L.A.R.S. (Система за стартиране и възстановяване): 7 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:51

Общ преглед

Този проект е система за стартиране и възстановяване (LARS), съставена от различни модели и възли. Всички заедно те представляват система за възстановяване, подходяща за водна ракета на ниска височина. Ракетата се състои от няколко секции, изработени от 1,5 -литрови бутилки SmartWater.

Цялата система се състои от няколко елемента:

• Стартова подложка
• Основно тяло
• Система за възстановяване

Предназначение и драйвери

Вдъхновението за този проект (както и повечето от моите проекти) идва от моите племенници. Накратко, преди години (когато младите ми племенници не бяха толкова големи) те искаха да запалят фойерверки на Деня на независимостта. Обикновено не беше толкова лошо, но тази година беше различна: планирахме дълъг уикенд в каютата на баба и дядо, в Маккол, Айдахо. Ако никога не сте били в Айдахо, много е сухо. Ако никога не сте били в McCall, Айдахо: много е сухо и има МНОГО дървета, храсти, трева и други горива, идеални за горски пожари. Тъй като вече беше невероятно суха година и Мечката Смоуки държеше знака „ВИСОКА“опасност от пожар пред офиса на горската служба, потърсих алтернатива.

В същото време видях това като възможност да демонстрирам това, което се опитвам да впечатля върху младите, научни умове: ИЗСТАВИ. Мислете нестандартно и намерете решение на множество проблеми. В началото може да се открои като болен палец, но най -добрите идеи обикновено го правят.

Освен това, както се оказа, съм СУПЕР евтин. Не толкова за спестяване на пари, но просто виждам толкова много, че може да се направи с обикновени неща. През повечето време обикновени неща, предназначени за еднократна употреба.

Безопасност

Бих бил небрежен, ако не спомена първо това; Постоянно напомням на племенниците си „Преди всичко безопасността“. Това се вписва в общата цел, тъй като основното задвижване е вода и въздух. Очевидно това не представлява сериозна опасност от пожар.

Тъй като изградих повече секции от задвижващата система, това добави обем за по-силно сгъстен въздух (т.е. повече гориво). Разбира се, това е правопропорционално на максималната достигната височина. Продължавайки с тази логика още малко: да, това означаваше МНОГО ПО -ОПАСНА скорост при връщане на земята.

Осъзнаването на това колко опасно би могло да стане това стана очевидно след първото ни успешно стартиране на ранен прототип, използващ множество секции във фюзелажа. Разгледайте Rocket Boys в YouTube.

Разходи

Минимизирането на разходите за всяка конструкция е важно. В моя сценарий смятах, че е еднакво важно да се гарантира, че разходите за всяка употреба са минимални. Искам да кажа, хайде - кой иска да положи много работа за система за еднократна употреба?

Навсякъде, където е възможно, използвах боклуци: бутилки с вода, които щяха да отидат в боклука, стар калъф от армейския магазин за излишъци, счупен чадър на стол от местен магазин за спортни стоки, спукан маркуч за въздух от Harbour Freight и дори счупен, поп -напръскваща глава - по принцип обичам да уча децата, че няма такова нещо като боклук; това е продукт, който се нуждае от пренасочване.

Просто питам

В много случаи нещата, които искате да използвате, не са непременно „за продажба“и, ако са, може да не струват цената им. Оригиналният зелен чадър, който използвах за парашута, беше на счупен предмет от 28 долара в магазин. Занесох го на гишето и казах, че ще им дам тези 4 долара, които имах при себе си. Все пак им показах, че е счупен и обясних, че искам само материала за чадъра. Вола! моментално имахме парашут.

Многократна употреба

Почти невъзможно е да се говори за намаляване на разходите за материали, без да се има предвид и как дизайнът на продукта се поддава на повторна употреба. Ако не бихме могли лесно да използваме ракетата отново и отново, може и да запалим гората с ракети с бутилки и М-80.

Преносимост

След само 1 тестово изстрелване на първия ни прототип, осъзнах, че цялата ракетна система трябва да бъде възможно най -компактна. В същото време исках да го дам назаем на всеки, който иска да го пробва. Не исках да пиша куп подробни инструкции за сглобяване или да наема движещ се микробус за транспорт.

В крайна сметка използвах кутията, където съхранявах всички части като стартовата площадка. Няколко модификации направиха възможно да се прикрепят фитинги за въздушен компресор, маркуч и възвратен клапан, като същевременно се остави достатъчно място вътре за всички секции на ракетните системи за задвижване/възстановяване.

… разбира се, след последното стартиране, осъзнах, че цялата система може да бъде по -преносима, ха.

