L.A.R.S. (Launch and Recovery System): 7 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:21

Přehled

Tento projekt je Launch And Recovery System (LARS) složený z různých modelů a sestav. Všechny dohromady představují systém obnovy vhodný pro vodní raketu s nízkou nadmořskou výškou. Raketa se skládá z několika sekcí vyrobených z 1,5litrových lahví SmartWater.

Celý systém se skládá z několika prvků:

• Panel
• Hlavní tělo
• Systém obnovy

Účel a ovladače

Inspirace pro tento projekt (jako většina mých projektů) pocházela od mých synovců. Dlouhý příběh krátký, před lety (když moji mladí synovci nebyli tak velcí) chtěli na Den nezávislosti odpálit nějaký ohňostroj. Normálně to nebylo tak špatné, ale ten rok byl jiný: plánovali jsme dlouhý víkend v kabině jejich prarodičů, v McCall, Idaho. Pokud jste nikdy nebyli v Idahu, je to velmi suché. Pokud jste nikdy nebyli v McCallu, Idaho: je velmi sucho a je zde HODNĚ stromů, keřů, trávy a dalších paliv, které jsou ideální pro lesní požáry. Protože už byl neuvěřitelně suchý rok a medvěd Smokey držel mimo kancelář lesní služby značku „VYSOKÉ“nebezpečí ohně, hledal jsem alternativu.

Současně jsem to viděl jako příležitost ukázat, co se snažím vtisknout mladým, vědeckým myslí: VYNIKAJTE. Přemýšlejte mimo rámec a vymyslete řešení více problémů. Zpočátku to může vyniknout jako bolavý palec, ale nejlepší nápady obvykle ano.

Také, jak se ukazuje, jsem SUPER levný. Ne tolik pro úsporu peněz, ale vidím tolik, co se dá dělat s obyčejnými věcmi. Většinu času běžné věci, které mají být na jedno použití.

Bezpečnost

Bylo by mi líto, kdybych to nezmínil jako první; Neustále připomínám svým synovcům „Nejprve bezpečí“. To zapadá do celkového cíle, protože primárním pohonem je voda a vzduch. Očividně to nepředstavuje žádné vážné nebezpečí požáru.

Jak jsem stavěl více sekcí pohonného systému, tento přidaný objem pro více vysoce stlačeného vzduchu (tj. Více hnacího plynu). To je samozřejmě přímo úměrné maximální dosažitelné výšce. Pokračování v této logice o kousek dál: ano, to znamenalo mnohem VÍCE NEBEZPEČNOU rychlost při návratu na Zemi.

Uvědomění si toho, jak nebezpečné to může být, se ukázalo poté, co jsme měli první úspěšný start raného prototypu s využitím několika sekcí v trupu. Podívejte se na Rocket Boys na YouTube.

Náklady

Minimalizace nákladů na jakékoli sestavení je důležitá. V mém scénáři jsem si myslel, že je stejně důležité zajistit, aby náklady na každé použití byly minimální. Myslím, no tak - kdo si chce dát spoustu práce pro systém jednorázového použití?

Všude, kde to bylo možné, jsem použil harampádí: lahve s vodou, které by šly do koše, staré pouzdro na letadlo z obchodu s armádními přebytky, rozbitý deštník z místního obchodu se sportovním zbožím, prasklou vzduchovou hadici od Harbour Freight a dokonce i rozbitý pop -up postřikovací hlava - v zásadě rád učím děti, že neexistuje nic jako odpadky; je to produkt, který potřebuje repasování.

Jen se ptám

V mnoha případech věci, které chcete použít, nemusí být nutně „na prodej“, a pokud ano, nemusí stát za jejich cenu. Původní zelený deštník, který jsem použil na padák, byl na rozbité položce 28 $ v obchodě. Vzal jsem to k pultu a řekl, že jim dám ty 4 dolary, které jsem měl u sebe. Ukázal jsem jim, že je to stejně rozbité, a vysvětlil jsem, že chci jen materiál deštníku. Voila! okamžitě jsme měli padák.

