L.A.R.S. (Sistem za pokretanje i oporavak): 7 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:05

Pregled

Ovaj projekt je sistem za pokretanje i oporavak (LARS) sastavljen od različitih modela i sklopova. Svi zajedno predstavljaju sistem za oporavak pogodan za vodene rakete na maloj nadmorskoj visini. Raketa se sastoji od nekoliko odjeljaka, izrađenih od 1,5 -litarskih boca SmartWater.

Čitav sistem se sastoji od nekoliko elemenata:

• Launch Pad
• Glavni dio
• Sistem za oporavak

Svrha i upravljački programi

Inspiracija za ovaj projekat (kao i većina mojih projekata) potekla je od mojih nećaka. Ukratko, prije mnogo godina (kada moji mladi nećaci nisu bili tako veliki) htjeli su upaliti vatromet na Dan nezavisnosti. Uobičajeno, nije tako loše, ali ta je godina bila drugačija: planirali smo produženi vikend u kabini njihove bake i djeda, u McCall -u, Idaho. Ako nikada niste bili u Idahu, jako je suho. Ako nikada niste bili u McCall -u, Idaho: vrlo je suho i ima puno drveća, grmlja, trave i drugih goriva savršenih za šumske požare. Budući da je već bila nevjerojatno sušna godina i da je Medvjed Smokey držao znak "VEĆA" opasnost od požara ispred ureda šumske službe, potražio sam alternativu.

Istovremeno, vidio sam to kao priliku da demonstriram ono što pokušavam zadiviti na mladim, naučnim umovima: STANI. Razmišljajte izvan okvira i pronađite rješenje za više problema. U početku se može istaknuti kao bolni palac, ali najčešće najbolje ideje.

Takođe, pokazalo se da sam SUPER jeftin. Ne toliko radi uštede novca, ali samo vidim toliko toga što se može učiniti običnim stvarima. Uglavnom su to obične stvari za jednokratnu upotrebu.

Sigurnost

Bio bih nemaran da ovo prvo nisam spomenuo; Stalno podsjećam svoje nećake "Sigurnost na prvom mjestu". Ovo se uklapa u opći cilj budući da je primarni pogon voda i zrak. Očigledno, ovo ne predstavlja ozbiljnu opasnost od požara.

Kako sam izgradio više dijelova pogonskog sistema, to je dodalo volumen za visoko komprimirani zrak (tj. Više pogonskog goriva). Naravno, ovo je direktno proporcionalno maksimalnoj dostižnoj visini. Nastavljajući s ovom logikom još malo: da, to je značilo MNOGO OPASNIJE brzine pri povratku na zemlju.

Shvaćanje koliko bi to moglo biti opasno postalo je očito nakon što smo imali prvo uspješno lansiranje ranog prototipa, koristeći više odjeljaka u trupu. Pogledajte Rocket Boys, na YouTubeu.

Cost

Minimiziranje troškova bilo koje gradnje važno je. U mom scenariju, smatrao sam da je jednako važno osigurati da troškovi svake upotrebe budu minimalni. Mislim, hajde - ko želi uložiti gomilu posla u sistem jednokratne upotrebe?

Kad god je to bilo moguće, koristio sam smeće: boce vode koje bi išle u smeće, staru vitrinu iz vojne prodavnice viškova, polomljen kišobran sa stolice iz lokalne trgovine sportske robe, puklo crijevo za zrak iz Harbour Freight -a, pa čak i polomljeno, pop - gornja glava prskalice - u osnovi, volim djecu učiti da ne postoji smeće; to je proizvod koji treba prenamijeniti.

Samo pitaj

U mnogim slučajevima stvari koje želite koristiti nisu nužno "na prodaju", a ako jesu, možda ne vrijede njihove cijene. Originalni zeleni kišobran koji sam koristio za padobran bio je na polomljenom predmetu od 28 dolara u trgovini. Odnio sam ga do šaltera i rekao da ću im dati 4 dolara koje imam kod sebe. Ionako sam im pokazao da je pokvaren i objasnio da želim samo materijal za kišobran. Voila! odmah smo dobili padobran.