Консумативи

Стартова подложка

• 1 x Стар армейски излишен транспортен контейнер

  • Вярвам, че взехме това в The Reuseum - чудесно място да проверите дали сте в Бойс, Айдахо;)
  • Предупреждение за спойлер: те всъщност не складират този тип армейски контейнери, откакто са сменили местоположението си.
• 1 x маркуч за въздушен компресор (~ 15 '… или каквото и друго разстояние да се чувствате в безопасност)

• 1 x маркуч за въздушен компресор (~ 2 '… това просто влиза в кутията)

  • И двата предишни маркуча, аз построих от маркуч за 5 долара, който намерих при разпродажба на паркинг на Harbour Freight. Изглеждаше като експлодирал/разцепил гумената обвивка, където някой я оставил да се нагрее/да се стопи. Освен това, това беше чудесно за това, от което се нуждаехме
  • Ако нарязвате/свързвате нещо старо, можете да намерите страхотни, супер евтини части в Harbour Freight.

• 1 x Без обратен клапан - Ето един

  Има много опции там. Вземете нещо евтино

• 1 x 90º лакът - преминава от ¼ компресорна резба към резба на градински маркуч (нещо подобно)

  • Забравям откъде съм взел това, но като се има предвид, че това е супер умна (и супер прощаваща) публика, предполагам, че можете да разберете как да преминете от една нишка в друга след няколко минути в D&B или TSC.
  • Може би се комбинира с нещо подобно.

• 1 x мъжки адаптер с въртящ се въздушен компресор (използвахме повторно нещо подобно на този, от Harbor Freight)

  Това се използва за закрепване на късото парче маркуч от вътрешната страна на контейнера за излишък

• 1 x женски адаптер Gardena

Фюзелаж

• 12 x интелигентни бутилки за вода (1,5 литра)
• 4 x бутилки за вода Essentia (1,5 литра)
• 1 x Персонализирана дюза (напр. 3D отпечатана 2 -литрова резба за бутилка на мъжки конектор за маркуч Gardena)
• 1 x тръба от лепило Sikaflex (като този строителен уплътнител)

• 1 x Роля на тиксо (или лента)

  Използвах комбинация от бяла и черна тиксо върху секциите на фюзелажа. Мислех, че това придава на ракетата по-скоро вид от епохата на Аполон, ха

Система за възстановяване: неразпечатана

• 1 x изскачащ разпръсквач (използвахме този, от Lowe's)
• 1 х Стар чадър
• 1 х топка за пинг -понг
• 1 x Полска пролетна бутилка (или някаква друга бутилка, оформена по -скоро като носа на ракета - забравям точната марка на тази, която използвахме)
• 1 x вода за селтер с марка Kroeger (т.е. продава се и в магазини като QFC или Fred-Meyer)
• 1 x стълб за електрическа ограда от фибростъкло (имахме този, мисля, че беше от D&B Supply)

Система за възстановяване: Електрическа верига

• 1 x Arduino Pro Mini
• 1 x 24 -пинов DIP адаптер за гнездо (връзка)
• 1 x 5V регулатор на напрежението (връзка)
• 1 x пиезо зумер (връзка)
• 1 x 220Ω резистор (връзка)

• 1 x MPL3115A2 модул

  • Използваният тук вече не е наличен
  • Започнах да работя върху алтернатива, която регистрира данни и използва жироскоп заедно с барометъра - кодът в Github (виж lars) все още трябва да бъде приложим, ако имате алтернатива

• 1 x Превключвател за заключване с бутон

  Ако не сте забелязали, аз съм фен на Tayda за малки неща в малки количества за малка цена

Стъпка 1: Стартирайте Pad

Стартовата площадка е многофункционално оборудване. Изработен от стара кутия за оборудване, която открих в скандалния Reuseum на Boise, той изпълнява три функции:

1. Механизъм за зареждане с гориво (… поради липса на по -добър термин)
2. Съхранение на части от корпуса на ракетата
3. Стартова площадка

Зареждане/зареждане с гориво

Преди да говорите за зареждане на ракетата с гориво, важно е да отделите минута, за да помислите за основните научни принципи, които я подкрепят. От Уикипедия:

Водна ракета е вид модел ракета, използваща вода като реакционна маса. Водата се изтласква от газ под налягане, обикновено сгъстен въздух. Както всички ракетни двигатели, той работи на принципа на третия закон на Нютон за движение.

Разбивайки го малко, реакционната маса е просто нещо, което се използва срещу. Той се притиска към земята, а въздухът се притиска към водата. Въздухът също се притиска към бутилката. Действието е разширяващият се въздух, реакцията е обект с най -малка маса (т.е.