Opětovné použití

Je téměř nemožné hovořit o udržení nízkých nákladů na materiál, aniž bychom vzali v úvahu, jak se design produktu hodí k opětovnému použití. Pokud bychom nemohli snadno použít raketu znovu a znovu, možná bychom také zapálili les raketami z lahví a letouny M-80.

Přenosnost

Po jediném zkušebním spuštění našeho prvního prototypu jsem si uvědomil, že celý raketový systém musí být co nejkompaktnější. Zároveň jsem to chtěl půjčit každému, kdo to chce vyzkoušet. Nechtěl jsem psát hromadu podrobných montážních pokynů ani si pronajmout stěhovací dodávku na přepravu.

Nakonec jsem jako odpalovací rampu použil box, kde jsem uložil všechny díly. Několik úprav umožnilo připojit armatury vzduchového kompresoru, hadici a zpětný ventil a ponechat uvnitř dostatek prostoru pro všechny sekce systémů pohonu/obnovy rakety.

… Samozřejmě, po posledním spuštění jsem si uvědomil, že celý systém by mohl být přenosnější, ha.

Zásoby

Panel

• 1 x starý armádní přebytečný přepravní kontejner

  • Věřím, že jsme to vyzvedli v The Reuseum - skvělé místo, kde se můžete podívat, jestli jste v Boise, Idaho;)
  • Upozornění na spoiler: ve skutečnosti nemají tyto typy armádních kontejnerů skladem, protože změnily umístění.
• 1 x hadice vzduchového kompresoru (~ 15 '… nebo jakákoli vzdálenost, ve které se cítíte bezpečně)

• 1 x hadice vzduchového kompresoru (~ 2 '… to prostě jde do krabice)

  • Obě předchozí hadice jsem postavil z hadice za 5 $, kterou jsem našel na parkovišti Harbour Freight. Vypadalo to, že explodovala/rozdělila gumovou skořepinu, kde ji někdo nechal příliš horko/roztát. Kromě toho to bylo skvělé pro to, co jsme potřebovali
  • Pokud stříháte/spojujete něco starého, v Harbour Freight najdete skvělé, super levné díly.

• 1 x zpětný ventil - tady je jeden

  Mnoho možností. Pořiďte si něco levného

• 1 koleno 90 ° - jde od ¼ závitu kompresoru k závitu zahradní hadice (něco takového)

  • Zapomněl jsem, kde jsem to vzal, ale vzhledem k tomu, že se jedná o super chytré (a super odpouštějící) publikum, hádám, že po pár minutách v D&B nebo TSC můžete přijít na to, jak přejít z jednoho vlákna do druhého.
  • Možná zkombinovat s něčím takovým.

• 1 x adaptér se závitem, rotující vzduchový kompresor (znovu jsme použili něco takového, od Harbour Freight)

  To se používá k připevnění krátkého kusu hadice na vnitřní stranu přebytečného kontejneru

• 1 x adaptér Gardena Female

Trup

• 12 x inteligentních lahví na vodu (1,5 litru)
• 4 x láhve na vodu Essentia (1,5 litru)
• 1 x vlastní tryska (tj. 3D vytištěný 2litrový závit lahve na hadicovém konektoru Gardena)
• 1 x tuba lepidla Sikaflex (jako tento stavební tmel)

• 1 x Role of Duct Tape (nebo páskovací páska)

  Na části trupu jsem použil kombinaci bílé a černé lepicí pásky. Myslel jsem, že to raketě dodalo více vzhledu z doby Apolla, ha

Systém obnovy: netištěný

• 1 x Pop-up Sprinkler (použili jsme tento, od Lowe)
• 1 x Starý deštník
• 1 x Ping Pong míč
• 1 x Polská jarní láhev (nebo jiná láhev ve tvaru nosu rakety - zapomínám na přesnou značku té, kterou jsme použili)
• 1 x selzerová voda značky Kroeger (tj. Prodává se také v obchodech jako QFC nebo Fred-Meyer)
• 1 x Sklolaminátový elektrický plotový sloup (ten jsme měli, myslím, že byl od D&B Supply)

