Spouštěcí podložka Overkill Model Rocket !: 11 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:19

Před chvílí jsem vydal příspěvek Instructables o mém „Overkill Model Rocket Launch Controller“spolu s videem na YouTube. Udělal jsem to jako součást obrovského modelového raketového projektu, kde dělám všechno tak přehnaně, jak to jen jde, ve snaze naučit se co nejvíce o elektronice, programování, 3D tisku a dalších formách výroby. Příspěvek Instructables byl velmi populární a zdálo se, že se lidem líbí, a tak jsem se rozhodl, že stojí za to udělat jeden o mém novém odpalovacím rampě!

Typický model odpalovací rampy pro rakety se skládá z kolejnice, která vede raketu, a základní struktury, která ji drží. Ale protože se snažím dělat věci tak přehnaně, jak je to jen možné, věděl jsem, že nemůžu mít jen zábradlí. Po dlouhém výzkumu jsem našel pár modelových odpalovacích ramp pro rakety, které jsou podobné skutečným odpalovacím rampám, i když byly vyrobeny ze dřeva a vypadaly docela nepořádně.

Začal jsem tedy brainstormingovat, jak bych mohl ze svého udělat ten nejpokročilejší a nejkomplikovanější na světě. Rozhodl jsem se, že žádný nápad není „příliš bláznivý“nebo „nemožný pro šestnáctiletého“, takže jakýkoli cenově dostupný nápad byl sepsán a vytvořen. Hned od začátku jsem se rozhodl, že chci pokračovat v bláznivém tématu, které je vidět na mé raketě a ovladači, takže ocelový rám a hliníkové plechy byly určitě tou správnou cestou.

Ale Eddy, co má odpalovací rampa a čím se odlišuje?

Moje modelová raketa není úplně typická raketa s ploutvemi. Místo toho je raketa naplněna vlastní elektronikou a zařízením pro řízení vektoru tahu. Řízení tahového vektoru nebo TVC zahrnuje pohyb motoru uvnitř rakety, aby se nasměroval její tah, a proto nasměrovat raketu na její vhodnou trajektorii. To však zahrnuje navádění GPS, které je NELEGÁLNÍ! Moje raketa tedy používá TVC, aby udržovala raketu ve velmi vzpřímené poloze pomocí gyroskopu na letovém počítači, bez zařízení GPS. Aktivní stabilizace je legální, vedení nikoli!

Po tomto dlouhém úvodu jsem stále nevysvětlil, co podložka vlastně dělá a jaké jsou její vlastnosti! Odpalovací rampa není jednoduchá kolejnice, ale naopak velmi složitý systém naplněný mechanickými součástmi, elektronikou a pneumatikou. Cílem bylo, aby byl podobný skutečné odpalovací rampě, což vysvětluje mnoho funkcí. Podložka je vybavena pneumatickým pístem pro zatažení opěradla, 3D tištěnými svorkami a základními svorkami, bezdrátovou komunikací s ovladačem, spoustou RGB osvětlení (samozřejmě!), Ocelovým rámem, hliníkovou kontrolní deskou pokrývající základnu, bočnicemi z kartáčovaného hliníku, plamenový příkop a několik vlastních počítačů k ovládání všeho.

Brzy vydám video z YouTube o odpalovací rampě a spoustu dalších videí o věcech, které jsem vytvořil před prvním spuštěním asi za 2 měsíce. Další důležitou věcí, kterou je třeba poznamenat, že tento příspěvek Instructables bude méně návodů a více mého postupu a nějaké podněty k zamyšlení.

Zásoby

Protože žiji v Austrálii, moje části a odkazy se budou pravděpodobně lišit od vašich, doporučuji provést vlastní průzkum, abyste zjistili, co je pro váš projekt správné.

Základy:

Materiál pro stavbu rámu (dřevo, kov, akryl atd.)

