的模型火箭结构示意图。

图2为本发明提出的一种便于回收的模型火箭中控制系统框图。

图3为本发明提出的一种便于回收的模型火箭中倾倒传感器与PLC控制器连接示意图。

图4为本发明提出的一种便于回收的模型火箭中PLC控制器与伺服舵机连接示意图。

图5为本发明提出的一种便于回收的模型火箭中PLC控制器与步进电机及其驱动器连接示意图。

各附图标号对应关系如下：100-箭体、110-尾翼、120-套管、130-发动机、200-箭头、310-PLC控制器、320-调节件、321-卡接件、330-杆件、331-豁口、340-轴套、500-伞绳调节组件、510-卷轮、600-降落伞、700-蓄能弹簧、800-弹性绳。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体明。应当理解，以下文字仅仅用以描述本发明的一种或几种具体的实施方式，并不对本发明具体请求的保护范围进行严格限定。

实施例1

参照图1-5，在本实施例中提出了一种便于回收的模型火箭，包括箭头200和箭体100，箭头200内装有传感器400和降落伞600，传感器400与调节机构连接，火箭运行过程中，调节机构调节箭头200处于两种状态，其一为：火箭升空时呈直立姿态，传感器未检测到火箭姿态变化时，调节机构调节箭头200处于装配在箭体100上的工作状态，其二为：火箭下落时姿态改变，传感器检测到火箭姿态变化，调节机构根据传感器检测的信号调节箭头200处于脱离箭体100将降落伞600释放的的脱离状态。

通过传感器400和调节机构的设置，调节机构能够根据传感器400检测到的火箭姿态的信号，来调节火箭箭头与箭体之间的是否脱离，火箭在升空时，保持直立的姿态，传感器400没有检测到火箭姿态改变，调节机构调节箭头200装配在箭体100上，箭头200和箭体100保持一体进行升空，当火箭升到最高点然后下落时，火箭姿态会发生改变，这时传感器400检测到火箭姿态发生改变的信号，控制箭头200从箭体100上脱离，使得箭头200内的降落伞600能够释放展开，实现回收功能。

调节机构包括调节件320、A连接组件和B连接组件，调节件320调节箭头200和箭体100通过A连接组件或B连接组件连接实现箭头两种状态的转换，箭头200和箭体100通过A连接组件连接时，箭头200套接在箭体100上，箭头200和箭体100通过B连接组件连接时，箭头200与箭体100分离且二者通过B连接组件连接。

通过A连接组件的设置，火箭升空过程中，能够使得箭头200稳定的套接在箭体100上，通过调节件320的设置，实现火箭在下落时，能够将箭头200通过A连接组件连接箭体100调节转换至通过B连接组件连接，实现箭头200从箭体100上分离且二者通过B连接组件连接，这样能够实现降落伞600释放，同时能够实现箭头200和箭体同步降落，使得箭头200和箭体100能够被回收再利用。

A连接组件包括卡接件321和杆件330，杆件330长度方向与箭体100长度方向一致，杆件330下端固定在箭体100上，杆件330上端开设有豁口331，卡接件321与豁口331匹配，卡接件321安装在调节件320上，B连接组件包括弹性绳800，弹性绳800一端固定在箭体100上另一端固定在箭头200上，调节件320调节卡接件321处于两种状态，其一为：火箭升空时，卡接件321处于与豁口331卡合，使得箭头200装配在箭体100上的卡合状态，其二为：火箭下落时，调节卡接件321处于脱离豁口331，使得箭头200脱离箭体100且二者通过弹性绳800连接的分离状态，箭头200通过弹性绳800与箭体100连接时，降落伞600能够从箭头200内释放。

通过杆件330和卡接件321的设置，当火箭升空时，卡接件321与豁口331卡合，实现刚性连接，能够使得箭头200稳定与箭体100连接，当火箭下落时，调节件320调节卡接件321运动远离豁口331，使得卡接件321与杆件330脱离，实现箭头200与箭体100脱离，并通过弹性绳800的设置，使得箭头200与箭体100脱离之后还能保持连接，箭头200将降落伞600释放回来之后，能够实现箭头200与箭体100的同步降落回收。

箭体100内还装有蓄能弹簧700，蓄能弹簧700的弹力方向与箭体100长度方向一致，蓄能弹簧700下端固定在箭体100上，箭头200处于工作状态时，蓄能弹簧700上端抵靠箭头200对箭头200施加弹力。

通过蓄能弹簧700的设置，调节件320调节卡接件321远离豁口331时，蓄能弹簧700能够及时快速的将箭头200从箭体100上弹开，使得二者快速分离，保证及时的释放出降落伞，实现回收工作稳定进行，进一步的，蓄能弹簧700上端将降落伞600抵押在箭头200上，当箭头200脱离箭体100时，蓄能弹簧700能够将降落伞600快速的弹出，保证降落伞600及时的打开。

