Vertikal landning av raket

Abstract

Styrning blir allt viktigare inom raketteknik i takt med att efterfrågan på precisions-landning och återanvändbara farkoster ökar inom både kommersiella tillämpningar och forskning. Detta projekt undersöker och utvecklar ett styrsystem för den tidiga nedstigningsfasen av en studentraket. Målet var att styra raketen från en startposition till en angiven landningsplats med bibehållen stabilitet under hela nedstigningen. Gallerfenor valdes som styrmekanism. Strömningssimuleringar utfördes för att fastställa aerodynamiska kraftkoefficienter för både fenorna och raketen vid olika raket- och fenvinklar. Simuleringarna validerades genom vindtunneltestning, där fenan monterades och aerodynamiska krafter mättes för olika vinklar och strömningshastigheter. Vidare utformades ett reglersystem för att styra gallerfenorna med hjälp av de erhållna kraftkoefficienterna i syfte att stabilt styra raketen mot landningsplatsen. Resultaten visade att gallerfenorna genererar tillräcklig kraft för att motverka de moment som raketen producerar, vilket möjliggör stabilisering. Styrsystemets förmåga aä dock begränsad, och raketen skulle behöva falla från en höjd på cirka 20 000 meter för att uppåa en lateral förflyttning på 10 meter. Dessa resultat stöds av strömningssimuleringar, vilka uppvisade en korrelation med vindtunnelexperiment gällande aerodynamiska trender. Detta bekräftar modellens tillförlitlighet. Trots att en systematisk avvikelse observerades på grund av experimentella osäkerheter, förblir simuleringarna ett giltigt verktyg. Slutligen anses valet av gallerfenor motiverat på grund av deras fällbara konstruktion och stabila styregenskaper. Dock kräver reglersystemet vidareutveckling för att kunna hantera verkliga flygförhållanden utan att förlita sig på antaganden såsom konstanta aerodynamiska koefficienter och förenklad flygdynamik.