Systém obnovy: obvod

• 1 x Arduino Pro Mini
• 1 x 24kolíkový adaptér DIP Socket (odkaz)
• 1 x 5V regulátor napětí (odkaz)
• 1 x Piezo bzučák (odkaz)
• 1 x 220Ω odpor (odkaz)

• 1 x modul MPL3115A2

  • Ten, který je zde použit, již není k dispozici
  • Začal jsem pracovat na alternativě, která zaznamenává data a využívá gyroskop spolu s barometrem - kód na Github (viz lars) by měl být stále použitelný, pokud máte alternativu
• 1 x přepínač západky tlačítka

  Pokud jste si nevšimli, fandím Taydě pro malé věci v malém množství za malou cenu

Krok 1: Spouštěcí podložka

Startovací rampa je multifunkční zařízení. Vyrobeno ze starého boxu s vybavením, který jsem našel v Boiseově neslavném Reuseu, plní tři funkce:

1. Mechanismus tankování (… pro nedostatek lepšího výrazu)
2. Úložiště kusů rakety
3. Panel

Tankování/plnění

Než začnete mluvit o tankování rakety, je důležité si na minutu promyslet základní vědecké principy, které ji podporují. Z Wikipedie:

Vodní raketa je typ modelové rakety využívající jako reakční hmotu vodu. Voda je vytlačována stlačeným plynem, obvykle stlačeným vzduchem. Jako všechny raketové motory funguje na principu třetího Newtonova pohybového zákona.

Když to trochu rozložíme, reakční hmota je prostě něco, proti čemu se tlačí. Tlačí proti zemi a vzduch tlačí proti vodě. Vzduch také tlačí na láhev. Akce je rozpínající se vzduch, reakce je předmět s nejmenší hmotností (tj. Raketa na láhev) vytlačená ze startovací rampy.

Natlakování rakety musí být aditivní proces. Vyžaduje tlačení vzduchu do nádoby, aniž by vzduch nebo voda mohla unikat. Toho je dosaženo pomocí malého zařízení nazývaného „zpětný ventil“(někdy označovaný jako zpětný ventil).

Raketa je připevněna přes konektor Gardena Hose na odpalovací rampě. Ve spodní části rakety je tryska s obrysem odpovídajícím Gardena Tap Connector. Modeloval jsem trysku ve Fusion 360 kombinující profil Gardena Tap Connectoru se závity 1,5 L lahve.

Hadice spojující to všechno dohromady byla převzata z prasklé vzduchové hadice. Našel jsem to na parkovišti Harbour Freight za pár peněz - vypadalo to, že to někdo vrátil, protože to prasklo. Když jsem to viděl, věděl jsem, že to potřebuje spojit. Říkal jsem si, že teď by bylo vhodné odstřihnout krátký kousek, který by se trvale připevnil k odpalovací rampě.

Budoucí vylepšení

Chtěl bych buď koupit, nebo vytisknout několik dalších dílů. Chtěl bych, aby spojovací body na krabici seděly v jedné rovině se zbytkem povrchu krabice. S vyčnívajícími malými závity zahradní hadice a připojením vzduchového kompresoru je obtížné skladovat bez poškození. Také je náchylný k poškození při přepravě na místo startu.

Úložný prostor

Po rozebrání se části těla rakety do krabice pěkně vešly. Také mi zbylo dost místa na to, abych tam udržel i regenerační sestavu. Tyto části uchovávám v samostatné krabici pro případ, že by se ostatní kusy pohnuly a rozbily 3D tištěné části.

Panel

Když je čas vypustit raketu, potřebujeme něco, co by pomohlo podepřít raketu. Je také nutné, aby to začalo správným směrem (tj. Newtonův první pohybový zákon). Abych toho dosáhl, použil jsem dva kusy hliníkového ozdobného kanálu spojeného dvěma 3D tištěnými kusy.

Spodní 3D tištěný držák má prostor pro šestihrannou matici ¼ . Tuto velikost jsem použil, protože je to standard pro upevnění příslušenství ke stativu fotoaparátu (o tom budu mluvit za sekundu). Jakmile jsem obrousil boky nylonu šestihrannou maticí, těsně zapadl do držáku.