调节机构还包括伞绳调节组件500，伞绳调节组件500与降落伞600伞绳连接，伞绳调节组件500用于调节降落伞600伸出箭头200的长度。

通过伞绳调节组件500的设置，当火箭将要下落到地面时，伞绳调节组件500收卷伞绳，对降落伞600施加一个向下的压力，通过力的发作用，降落伞600下行阻力变大，使得火箭下落速度降低，有效的降低了箭头200和箭体100被摔坏的风险。

传感器400为倾倒传感器，调节机构还包括PLC控制器310，倾倒传感器与PLC控制器310连接，调节件320由伺服舵机构成，伺服舵机与PLC控制器310连接，PLC控制器310根据倾倒传感器400传递的信号控制伺服舵机运行，卡接件321安装在伺服舵机的摆臂上，摆臂摆动调节卡接件两种状态的转换。

通过倾倒传感器的设置，实现对火箭姿态的检测，倾倒传感器的型号为SW-460D，参照图3，AO口为模拟量输出，DO口为数字量输出，通过PLC控制器310的设置，实现PLC控制，PLC控制器是型号为FX1N-10MT，具有6路数字量输入口，4路数字量输出口，晶体管输出型的三菱PLC工控板，PLC控制器310的X0口与DO口相连，负端与GND相连；当火箭倾倒角度小于倾倒传感器倾倒角度设定值时，PLC控制器310的X0口输入高电平，当火箭倾倒角度大于倾倒传感器倾倒角度设定值时，PLC控制器310的X0口输入低电平，PLC控制器310检测到X0口下降沿信号时，开始控制伺服舵机转动，伺服舵机为ES08MAⅡ银燕舵机型号，参照图4，PLC控制器310的Y0口与伺服舵机的PWM口相连，负端与GND相连，正端与+5V相连，通过Y0口输出PWM波实现对舵机转动角度的控制，实现驱使摆臂摆动，摆臂带动卡接件321转动，从而实现模型火箭的分离。

伞绳调节组件500包括步进电机，步进电机安装在箭头200内，步进电机连接卷轮510，降落伞600伞绳缠绕在卷轮510上，步进电机通过电机驱动模块与PLC控制器310连接。

通过步进电机和卷轮510的设置，实现收放降落伞600伞绳的功能，电机驱动模块包括驱动器，参照图5，驱动器采用共阳极接法，PLC控制器310的Y1口与驱动器TB6600的PUL-口相连，用以提供脉冲信号；PLC控制器310的Y2口与驱动器TB6600的DIR-口相连，用以提供方向信号；驱动器TB6600的A+、A-、B+、B-口接步进电机4根线，实现电机驱动，当手动按下输入端X1，输出端Y2输出低电平信号给步进电机驱动器TB6600的DIR-端口，步进电机开始反向转动相同圈数，松开X1，步进电机停止转动，可根据模型火箭实际降落过程中收取伞绳长度调整步进电机释放伞绳速度，当模型质量较大时一般降落过程中会收取较长伞绳来减缓着陆速度，此时可提高步进电机反向转速，达到快速释放伞绳了效果。

杆件330设置有两组，两组杆件330分置于蓄能弹簧700两侧。

通过两组杆件330的设置，保证连接的稳定性，保证火箭能够稳定升空。

箭头200内与杆件330对应位置装有轴套340，轴套340与杆件330匹配，箭头200处于工作状态时，杆件330上端插接轴套340内。

通过轴套340的设置，便于定位组装，箭头200和箭体100回收之后，再利用是，将杆件330对准轴套340并插入到轴套340中即可，然后启动伺服舵机调节卡接件321转动与豁口卡合，即可实现组装工作。

箭体100尾端装有套管120，套管120内装有发动机130，箭体100尾端外壁还设置有尾翼110。

通过套管120的设置，实现发动机130的安装功能，同时套管120装卸到箭体100内方便快捷，通过尾翼110的设置，实现升空时保证火箭的稳定性。

本发明在使用时，发动机130点火，火箭升空，PLC控制器310不停检测倾倒传感器的倾倒值状态，当火箭倾倒角小于倾倒传感器设定角度值时，PLC控制器310无动作输出，卡接件321卡合在豁口331中，箭头200和箭体100一起稳定升空，火箭升到最高位时，下落，火箭姿态开始倾斜，当倾倒传感器倾倒角小于倾倒传感器设定角度值时，D0口输出高电平；倾倒传感器倾倒角大于倾倒传感器设定角度值时，D0口输出低电平。利用PLC控制器310输入端X0进行下降沿检测，当X0检测到下降沿时，输出端Y0对伺服舵机进行PWM波调制，使伺服舵机从中间位置转动一定角度，卡接件321从豁口331中离开，此时蓄能弹簧700将箭头200从箭体100上顶开，达到使模型火箭分离的效果，此过程中弹性绳可以有效减缓太空舱与箭体的冲击力，同时保证太空舱与箭体通过弹性绳连接，避免分离后箭体摔毁，箭头200脱离箭体100之后降落伞600释放，同时启动PLC内部定时器，到达指定时间时由输出端Y1对电机驱动模块进行控制，启动步进电机，对降落伞主伞绳进行卷绕，利用反作用力增加降落伞受到的空气阻力从而减缓模型着陆速度，减小着陆冲击力，避免损坏，完成回收工作，实际操作时可根据整个模型火箭质量决定主伞绳长度，质量较大时，可适当增加降落伞主伞绳长度或提高步进电机转速达到减缓着陆速度的效果。