Tlačítka a přepínače

PLA filament

Spousta šroubů M3

Elektronika

Můžete použít jakékoli nástroje, které máte, ale tady jsem použil hlavně:

Páječka

Vrtat

Zapalovač cigaret (pro smršťovací bužírky)

Pilová pila

Svářečka MIG

Kleště

Šroubováky

Multimetr (to mi zachránilo život!)

Krok 1: Začínáme

Co musí odpalovací rampa udělat? Jak to musí vypadat? Jak to mohu udělat? Jaký je rozpočet? To vše jsou velmi důležité otázky, které si musíte položit, než se pustíte do tohoto úkolu. Začněte tedy tím, že si pořídíte papír, nakreslíte skici a zapíšete si nápady. Hodně výzkumu vám také hodně pomůže, možná vám to jen dá ten zlatý nápad, díky kterému to bude mnohem lepší!

Jakmile si promyslíte vše, co chcete, rozdělte to na části, aby to nebylo tak zdrcující. Mých 6 hlavních sekcí bylo kovovýroba, základní svorky, pneumatika, software, elektronika a osvětlení. Tím, že jsem to rozdělil na sekce, jsem byl schopen dělat věci v pořadí a upřednostňovat to, co bylo třeba udělat co nejdříve.

Zajistěte, aby bylo vše velmi dobře naplánováno a vytvořte diagramy každého systému, abyste porozuměli tomu, jak vše bude fungovat. Jakmile víte, co je třeba udělat a jak to uděláte, je čas začít to budovat!

Krok 2: Práce s kovy

Rozhodl jsem se, že tato odpalovací rampa bude skvělou příležitostí, jak se trochu naučit o práci s kovem, takže jsem to udělal. Začal jsem návrhem ocelové konstrukce a zahrnutím všech rozměrů. Šel jsem na docela základní rám, i když jsem se rozhodl zkrátit konce na 45 stupňů všude tam, kde došlo k ohybu 90 stupňů, jen abych se trochu víc naučil a získal více zkušeností. Můj konečný návrh byl základní rám s opěradlem připevněným na závěsu. Pak by to mělo hliníkový kryt a lemovací pásy, aby to bylo trochu úhlednější. Zahrnoval by také příkop plamene vyrobený z ocelových trubek, které měly na konci nějaké 45stupňové řezy, takže plamen vychází pod mírným úhlem.

Začal jsem rozřezáním všech kusů rámu a následným svařením. Zajistil jsem, aby na vnější straně nebyly žádné svary, jinak by hliníkové desky neseděly v jedné rovině s rámem. Po spoustě upínání a magnetů se mi podařilo rám rovnou přivařit. Potom jsem všechny hliníkové desky nařezal na velikost pomocí velkých kovových nůžek a ořízl lemovací pásy několika cínovými nůžkami. Jakmile to bylo hotové, vše bylo přišroubováno na místo, což se ukázalo být těžší, než jsem očekával.

Ocelové a hliníkové lemování opěradla bylo poté natřeno černou barvou a opěradlo bylo instalováno na jeho závěs. Nakonec bylo pro píst vyrobeno několik jednoduchých ocelových držáků, které mu umožnily stáhnout opěrku a otočit se v bodě svého otáčení.

Krok 3: Základní svorky

Když byl hlavní rám hotový a podložka začala vypadat jako něco, rozhodl jsem se, že chci, aby to co nejdříve udrželo raketu. Základní svorky a horní svorky byly tedy na seznamu další.

Základnové svorky musely být schopné udržet raketu pod jejím tahem a poté ji v přesný čas uvolnit. Při tahu asi 4,5 kg by raketa zničila servomotory sg90, které jsou použity na základových svorkách. To znamenalo, že jsem musel vytvořit mechanický design, který by odvedl veškeré napětí ze serva a místo toho jej prošel konstrukční částí. Servo pak muselo být schopné snadno zatáhnout svorku, aby se raketa mohla zvednout. Rozhodl jsem se vzít inspiraci z zbytečné krabice pro tento design.