Můj bratr je skvělý outdoorový fotograf a jako u všech odborníků ve svém oboru rozbíjí nebo vylepšuje své vybavení. Když jsem byl v jeho domě, všiml jsem si stativu v koši. Jediné, co mu vadilo, bylo vertikální nastavení výšky. Kromě toho to byl dobrý stativ. V té době jsem nevěděl, k čemu ho použiji, ale měl spoustu skvělých dílů.

Když jsem začal stavět odpalovací rampu, dostal jsem se do bodu, kdy jsem potřeboval něco přenosného, abych udržel vodicí kolejnice. BOO YA - znovu použijte rozbitý stativ. Pěkně se nastavuje v několika směrech, což je skvělé pro nerovné povrchy v místě startu. Také se zabalí a dobře se vejde do startovacího boxu.

Také jsem navrhl a 3D vytiskl kus, který zapadá mezi kolejnice a připevňuje se k hlavnímu tělu rakety. Tento konkrétní kus drží raketu blízko kolejnic a nedovoluje jí převrhnout se. Připevnil jsem to k hlavnímu tělu nějakou extrémní montážní páskou 3M 414 Scotch®. Když jsem navrhoval kus, zapustil jsem dvě místa, kam jde pěnová páska, takže kus sedí v jedné rovině se zakřiveným plastovým povrchem.

Budoucí vylepšení

Chtěl bych 3D tisknout některé konektory, které umožňují řezat vodicí lišty na menší segmenty. S menšími segmenty mohu ukládat startovací lišty také do krabice. Pokoušet se přepravovat kolejnice v 8 stopových délkách - v džípu, ne méně - byla bolest. Také to, že to bylo všechno dohromady, způsobilo, že plastové kousky byly náchylné k prasknutí (což udělali) v autě.

Krok 2: Hlavní tělo

Hlavní struktura rakety se skládá z několika identických součástí. Součásti se skládají ze dvou 1,5 l lahví SmartWater a jedné 1,5 l láhve na vodu Essentia.

1. Z 1,5 l lahví SmartWater vyřízněte dno

   Nezapomeňte nechat trochu zakřivené části. To je větší plocha pro adhezi Siaflex

2. Odřízněte horní a spodní část z 1,5 l lahve Essentia
3. Vložte dno jedné z nařezaných lahví SmartWater dovnitř nařezané láhve Essentia

   Zkuste zarovnat dno lahve SmartWater se středem láhve Essentia

4. Vložte dno druhé lahve SmartWater na druhý konec lahve Essentia

   Zatlačte láhev SmartWater dolů, dokud se nedotkne druhé lahve SmartWater

Označte lahve

V případě potřeby označte lahve, abyste je přesně zarovnali. (SPOILER ALERT: budete jej muset později znovu sestavit).

Použijte metodu, která vám nejlépe vyhovuje. Rád nakreslím několik zřejmých značek přes dvě různé lahve. Když je střed naplněn Sikaflexem a vy nevidíte, kde se ti dva setkávají uprostřed, je to užitečnější průvodce.

Lepení lahví

Rád natřu vnitřek lahve Essentia vrstvou Sikaflexu. Je to skvělé lepidlo a také umožňuje určité rozšíření. To je výhodná vlastnost, protože lahve mají při plnění stlačeným vzduchem tendenci expandovat. Je to také výhodné, když se to zhroutí na zem (… ano, v určitém okamžiku pravděpodobně narazíte) - lahve se snáze ohnou zpět do tvaru a znovu použijí.

Propojení sekcí

Jakmile budete mít všechny části slepené, spojte je něčím, co se nazývá „Tornádová trubka“. TOTO JE NEJVĚTŠÍ BOD ZÁVADY.

Plast lahví a plast trubek tornáda je docela tuhý. Ne vždy do sebe dokonale zapadají a při plnění při vysokém PSI může unikat spousta vzduchu. Také při použití těsnění zahradních hadic v kontaktních bodech existuje riziko přílišného utažení do bodu, kdy je těsnění tlačeno dovnitř láhve. Když k tomu dojde, v podstatě to těsnění učiní zbytečným, protože již netěsní spojení mezi lahví a trubkou tornáda.