Ponovna upotreba

Gotovo je nemoguće govoriti o smanjenju troškova materijala bez razmatranja o tome kako se dizajn proizvoda može ponovno koristiti. Ako raketu ne bismo mogli koristiti iznova i iznova, mogli bismo i zapaliti šumu raketama iz boca i M-80.

Prenosivost

Nakon samo jednog probnog lansiranja našeg prvog prototipa, shvatio sam da cijeli raketni sistem mora biti što kompaktniji. U isto vrijeme, htio sam ga posuditi svima koji su to htjeli isprobati. Nisam želio napisati gomilu detaljnih uputstava za montažu ili iznajmiti kombi za selidbe za transport.

Na kraju sam koristio kutiju u koju sam pohranio sve dijelove kao lansirnu rampu. Nekoliko izmjena omogućilo je pričvršćivanje armature kompresora zraka, crijeva i nepovratnog ventila, ostavljajući unutra dovoljno prostora za sve sekcije raketnih pogonskih sistema/sistema za oporavak.

… naravno, nakon posljednjeg lansiranja, shvatio sam da bi cijeli sistem mogao biti prenosiviji, ha.

Supplies

Launch Pad

• 1 x Stari vojni kontejner sa viškom za otpremu

  • Vjerujem da smo ovo pokupili u Reuseumu - izvrsnom mjestu za provjeru jeste li u Boiseu, Idaho;)
  • Upozorenje o spojlerima: oni zapravo ne skladište ove vrste vojnih kontejnera otkad su promijenili lokaciju.
• 1 x crijevo kompresora zraka (~ 15 '… ili bilo koju udaljenost na kojoj se osjećate sigurnima)

• 1 x crijevo kompresora zraka (~ 2 '… ovo samo ulazi u kutiju)

  • Oba prethodna crijeva, sagradio sam od crijeva od 5 dolara koje sam našao na rasprodaji parkirališta Harbour Freight. Izgledalo je kao da je eksplodiralo/rascijepilo gumenu školjku gdje je neko pustio da se previše zagrije/otopi. Osim toga, bilo je odlično za ono što nam je trebalo
  • Ako režete/spajate nešto staro, u Harbour Freight-u možete pronaći sjajne, super-jeftine dijelove.

• 1 x Bez povratnog ventila - Evo jedan

  Postoji mnogo opcija. Uzmi nešto jeftino

• 1 x 90 ° koljeno - ide od navoja kompresora ¼ do navoja vrtnog crijeva (ovako nešto)

  • Zaboravio sam odakle mi ovo, ali s obzirom na to da je ovo super pametna (i super oprašta) publika, pretpostavljam da možete shvatiti kako preći s jedne niti na drugu nakon nekoliko minuta u D&B-u ili TSC-u.
  • Možda kombinovati sa nečim ovakvim.

• 1 x Muški adapter rotirajućeg kompresora zraka s navojem (ponovno smo koristili nešto poput ovog, iz Harbour Freight -a)

  Ovo se koristi za pričvršćivanje kratkog komada crijeva na unutrašnjost spremnika za višak

• 1 x ženski adapter Gardena

Fuselage

• 12 x pametnih boca za vodu (1,5 litara)
• 4 x Essentia flaše za vodu (1,5 litara)
• 1 x prilagođena mlaznica (tj. 3D štampani navoj boce od 2 litre na muškom priključku za crijevo Gardena)
• 1 x Tuba Sikaflex ljepila (poput ovog građevinskog brtvila)

• 1 x Uloga ljepljive trake (ili trake za vezivanje)

  Koristio sam kombinaciju bijele i crne ljepljive trake na dijelovima trupa. Mislio sam da raketi daje više izgled iz doba Apolona, ha

Sistem za oporavak: nije štampan

• 1 x Pop-up Sprinkler (koristili smo ovaj iz Lowe-a)
• 1 x Stari kišobran
• 1 x lopta za stolni tenis
• 1 x Poljska boca sa proljećem (ili neka druga boca u obliku nosa rakete - zaboravljam tačnu marku one koju smo koristili)
• 1 x voda za seltzer marke Kroeger (tj. Također se prodaje u trgovinama poput QFC-a ili Fred-Meyera)
• 1 x električni stub za ogradu od stakloplastike (imali smo ovaj, mislim da je iz D&B Supply)

