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选题：固体动力火箭增材制造

• 大会选题

本选题响应“航天强国”战略，聚焦3D打印增材制造技术与航天推进系统的跨学科融合。鼓励青少年通过工程建模、空气动力学设计及增材制造工艺，亲手打造固体动力火箭并实现精准发射与安全回收。通过“设计-制造-试验-迭代”的商业航天研发逻辑，培养选手的工程实践能力、精密制造精神及安全科学素养。

一、组别要求：小学低龄组、小学高龄组、初中组、高中组

二、组队要求：单人参赛

三、评选形式

  • 初评：学校推荐
  • 复评：线上或线下评选
  • 中国区交流展：线下评选

四、复评要求

组别小学低龄组
作品要求1、选手需通过3D建模软件（如SolidWorks、shapr3d）设计火箭的头锥与尾翼等基础部件，箭体可采用3D打印或高强度复合管材。头锥需符合空气动力学外形（锥角120°±5°），尾翼不少于3片。
2、使用 FDM（熔融沉积成型）或类似技术直接打印成型，不得使用其他材料替代或拼接非打印部件。头锥要求厚度≥4mm，具有良好的耐温稳定性。
3、结合标准成品箭体管进行组装，搭载固体燃料发动机，火箭总重≤300g。全箭高度与重心需通过配重达到稳定平衡。
4、配备直径≥60cm的被动降落伞系统，确保火箭完整回收。
材料要求3D打印部件需使用PLA、ABS、PETG、或光敏树脂中的一种或多种。
任务要求1、打印组装：
建模完成后，使用规定技术与材料打印部件，并完成整箭组装。
2、气动标识：
在箭体清晰标注重心（CG）与压心（CP）位置。
3、飞行目标
距离发射平面高度60-80米，误差需控制在±10米内。
4、安全操作：
独立完成发动机安装与整箭拼装。
评分标准1、建模设计（20%）：
①模型结构的合理性：头锥曲线是否平滑，尾翼形状是否符合空气动力学基础，头锥锥角及尾翼数量是否符合要求。
②创新性：在保证功能的前提下，是否有独特的视觉涂装或几何造型设计。
③稳定性校核：是否能清晰说明重心（CG）与压心（CP）的基本位置。
2、3D打印与制造工艺（30%）：
①打印质量：表面层纹是否均匀，是否存在溢料、拉丝或严重的支撑残留。
②材料运用：是否根据部件功能选择合适的填充率（填充率建议≥15%以保证尾翼强度）,并保证在一定填充率下满足总重≤300g。
③装配精度：头锥与箭体、尾翼与箭体的连接是否紧密，无明显晃动。
3、发射回收（40%）：
①起飞姿态：火箭是否能正常点火起飞，起飞轨迹是否笔直稳定，有无剧烈晃动或偏航。
②回收效果：开伞是否及时，箭体着陆后是否保持结构完整，无明显受损。
4、文档制作规范（10%）：
按要求填写制作文档，包含必要的建模参数与照片。
提交规则1、作品制作文档（内含图片分辨率≥300DPI），包含：
①参选信息。
②制作过程记录（包含建模软件操作截图3张、打印切片截图2张、游标卡尺测量的头锥尺寸图片、成品多角度照片3张）。
③技术参数表（高度、重量、材料类型），其中飞行高度需搭载高度计测量并提交照片、重量需用精度不小于0.1g的电子秤称重并提交照片。
2、作品视频：
5分钟内视频。包含：自我介绍、设计思路展示（3D软件操作截图）、3D打印参数讲解、火箭组装展示及飞行实测画面（含起飞及回收）、回收实物展示。视频大小≤100M。
3、合规性：
参选作品必须为原创，且符合航天发射安全规范，内容健康。
组别小学高龄组
作品要求1、选手需通过3D建模软件（如SolidWorks、shapr3d）合理设计火箭头锥（含载荷舱）、箭体及尾翼。头锥需符合空气动力学外形（锥角120°±5°），载荷舱需具备容纳不小于40g模拟载荷的空间，尾翼不少于4片。
2、 使用 FDM（熔融沉积成型）或类似技术直接打印成型，不得使用其他材料替代或拼接非打印部件，颜色不少于2种。
3、 设计一个载荷舱缓冲装置，保护载荷不因冲击震动受损。
4、 匹配头锥、箭体、尾翼的尺寸并进行组装，搭载固体燃料发动机，火箭总重≤400g。
5、 配备不少于一把降落伞（直径≥60cm），确保火箭完整回收与载荷安全。