Налягането на ракетата трябва да бъде адитивен процес. Това изисква изтласкване на въздух в съда, без да се позволява изтичане на въздух или вода. Това се постига с помощта на малко устройство, наречено "възвратен клапан" (понякога наричан възвратен клапан).

Ракетата е прикрепена чрез съединител за маркуч Gardena на стартовата площадка. Дъното на ракетата има дюза с контур, съответстващ на съединителя за докосване Gardena. Моделирах дюза във Fusion 360, комбинираща профила на Gardena Tap Connector с резбите на бутилка от 1,5 L.

Маркучът, свързващ всичко това, е взет от маркуч за спукване на въздух. Намерих го на паркинг на Harbor Freight за няколко долара - изглеждаше, че някой го е върнал, защото се пръсна. Когато го видях, знаех, че трябва да се сглоби. Мислех, че това ще е подходящ момент да отрежем късо парче, което да се прикрепи за постоянно към стартовата площадка.

Бъдещи подобрения

Бих искал да купя или да отпечатам 3D допълнителни части. Бих искал точките за свързване на кутията да са разположени на едно ниво с останалата повърхност на кутията. С тези стърчащи нишки на градински маркуч и връзката на въздушния компресор е трудно да се съхранява, без да се повреди. Също така, той е склонен да се повреди при транспортиране до място за изстрелване.

Съхранение

При разглобяване секциите на корпуса на ракетата се вписват добре в кутията. Освен това ми остана достатъчно място, за да запазя и модула за възстановяване там. Държа тези части в отделна кутия в случай, че другите парчета се раздвижат и разбият 3D отпечатаните части.

Стартова подложка

Когато дойде време за изстрелване на ракетата, имаме нужда от нещо, което да ни помогне да подпираме ракетата. Също така е наложително да започне в правилната посока (т.е. първият закон на движението на Нютон). За да постигна това, използвах две парчета алуминиев канал, свързани с две 3D отпечатани парчета.

Долната 3D отпечатана скоба има място за ¼ шестостенна гайка. Използвах този размер, тъй като е стандарт за монтиране на приставки към статив за камера (ще говоря за това след секунда). След като шлифовах страничните страни на найлона шестостенна гайка, тя плътно приляга в скобата.

Брат ми е страхотен фотограф на открито и, както при всички експерти в своята област, разбива или надгражда оборудването си. Докато бях в дома му, забелязах статив в кошчето. Единственото нещо, което не е наред с него, беше вертикалното регулиране на височината. Освен това, това беше добър статив. Тогава не знаех за какво ще го използвам, но имаше много страхотни части.

Когато започнах да изграждам ракетата за изстрелване, стигнах до точка, в която имах нужда от нещо преносимо, за да задържа направляващите релси. BOO YA - пренасочете счупения статив. Той се настройва добре в няколко посоки, чудесно за неравности на земята на мястото за стартиране. Също така се опакова и побира добре в кутията за стартиране.

Също така проектирах и отпечатах 3D парче, което се вписва между релсите и се прикрепя към основния корпус на ракетата. Това конкретно парче държи ракетата близо до релсите и не й позволява да се преобърне. Прикрепих това към основното тяло с някаква 3M 414 Scotch® Extreme монтажна лента. Когато проектирах парчето, вдлъбнах две места, където отива лентата от пяна, така че парчето се намира на едно ниво с извитата пластмасова повърхност.

Бъдещи подобрения

Бих искал 3D отпечатване на някои съединители, които позволяват да се нарязват направляващите релси на по -малки сегменти. С по -малки сегменти мога да съхраня и релсите за изстрелване в кутията. Опитът да се транспортират релсите с дължина 8 фута - в джип, не по -малко - беше болка. Също така, след като всичко беше сглобено, пластмасовите парчета бяха склонни да се щракнат (което направиха) в колата.

Стъпка 2: Основно тяло

Основната структура на ракетата се състои от множество, еднакви компоненти. Компонентите се състоят от две 1,5 L бутилки SmartWater и една 1,5 L бутилка вода Essentia.

1. Изрежете дъното на 1,5 L бутилки SmartWater

   Не забравяйте да оставите малко от извитата част. Това е по -голяма повърхност за адхезията на Siaflex

2. Отрежете горната и долната част на 1,5 -литрова бутилка Essentia
3. Поставете дъното на една от нарязаните бутилки SmartWater вътре в нарязаната бутилка Essentia

   Опитайте се да подравните дъното на бутилката SmartWater с средната точка на бутилката Essentia

4. Поставете дъното на другата бутилка SmartWater в другия край на бутилката Essentia

   Натиснете бутилката SmartWater надолу, докато докосне другата бутилка SmartWater

Маркирайте бутилките

Маркирайте бутилките, за да ги подравните точно, ако трябва. (ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ЗА СПОЙЛЕР: ще трябва да го сглобите по -късно).