Také serva a mechanické části musely být zcela zakryty, aby nebyly v přímém kontaktu s výfukem raket, proto byly vyrobeny boční a horní kryty. Když se svorka zatáhla, horní kryt se musel posunout, aby se „krabice“zavřela, jednoduše jsem ji pomocí gumiček stáhl. I když k jeho natažení můžete použít i pružiny nebo jinou mechanickou část. Základní svorky pak musely být namontovány na odpalovací rampu na nastavitelnou kolejnici, aby jejich poloha mohla být doladěna, a potenciálně mohly držet další rakety. Přizpůsobivost byla důležitá pro základní svorky.

Základní svorky pro mě byly velmi náročné, protože nemám žádné zkušenosti s mechanickými součástmi a vše, co je potřeba, aby tolerance 0,1 mm fungovaly hladce. Trvalo mi 4 dny od chvíle, kdy jsem spustil kleště, až do doby, kdy jsem měl první plně funkční kleště, protože tam bylo hodně CAD a prototypování, aby mohly fungovat hladce. Tehdy to byl další týden 3D tisku, protože každá svorka má 8 dílů, které musí fungovat.

Později, když jsem měl nainstalovaný padový počítač, jsem si uvědomil, že jsem plánoval použít pouze jeden pin Arduino k ovládání čtyř serv. To nakonec nefungovalo a také jsem měl problémy s regulátorem napětí, takže jsem vyrobil „servo počítač“, který je pod odpalovací rampou a ovládá svorky. Regulátory pak byly namontovány na podložky z hliníkových desek, které měly být použity jako velký chladič. Servo počítač také zapíná a vypíná napájení serv pomocí MOSFETů, takže nejsou zapnuty pod neustálým napětím.

Krok 4: Horní svorky

Po týdnech práce na základních svorkách a související elektronice nastal čas vyrobit další svorky! Horní svorky jsou velmi jednoduchého designu, i když jsou velmi slabé a v budoucnu budou určitě upgradovány. Jsou to jen jednoduché držáky, které se přišroubují k opěře a drží servomotory. Na těchto servomotorech jsou namontována ramena, do kterých je servopohon vlepen epoxidem. Mezi těmito rameny a raketou je několik malých zakřivených kusů, které se otáčejí a tvarují do tvaru raket.

Tyto svorky mají kabely vedené skrz opěrku zad a do hlavního padového počítače, který je ovládá. Jedna věc, kterou je třeba dodat, je, že trvalo dlouho, než se doladily jejich otevřené a zavřené pozice v softwaru, protože jsem se snažil nezastavit serva, ale stále bezpečně držet raketu.

Abych navrhl svorky, nakreslil jsem 2D pohled na horní část rakety a opěradla s přesnými rozměry mezi nimi. Poté jsem byl schopen navrhnout ramena na správnou délku a serva na správnou šířku, aby držely raketu.

Krok 5: Osvětlení

Většina kroků odtud není ve skutečnosti v žádném pořadí, v podstatě jsem mohl dělat, co jsem ten den nebo týden cítil. Stále jsem se však soustředil pouze na jednu sekci najednou. Odpalovací rampa má 8 RGB LED diod, které jsou připojeny ke třem pinům Arduino, což znamená, že všechny mají stejnou barvu a nejsou jednotlivě adresovatelné. Napájení a ovládání těchto mnoha RGB LED bylo samo o sobě velkým úkolem, protože každá LED potřebuje svůj vlastní odpor. Dalším problémem bylo, že by odebírali příliš mnoho proudu, pokud by byli na jednom pinu Arduino na barvu, takže potřebovali externí zdroj napětí, regulovaný na správné napětí.

K tomu všemu jsem vytvořil další počítač s názvem „LED Board“. Je schopen napájet až 10 RGB LED, které mají vlastní odpory. K napájení všech jsem použil tranzistory, abych odebral energii z regulovaného napětí a zapnul barvy, jak jsem chtěl. To mi umožnilo použít stále jen tři piny Arduino, ale nevytáhnout příliš mnoho proudu, aby se deska smažila.