材料要求3D打印部件需使用PLA、ABS、PETG、或光敏树脂中的一种或多种。
任务要求1、 打印组装：
各部件建模后需在软件内组装为整箭装配体，使用规定技术与材料打印部件，并完成整箭组装。
2、 精准控制：
目标飞行高度60-80米，误差需控制在±8米内。
3、 落点回收：
回收落点距离发射架误差≤8米，降落伞回收完整。
4、 载荷验证：
载荷舱内需放置模拟载荷（一枚重量不小于40g的生鸡蛋），回收后完好无损。
评分标准1、 增材制造（20%）：
①打印优化：是否根据受力分析调整了打印方向以增强力学性能。
②材料性能：头锥等关键件的层结合力是否牢固，表面有无碳化或熔融过度。
③材料要求：各部件是否均按照规定材料，整箭颜色种类是否≥2种。
2、 模块化设计（20%）：
①尺寸适配性：各部件尺寸设计是否合理，打印实物组装后是否无明显晃动。
②载荷保护：载荷舱内部是否有缓冲结构设计，确保载荷安全。
③轻量化程度：在保证强度的前提下，是否通过空心化设计有效降低了箭体死重，火箭总重是否≤400g。
3、 飞行性能（50%）：
①起飞姿态：火箭是否能正常点火起飞，起飞轨迹是否笔直稳定，有无剧烈晃动或偏航。
②高度达成率：实测高度与目标高度的吻合程度。
③回收可靠性：舱段分离动作的顺畅性，降落伞伞绳有无缠绕，回收过程是否优雅平稳，落点位置是否在要求误差范围内。
④载荷是否受损（分为鸡蛋完整、鸡蛋表面有微小裂纹、鸡蛋表面有较明显大裂纹、鸡蛋破碎蛋液流出四种）
4、 制作文档（10%）：
按要求填写，重点说明各部件设计过程与载荷缓冲结构，包含必要的建模参数与照片。
提交规则1、作品制作文档（内含图片分辨率≥300DPI），包含：
①参选信息。
②制作过程记录（包含建模软件操作截图3张、打印切片截图2张、游标卡尺或量尺测量的载荷舱尺寸图片、成品多角度照片3张、建模设计STL文件（整箭及各部件））。
③技术参数表（高度、重量、材料类型），其中飞行高度需搭载高度计测量并提交照片、重量需用精度不小于0.1g的电子秤称重并提交照片。
④载荷保护方案说明。
2、 作品视频：
5分钟内，TED演讲形式。重点展示尺寸设计与适配思路（可包含轻量化设计）、载荷舱的设计与保护方案、发射回收全过程（包含载荷展示）录像。视频大小不超过100M。
3、 合规性：
参选作品必须为原创，且符合航天发射安全规范，内容健康。
组别初中组
作品要求1、 选手需通过3D打印制造一套集成了电子感测系统的固体动力火箭系统（包含头锥、电子舱、箭体、发动机支架）。
2、 全系统集成：独立设计电子舱，用于固定高度计、传感器等。电子舱需设计专用的螺纹连接或卡扣结构，便于维护。
3、 高强度支架：发动机支架需提交50N承重测试记录，支架需具备良好的隔热间隙。
4、 数据采集任务：火箭必须搭载高度计，并能够从设备导出飞行高度曲线、最大速度等核心数据。
5、 动力规范：使用固体燃料发动机，火箭总重≤400g。
6、 配备不少于一把降落伞（直径≥60cm），确保火箭完整回收与电子设备安全。
材料要求3D打印部件需使用PLA、ABS、PETG、或光敏树脂中的一种或多种，发动机支架必须使用PETG材质。
任务要求1、 飞行性能：
目标高度80-100米，误差需控制在±5米内。
2、 落点回收：
回收落点距离发射架误差≤5米，降落伞回收完整
3、 数据采集：
提交完整的飞行高度曲线图及加速度分析报告。
4、 发射架设计：
选手需展示自制的3D打印便携式发射架，需具备角度调节功能。
评分标准1、 系统集成设计（30%）：
①空间布局：电子设备在3D打印舱室内的固定是否稳固，布线是否整齐合理。
②工程交互：舱口盖、外部电源开关等细节设计是否考虑了人机交互的便利性。
2、 打印制造力学（30%）：
①力学验证：发动机支架在高温推力下的耐受程度及抗震表现。
②打印精度：关键配合位（如传感器支架）的公差控制是否达到0.2mm级别。
③系统总质量控制：全箭总质量是否≤400g，部件是否有减重设计。
3、 飞行数据与分析（30%）：
①数据还原度：飞行曲线是否连续平滑，是否能准确分析出顶点时刻。