Използвайте метод, който работи най -добре за вас. Обичам да нарисувам няколко очевидни белези върху двете различни бутилки. Когато центърът е изпълнен със Sikaflex и не можете да видите къде се срещат двете в средата, това е по -полезно ръководство.

Лепене на бутилки

Обичам да покривам вътрешността на бутилката Essentia със слой Sikaflex. Това е страхотно лепило и също така позволява известно разширяване. Това е полезна характеристика, тъй като бутилките се разширяват при пълнене със сгъстен въздух. Също така полезно, когато се разбие на земята (… да, вероятно ще имате катастрофа в един момент) - бутилките са по -лесно да се огънат обратно във форма и да се използват повторно.

Свързване на разделите

След като всички раздели са залепени заедно, свържете ги с нещо, наречено "Tornado Tube". Това е най -голямата точка на провал.

Пластмасата на бутилките и пластмасата на тръбите с торнадо е доста твърда. Те не винаги се вписват перфектно и много въздух може да изтече, когато се напълни при висока PSI. Също така, когато използвате уплътнения за градински маркуч на местата за контакт, съществува риск от прекомерно затягане до степен, при която уплътнението е притиснато вътре в бутилката. Когато това се случи, това основно прави уплътнението безполезно, тъй като вече не уплътнява връзката между бутилката и тръбата с торнадо.

Планирам да създам свои собствени връзки с 3D печат с двойно екструдиране. Мисля, че може да има лесен начин за отпечатване на твърда външна част (за резбите) и гъвкаво уплътнение в средата (за смяна на уплътненията на маркуча). Ще публикувам тези планове, когато приключат.

Стъпка 3: Система за възстановяване: Схема

Парашутната логика много прилича на други сценарии в живота: разполагайте твърде рано и може да се случат лоши неща; не се разгръща изобщо, стават лоши неща.

Исках да се уверя, че парашутът не се разгръща, докато ракетата не започне да пада. Предвид компонентите, с които разполагах, избрах да използвам барометричен сензор за въздушно налягане, който осигурява точно измерване на надморската височина.

Цялата система се нуждае от защита от елементите. Проектирах полезния товар, за да побере схемите и сензорите. Не исках да разглобявам всичко всеки път, когато исках да активирам или нулирам системата, затова проектирах полезния товар с външен превключвател.

Когато системата е активирана, се прави първоначално измерване - това е нашето "ниво на земята". С увеличаването на височината на ракетата, новата й височина се запазва и се сравнява със следващото направено измерване. Когато запазената стойност е по -висока от новоизмерваната надморска височина, се приема, че ракетата пада.

Когато работите със системата за възстановяване на земята, възможно е парашутът да се разгърне случайно. Кодът всъщност не счита ракетата за "летяща", докато измерената височина не е поне 1 метър над първоначалното измерване на нивото на земята, направено при включване на системата.

След като се счита, че ракетата пада, парашутът се разгръща. Това става чрез активиране на приложеното серво достатъчно далеч, за да се освободи изскачащата спринклерна глава, прикрепена към 3D отпечатаните части. Разбира се, пружината в пръскачката изтласка парашута на чадъра, той пада на земята, всеки се смее с дупето си и така нататък и така нататък.

Веригата се състоеше от три основни части:

1. Arduino
2. Серво
3. Сензор за барометрично налягане

Arduino

Първоначално създадох персонализирана дъска с голи кости Arduino върху нея. Когато се опитах да го съживя за тази статия, той реши да спре да работи:

Използвах Arduino Pro Mini, но това е малко прекалено. Той също е много по -голям от предишната версия. По -големият размер изискваше редизайн на някои 3D отпечатани части - сигурен съм, че има някои разлики в частите от снимките, които съм публикувал (… извинете за несъответствието).

Публикувах кода в публично хранилище на Github. Платете LARS.

Серво

Резето се задейства от общо серво SG90. Сервото получава захранването си директно от регулатора на напрежението, а не чрез Arduino.

Сензор за барометрично налягане

Конкретният пробив, който използвах в този проект, беше нещо, което открих в Tindie (… но оттогава се пенсионира). Използва сензор MPL3115A2. Това осигурява на Arduino точно отчитане на текущата надморска височина.