Všechny LED diody jsou ve vlastních 3D tištěných závorkách, které je drží na svém místě. Mají také kabely Dupont vyrobené na zakázku, které se zapojují do desky LED a jsou úhledně vedeny strukturou odpalovací rampy.

Krok 6: Penumatics

Vždy mě zajímala pneumatika i hydraulika, i když jsem nikdy úplně nepochopil, jak systémy fungují. Koupí levného pístu a levného kování jsem se mohl dozvědět, jak pneumatika funguje, a aplikovat je na svůj vlastní systém. Cílem bylo plynule stáhnout opěrku pomocí pneumatického pístu.

Systém by vyžadoval vzduchový kompresor, omezovače průtoku, vzduchovou nádrž, ventily, přetlakový ventil a řadu armatur. S nějakým chytrým designem a spoustou vlastních 3D tištěných závorek jsem to všechno sotva vešel do podložky.

Systém, který jsem navrhl, byl docela základní. Čerpadlo vzduchového kompresoru naplní vzduchovou nádrž a pro zobrazení tlaku se používá manometr (cíl 30 PSI). K nastavení tlaku v nádržích, bezpečnosti a vypouštění vzduchu, pokud se nepoužívá, by byl použit přetlakový ventil. Když je opěrka připravena zatáhnout, počítač by aktivoval elektromagnetický ventil, který by do pístu pustil vzduch a zatlačil jej zpět. Jako zpomalení tohoto zatahovacího pohybu by byly použity omezovače průtoku.

Vzduchová nádrž se v současné době nepoužívá, protože pro ni zatím nemám potřebné vybavení. Tank je jen starý malý hasicí přístroj a používá velmi jedinečnou velikost. A ano, je to činka o hmotnosti 2 kg, pokud by tam nebyla, podložka by se převrhla, když se opěrka zatáhne.

Krok 7: Elektronika

Nejdůležitější část, hlavní část a část s nekonečnými problémy. Všechno je ovládáno elektronicky, ale nějaký jednoduchý, ale hloupý design DPS a schematické chyby způsobily noční můry. Bezdrátový systém je stále nespolehlivý, některé vstupy jsou vadné, v linkách PWM je šum a řada funkcí, které jsem měl v plánu, nefunguje. V budoucnu předělám veškerou elektroniku, ale prozatím s tím budu žít, protože se těším na první spuštění. Když jste plně samouk 16letý bez kvalifikace a bez zkušeností, věci se určitě pokazí a selžou. Ale selhání je způsob, jakým se učíte, a v důsledku mých mnoha chyb jsem se mohl hodně naučit a prohloubit své dovednosti a znalosti. Očekával jsem, že elektronika bude trvat asi dva týdny, po 2,5 měsících stále sotva funguje, takhle jsem tuhle propadl.

Pryč od všech problémů si promluvme o tom, co funguje a co mělo/má dělat. Počítač byl původně navržen tak, aby sloužil mnoha účelům. Patří sem ovládání pomocí LED, ovládání servopohonem, ovládání ventilů, ovládání zapalování, bezdrátová komunikace, přepínání režimů s externími vstupy a možnost přepínat mezi napájením z baterie a externím napájením. Většina z toho nefunguje nebo je vadná, ačkoli budoucí verze Thrust PCB tuto situaci zlepší. Také jsem 3D vytiskl kryt pro počítač, abych zastavil přímý kontakt s výfukem.

V průběhu celého procesu bylo zapojeno obrovské množství pájení, protože jsem vyrobil dva hlavní počítače, servopočítač, dvě LED desky, spoustu kabelů a vlastní kabely Dupont. Všechno bylo také vhodně izolováno teplem smrštitelnými bužírkami a elektrickou páskou, i když to nezabránilo tomu, aby se šortky stále děly!