②飞行任务达成：起飞、稳定段、惯性段、开伞回收四个阶段的完成质量。
4、 作品制作文档（10%）： 包含详细的飞行数据导出图表。
提交规则1、作品制作文档（内含图片分辨率≥300DPI），包含：
①参选信息。
②模型工程图STL文件（整箭及各舱端部件）。
③制作过程记录（包含建模软件操作截图3张、打印切片截图2张、成品多角度照片3张、电子舱实物图片、建模设计STL文件（整箭及各部件））。
④技术参数表（高度、重量、材料类型），其中飞行高度需搭载高度计测量并提交照片、重量需用精度不小于0.1g的电子秤称重并提交照片。飞行曲线数据表（包含高度-时间曲线图、最大速度数据等）。
2、 作品视频：5分钟内。以“航天工程师”视角进行技术综述。包含：结构受力分析、电子系统联调展示、飞行任务全过程录制。
3、 原创性检查：需提交STL文件及模型切片源文件备查。
组别高中组
作品要求1、 复合制造：探索多材料3D打印，如头锥使用尼龙+碳纤维（耐温1200℃级），箭体采用蜂窝结构PLA+玻璃纤维加固。要求轻量化率≥50%。
2、 远程遥测：火箭需集成无线传输模块，实时回传加速度、气压、温度数据至地面站。
3、 多方案对比实验：选手需打印至少两组不同形状的尾翼或头锥，进行地面“风力吹风测试”（可利用大功率工业风扇或吹风机），观察并对比不同形状对火箭摆动幅度的影响。
4、 材料与减重实验：提交一份“打印参数与强度对比表”，选择记录不同材料、不同填充率或不同壁厚对部件重量及抗压强度的影响，选出最优方案。
5、 动力规范：使用固体燃料发动机，火箭总重≤500g。
6、 配备不少于一把降落伞（直径≥60cm），确保火箭完整回收。
材料要求3D打印材料不限，选手可自由发挥。
任务要求1、 高度精度：
目标高度100-120米，误差需控制在±3米内。
2、 落点精度：
回收落点距离发射架误差≤3米，降落伞回收完整。
3、 复用能力：
箭体结构需支持不少于2次的连续发射验证（第二次依旧能成功发射并回收）。
评分标准1、 实验探究与对比（30%）：
①多方案对比：是否通过地面吹风实验选出了最优气动外形（15%）。
②制造优化：是否通过实验数据支撑了最终的打印参数选择（15%）。
2、 先进制造工艺与机电集成可靠性（30%）
①材料选择科学性：是否根据关键受力点（如支架、伞舱接口）选择了合适的耗材（如PA-CF尼龙碳纤维、高韧PETG），并能阐述选择其原因。
②轻量化工程：是否通过调整壁厚梯度、采用非均匀填充或蜂窝结构实现减重，并提供减重后的推重比优化数据。
③功能性集成：是否实现了结构件的功能集成（如将电子仓固定槽与箭体结构一体化打印），减少了额外连接件带来的增重。
3、 综合飞行任务（30%）：
①任务精度：高度、速度及落点精准度。
②可重复使用性：火箭回收后经简单整备即可进行二次发射的能力展示。
4、 制作文档（10%）：
按照科学论文格式，包含实验数据表、对比图表及结论分析。
提交规则1、作品制作文档（内含图片分辨率≥300DPI），包含：
①参选信息。
②多材料制造科研调研简报（包含选择原因）。
③多方案对比实验报告（含照片与数据）。
④制作过程记录（包含建模软件操作截图3张、打印切片截图2张、成品多角度照片3张、轻量化加固结构图片、无线传输模块安装位置图片、建模设计STL文件（整箭及各部件））。
⑤技术参数表（高度、重量、材料类型），其中飞行高度需搭载高度计测量并提交照片、重量需用精度不小于0.1g的电子秤称重并提交照片，需计算推重比。
⑥SolidWorks模型工程图STL文件（整箭及各舱端部件）。
⑦地面站实时数据截图。
2、 作品视频：5分钟内。以“TED演讲”形式输出。内容需具备深度思辨性，重点阐述：如何通过3D打印解决传统制造难题、对比实验的过程、实测飞行过程的复盘。视频大小不超过100M。
3、 规范性：必须符合国家固体燃料管控及无人驾驶航空器管理的相关法规；需确保所有使用的第三方开源代码、原理图均有明确引用标注。
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