Mám v plánu vytvořit vlastní spojení pomocí 3D tisku s dvojitým vytlačováním. Myslím, že by mohl být snadný způsob tisku tuhého exteriéru (na závity) a pružného těsnění uprostřed (na výměnu těsnění hadic). Po dokončení zveřejním tyto plány.

Krok 3: Systém obnovy: obvod

Padáková logika se hodně podobá jiným životním scénářům: nasaďte příliš brzy a mohou se stát špatné věci; vůbec nenasazovat, stávají se špatné věci.

Chtěl jsem se ujistit, že se padák nerozepne, dokud raketa nezačne padat. Vzhledem k komponentám, které jsem měl k dispozici, jsem se rozhodl použít barometrický snímač tlaku vzduchu, který poskytuje přesné měření nadmořské výšky.

Celý systém potřebuje ochranu před živly. Užitečné zatížení jsem navrhl tak, aby vyhovovalo obvodům a senzorům. Nechtěl jsem to celé rozebírat pokaždé, když jsem chtěl aktivovat nebo resetovat systém, a tak jsem navrhl užitečné zatížení pomocí externího přepínače.

Když je systém aktivován, provede se počáteční měření - toto je naše „úroveň země“. Jak se výška rakety zvyšuje, její nová výška se ukládá a porovnává s dalším provedeným měřením. Když je uložená hodnota vyšší než nově naměřená výška, předpokládá se, že raketa padá.

Při práci se systémem obnovy na zemi je možné, že se padák náhodně nasadí. Kód ve skutečnosti nepovažuje raketu za „létající“, dokud není naměřená výška alespoň 1 metr nad počátečním měřením úrovně země provedeným při zapnutí systému.

Jakmile je raketa považována za padající, padák se nasadí. To se provádí aktivací připojeného serva natolik, aby se uvolnila vyskakovací hlavice zavěšená na 3D tištěných částech. Samozřejmě, že pružina v postřikovači vysunula deštník, padá na zem, každý se směje od zadku a tak dále a tak dále.

Obvod se skládal ze tří hlavních částí:

1. Arduino
2. Servo
3. Senzor barometrického tlaku

Arduino

Původně jsem vytvořil vlastní desku a na ní Arduino s holými kostmi. Když jsem se ho pokusil oživit pro tento článek, rozhodl se přestat fungovat:

Použil jsem Arduino Pro Mini, ale je to trochu přehnané. Je také mnohem větší než předchozí verze. Větší velikost vyžadovala přepracování některých 3D tištěných dílů - jsem si jistý, že v částech jsou určité rozdíly oproti fotografiím, které jsem zaslal (… omlouvám se za nekonzistenci).

Kód jsem zveřejnil ve veřejném úložišti na Githubu. Pokladna LARS.

Servo

Západka je ovládána běžným servem SG90. Servo získává energii přímo z regulátoru napětí, nikoli prostřednictvím Arduina.

Senzor barometrického tlaku

Konkrétní útěk, který jsem v tomto projektu použil, bylo něco, co jsem našel na Tindie (… ale od té doby byl v důchodu). Používá snímač MPL3115A2. To poskytuje Arduinu přesný odečet aktuální nadmořské výšky.

Krok 4: Recovery System: Příloha

Systém obnovy obsahuje několik jednoduchých produktů, které pravděpodobně používáte. Například padák je vyroben ze starého zlomeného deštníku a je spuštěn stlačenou pružinou z vyskakovacího postřikovače. Nepotíte ani ty malé věci - použil jsem kancelářskou sponku k připojení servo rohu k západce hlavy postřikovače. Dokonce i některé suroviny můžete najít z náhodných míst, jako je vytlačování hliníku, které jsem našel v koši Goodwill.

V jiném designu jsem místo hliníku zobrazeného na obrázcích použil nějaké plotové sloupky ze skleněných vláken. Sklolaminát ležel kolem z nějakého výletu (myslím), který někdo vzal, oni jsou zvyklí na vytvoření improvizovaného elektrického plotu pro koně. Není to pro tento design příliš důležité, ale chcete, abyste přemýšleli o alternativách.