Krok 8: Software

Software! Část, o které mluvím pořád, ale v této fázi se zdráhám ji vydat. Veškerý software projektů bude nakonec vydán, ale zatím se ho držím.

Navrhl a vyrobil jsem velmi komplikovaný a zdlouhavý software, který jej perfektně propojí s ovladačem. Ačkoli problémy s bezdrátovým hardwarem mě donutily předělat software extrémně základní. Nyní se podložka zapne, nastaví a kleště drží raketu a čeká na jeden signál z ovladače, který jí řekne, aby zahájil odpočítávání. Poté automaticky projde odpočítáváním a spustí se bez přijímání a následných signálů. Díky tomu je tlačítko E-stop na ovladači k ničemu! Můžete jej stisknout, ale jakmile začne odpočítávání, nelze jej zastavit!

Je mou nejvyšší prioritou opravit bezdrátový systém hned po prvním spuštění. Ačkoli to bude trvat asi měsíc a půl práce (teoreticky) a stovky dolarů, proto to teď neopravuji. Je to téměř rok, co jsem projekt zahájil, a pokouším se dostat raketu na oblohu k ročnímu výročí (4. října) nebo dříve. To mě donutí startovat s částečně neúplnými pozemními systémy, i když první start je každopádně více zaměřen na výkon raket.

Tuto sekci budu v budoucnu aktualizovat, aby obsahovala finální software a úplné vysvětlení.

Krok 9: Testování

Testování, testování, testování. NIC, co vyrobím, nikdy nefunguje perfektně na první pokus, tak se učím! V této fázi začínáte vidět kouř, všechno přestane fungovat nebo se něco rozbije. Jde jen o to být trpělivý, najít problém a zjistit, jak jej vyřešit. Věci budou trvat déle, než očekáváte, a budou dražší, než jste si mysleli, ale pokud chcete postavit přehnanou raketu bez zkušeností, musíte to prostě přijmout.

Jakmile vše funguje perfektně a hladce (na rozdíl od mého), jste připraveni ho použít! V mém případě vypustím svou velmi přehnanou modelovou raketu, na které je celý projekt založen…

Krok 10: Spusťte

Každý, kdo si pamatuje můj poslední příspěvek Instructables, bude vědět, že v tomto bodě jsem vás zklamal. Raketa stále nevyjela, protože se jedná o obrovský projekt! Aktuálně mířím na 4. říjen, i když uvidíme, jestli ten termín dodržím. Do té doby mám spoustu dalších věcí, které musím udělat, a spoustu testů, což znamená, že v příštích dvou měsících bude na cestě více příspěvků Instructables a videí na YouTube!

Ale když čekáte na ty sladké úvodní záběry, proč nesledovat pokrok a zjistit, kde to všechno jsem:

YouTube:

Twitter (denní aktualizace):

Instagram:

Instructables pro řadič:

Můj riskantní web:

Samolepky:

V současné době pracuji na videu spouštěcí plochy, které bude na YouTube během několika týdnů (doufejme)!

Krok 11: O krok dál !?

Očividně mám před sebou ještě dlouhou cestu, dokud vše nebude fungovat tak, jak bych chtěl, i když už mám seznam budoucích nápadů, jak bych to mohl udělat lepší a přehnanější! Stejně jako některé důležité upgrady.

- Silnější horní svorky

- Tlumení zadní nápravy

- Kabelové zálohování (pro případy, kdy je bezdrátové připojení bolestivé)

- Možnost externího napájení

- Zobrazovací mód

- Spusťte umbilikální

- A samozřejmě opravit všechny aktuální problémy

Když už mluvíme o aktuálních problémech:

- Vadný bezdrátový systém

- Problémy s MOSFET

- PWM hluk

- Jednosměrné ovládání opěradla

Děkuji, že jste si přečetli můj příspěvek, doufám, že z něj získáte velkou inspiraci!