Стъпка 4: Система за възстановяване: Корпус

Системата за възстановяване включва няколко прости продукта, които вероятно имате. Например, парашутът е направен от стар, счупен чадър и е разгърнат с компресирана пружина от изскачаща пръскачка. Не изпотявайте и малките неща - използвах кламер за свързване на серво клаксона към ключалката на спринклерната глава. Дори някои от суровините можете да намерите от произволни места, като екструдирането на алуминий, което намерих в кофата за добра воля.

В друг дизайн използвах някои стълбове за ограда от фибростъкло вместо алуминия, показан на снимките. Фибростъклото се намираше наоколо от някакво пътуване в страната (мисля, че) някой е взел, те са свикнали да създават импровизирана електрическа ограда за коне. Не е изключително важно за този дизайн, но искам да помислите за алтернативи.

Дизайнерски влияния и промени

Знаех, че един ден ще споделя този дизайн с приятели и семейство (… не, никога не съм мислил, че ще бъде на Instructables, ха). Също така предположих, че не всеки ще има една и съща марка вода за селтер в местния магазин. Въпреки че има място за много подобрения, промених дизайна си, за да позволя на бутилки с различни размери да се поберат на върха.

Най -добрият начин, по който можех да мисля, за да осигуря сигурно, но все пак подвижно прилягане, беше да използвам гъвкав материал. Въведете: NinjaFlex … моят почетен MakerDojo е силен с нинджа на моя страна.

С печат с двойно екструдиране бих могъл да създам парче с твърдо дъно и гъвкав връх. Гъвкавата част беше достатъчно разтеглива, за да се притисне в бутилката, и достатъчно силна, за да приложи натиска, необходим за поддържане на бутилката на място.

Стъпка 5: Система за възстановяване: Парашут

Това трябва да е една от любимите ми части от дизайна. Искам да кажа, хайде, колко пъти сте мислили да се носите из целия стил на Мери Попинз с чадър? Беше забавно най -накрая да видим как чадър действително функционира като парашут.

Намерих един чадър върху счупен продукт в DICK'S Sporting Goods - предложих им няколко долара и те го взеха. Намерих още един, докато се гмурках през кошовете в Goodwill. Разбира се, открих страхотен, стар чадър за голф при Втора употреба (в Сиатъл) след другите два. Чадърът за голф би бил невероятно огромен и би направил страхотен парашут.

Който и чадър да изберете, уверете се, че е здраво прикрепен към вашата ракета. Когато парашутът се разгърне, в зависимост от размера/теглото на вашата ракета, силата на отвора на парашута може да бъде значителна. В моя случай прикрепих парче гъвкав бънджи кабел, който имах (… мисля, че сестра ми го изхвърляше от някаква счупена багажна мрежа). С този бънджи шнур на място, той намалява напрежението върху пластмасовите части, когато парашутът е разгърнат.

Стъпка 6: Преглед на 3D отпечатани части

Преминете към…

1. Пълно сглобяване
2. Система за възстановяване Парашутно бутало Thingy
3. Ръководство за компресиране на системата за възстановяване
4. Система за възстановяване на полезен товар с резба отгоре
5. Полезен товар на системата за възстановяване
6. Адаптер за водна ракета към Gardena

Пълното събрание

Този модел по същество съдържа всички останали модели, но сглобен, както би бил в производството. Той включва и частите за многократна употреба, които не са отпечатани с 3D (само за справка).

Система за възстановяване Парашутно бутало Thingy

Обратно в началото ↑

Ръководство за компресиране на системата за възстановяване

Обратно в началото ↑

Система за възстановяване на полезен товар с резба отгоре

Обратно в началото ↑

Полезен товар на системата за възстановяване

Обратно в началото ↑

Адаптер за водна ракета към Gardena

Обратно в началото ↑

Стъпка 7: Завършете

Тук има много неща, които не споменах. Предполагам, че колкото повече писах, толкова повече осъзнавах, че съм забравил да документирам по пътя. Тази статия завърши по-скоро като кръстоска между изчерпателна „стъпка по стъпка“, но извиква всички променливи, за да можете да я изпробвате сами. За нас имахме толкова много различни дизайни и методи, които не се получиха, но представиха нови възможности за обучение както за мен, така и за племенниците ми. Това е страхотно, малко приключение, с което можете да тръгнете с учениците си и с всеки друг начинаещ, млад учен.

Като цяло, това е фантастично упражнение за повторно използване, творчество и технологии - чудесно за деца и още по -забавно за родителите.

Бъдете смели, мислете различно и както винаги оставете идеите си да се открояват.

Вицешампион в конкурса за повторна употреба