Vlivy a změny designu

Věděl jsem, že jednoho dne budu tento design sdílet s přáteli a rodinou (… ne, nikdy jsem si nemyslel, že to bude na Instructables, ha). Také jsem předpokládal, že ne každý bude mít ve svém místním obchodě k dispozici stejnou značku selzerové vody. I když je zde prostor pro mnoho vylepšení, upravil jsem svůj design tak, aby umožňoval umístění lahví různých velikostí na vrchol.

Nejlepší způsob, jak si zajistit bezpečné a přesto odnímatelné uchycení, bylo použít pružný materiál. Zadejte: NinjaFlex … můj ctihodný MakerDojo je silný a má ninja na mé straně.

S potiskem s dvojitým vytlačováním bych mohl vytvořit kus s pevným dnem a pružným vrcholem. Ohebná část byla dostatečně pružná, aby se mohla zmáčknout uvnitř láhve, a dostatečně silná, aby vyvinula tlak potřebný k udržení láhve na místě.

Krok 5: Recovery System: Padák

To musí být jedna z mých oblíbených částí designu. Chci říct, no tak, kolikrát vás napadlo vznášet se po celém stylu Mary Poppins s deštníkem? Bylo zábavné vidět, jak deštník skutečně funguje jako padák.

Našel jsem jeden deštník na rozbitém produktu v DICK'S Sporting Goods - nabídl jsem jim pár babek a oni to vzali. Při potápění v koších v Goodwillu jsem našel další. Po těch dvou dalších jsem samozřejmě na Second Use (v Seattlu) našel úžasný, starý golfový deštník. Golfový deštník by byl úžasně obrovský a udělal by skvělý padák.

Ať už si vyberete jakýkoli deštník, ujistěte se, že je bezpečně připevněn k vaší raketě. Když se padák rozletí, v závislosti na velikosti/hmotnosti vaší rakety může být síla otevření padáku značná. V mém případě jsem připojil kus pružného bungee kabelu, který jsem měl (… myslím, že ho moje sestra vyhazovala z nějaké rozbité věci do nákladního kufru). S touto bungee šňůrou na místě snižuje množství napětí na plastových částech při rozvinutí padáku.

Krok 6: Přehled 3D tištěných dílů

Skočit do…

1. Kompletní montáž
2. Obnova systému Padák Plunžr Thingy
3. Průvodce kompresí systému obnovy
4. Nosný systém se závitem nahoře v systému obnovy
5. Nosnost systému obnovy
6. Adaptér vodní rakety na Gardenu

Úplné shromáždění

Tento model v podstatě obsahuje všechny ostatní modely, ale sestavený tak, jak by byl ve výrobě. Obsahuje také opakovaně použitelné části, které nejsou vytištěny 3D (pouze pro informaci).

Obnova systému Padák Plunžr Thingy

Zpět nahoru ↑

Průvodce kompresí systému obnovy

Zpět nahoru ↑

Nosný systém se závitem nahoře v systému obnovy

Zpět nahoru ↑

Nosnost systému obnovy

Zpět nahoru ↑

Adaptér vodní rakety na Gardenu

Zpět nahoru ↑

Krok 7: Zabalte

Je tu toho hodně, co jsem nezmínil. Předpokládám, že čím více jsem psal, tím více jsem si uvědomoval, že jsem po cestě zapomněl dokumentovat. Tento článek skončil spíše jako kříženec komplexního „krok za krokem“, ale vyvolal všechny proměnné, abyste si to mohli vyzkoušet sami. Pro nás jsme měli tolik různých návrhů a metod, které nevyšly, ale představovaly nové možnosti učení pro mě i mé synovce. Je to velké, malé dobrodružství, se kterým se můžete vydat se svými studenty a jakýmkoli dalším začínajícím mladým vědcem.

Celkově je to fantastické cvičení v opětovném použití, kreativitě a technologii - skvělé pro děti a ještě zábavnější pro rodiče.

Buďte odvážní, přemýšlejte jinak a jako vždy nechte vyniknout své nápady.

Vítěz soutěže o opětovné použití