本发明结构稳定，布局合理，能够实现火箭升空之后，火箭下落姿态改变时及时分离箭头和箭体，释放降落伞，能够实现火箭即将下落至地面时收卷降落伞伞绳，加大阻力，减小着陆冲击力，有效降低了火箭摔毁的风险。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本发明中未具体描述和解释说明的结构、装置以及操作方法，如无特别说明和限定，均按照本领域的常规手段进行实施。

Claims (8)

1.一种便于回收的模型火箭，其特征在于：包括箭头(200)和箭体(100)，箭头(200)内装有传感器(400)和降落伞(600)，传感器(400)与调节机构连接，火箭运行过程中，调节机构调节箭头(200)处于两种状态，其一为：火箭升空时呈直立姿态，传感器未检测到火箭姿态变化时，调节机构调节箭头(200)处于装配在箭体(100)上的工作状态，其二为：火箭下落时姿态改变，传感器检测到火箭姿态变化，调节机构根据传感器检测的信号调节箭头(200)处于脱离箭体(100)将降落伞(600)释放的的脱离状态；

所述调节机构包括调节件(320)、A连接组件和B连接组件实现箭头两种状态的转换，调节件(320)调节箭头(200)和箭体(100)通过A连接组件或B连接组件连接，箭头(200)和箭体(100)通过A连接组件连接时，箭头(200)套接在箭体(100)上，箭头(200)和箭体(100)通过B连接组件连接时，箭头(200)与箭体(100)分离且二者通过B连接组件连接；

所述A连接组件包括卡接件(321)和杆件(330)，杆件(330)长度方向与箭体(100)长度方向一致，杆件(330)下端固定在箭体(100)上，杆件(330)上端开设有豁口(331)，卡接件(321)与豁口(331)匹配，卡接件(321)安装在调节件(320)上，B连接组件包括弹性绳(800)，弹性绳(800)一端固定在箭体(100)上另一端固定在箭头(200)上，调节件(320)调节卡接件(321)处于两种状态，其一为：火箭升空时，卡接件(321)处于与豁口(331)卡合，使得箭头(200)装配在箭体(100)上的卡合状态，其二为：火箭下落时，调节卡接件(321)处于脱离豁口(331)，使得箭头(200)脱离箭体(100)且二者通过弹性绳(800)连接的分离状态，箭头(200)通过弹性绳(800)与箭体(100)连接时，降落伞(600)能够从箭头(200)内释放。

2.根据权利要求1所述的便于回收的模型火箭，其特征在于：所述箭体(100)内还装有蓄能弹簧(700)，蓄能弹簧(700)的弹力方向与箭体(100)长度方向一致，蓄能弹簧(700)下端固定在箭体(100)上，箭头(200)处于工作状态时，蓄能弹簧(700)上端抵靠箭头(200)对箭头(200)施加弹力。

3.根据权利要求2所述的便于回收的模型火箭，其特征在于：所述调节机构还包括伞绳调节组件(500)，伞绳调节组件(500)与降落伞(600)伞绳连接，伞绳调节组件(500)用于调节降落伞(600)伸出箭头(200)的长度。

4.根据权利要求3所述的便于回收的模型火箭，其特征在于：所述传感器(400)为倾倒传感器，调节机构还包括PLC控制器(310)，倾倒传感器与PLC控制器(310)连接，调节件(320)由伺服舵机构成，伺服舵机与PLC控制器(310)连接，PLC控制器(310)根据倾倒传感器(400)传递的信号控制伺服舵机运行，卡接件(321)安装在伺服舵机的摆臂上，摆臂摆动调节卡接件两种状态的转换。

5.根据权利要求4所述的便于回收的模型火箭，其特征在于：所述伞绳调节组件500包括步进电机，步进电机安装在箭头200内，步进电机连接卷轮510，降落伞600伞绳缠绕在卷轮510上，步进电机通过电机驱动模块与PLC控制器310连接。

6.根据权利要求2所述的便于回收的模型火箭，其特征在于：所述杆件(330)设置有两组，两组杆件(330)分置于蓄能弹簧(700)两侧。

7.根据权利要求6所述的便于回收的模型火箭，其特征在于：所述箭头(200)内与杆件(330)对应位置装有轴套(340)，轴套(340)与杆件(330)匹配，箭头(200)处于工作状态时，杆件(330)上端插接轴套(340)内。

8.根据权利要求1所述的便于回收的模型火箭，其特征在于：所述箭体(100)尾端装有套管(120)，套管(120)内装有发动机(130)，箭体(100)尾端外壁还设置有尾翼(110)。

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