Sistem za oporavak: Krug

• 1 x Arduino Pro Mini
• 1 x 24 -pin DIP adapter za utičnicu (veza)
• 1 x 5V regulator napona (veza)
• 1 x Piezo zujalica (veza)
• 1 x 220Ω otpornik (veza)

• 1 x MPL3115A2 modul

  • Ona koja se ovdje koristi više nije dostupna
  • Počeo sam raditi na alternativi koja bilježi podatke i koristi žiroskop zajedno s barometrom - kôd na Githubu (vidi lars) bi i dalje trebao biti primjenjiv ako imate alternativu

• 1 x Prekidač za zaključavanje tipki

  Ako niste primijetili, ljubitelj sam Tayde za male stvari u malim količinama po niskoj cijeni

Korak 1: Launch Pad

Lansirna rampa je višenamjenski dio opreme. Napravljen od stare kutije za opremu koju sam pronašao u zloglasnom Boiseovom Reuseumu, služi tri funkcije:

1. Mehanizam za gorivo (… zbog nedostatka boljeg izraza)
2. Skladište za delove tela rakete
3. Launch pad

Punjenje/punjenje

Prije nego govorite o punjenju rakete, važno je odvojiti minutu za razmišljanje o osnovnim naučnim principima koji je podržavaju. Iz Wikipedije:

Raketa s vodom je tip modela rakete koja koristi vodu kao svoju reakcijsku masu. Voda se istiskuje gasom pod pritiskom, obično komprimovanim vazduhom. Kao i svi raketni motori, radi na principu Newtonovog trećeg zakona kretanja.

Ako ga malo razbijemo, reakcijska masa je jednostavno nešto protiv čega se treba gurati. Gura se o tlo, a zrak o vodu. Vazduh takođe pritiska i bocu. Djelovanje je širenje zraka, reakcija je objekt s najmanjom masom (tj. Raketa boce) prisiljen udaljiti se od lansirne rampe.

Pritisak na raketu mora biti aditivan proces. Zahtijeva ubacivanje zraka u posudu bez dopuštanja izlaska zraka ili vode. To se postiže pomoću malog uređaja koji se naziva "nepovratni ventil" (ponekad se naziva i povratni ventil).

Raketa je pričvršćena preko Gardena priključka za crijevo na lansirnoj rampi. Dno rakete ima mlaznicu sa konturom koja odgovara Gardena priključku za slavinu. Modelirao sam mlaznicu u Fusion 360 kombinirajući profil Gardena Tap Connector -a s navojima boce od 1,5 L.

Crijevo koje je sve spojilo uzeto je iz ispuhanog crijeva za zrak. Našao sam ga na rasprodaji parkirališta Harbour Freight za par dolara - izgledalo je kao da ga je netko vratio jer se otvorio. Kad sam to vidio, znao sam da ga treba spojiti. Mislio sam da bi ovo bilo dobro vrijeme za rezanje kratkog komada za trajno pričvršćivanje na lansirnu rampu.

Buduća poboljšanja

Htio bih kupiti ili 3D ispisati nekoliko dodatnih dijelova. Želio bih da spojne točke na kutiji budu u ravnini s ostatkom površine kutije. S tim malim nitima vrtnih crijeva i priključkom kompresora za zrak koji vire, teško ih je skladištiti bez oštećenja. Također, sklon je oštećenju pri transportu do lansirne lokacije.

Skladištenje

Kada se rastavi, dijelovi tijela rakete lijepo pristaju u kutiju. Također, ostalo mi je dovoljno mjesta da i tamo zadržim sklop za oporavak. Držim te dijelove u zasebnoj kutiji u slučaju da se drugi komadi pomaknu i razbiju 3D štampane dijelove.

Launch Pad

Kad dođe vrijeme za lansiranje rakete, potrebno nam je nešto što će joj pomoći da podigne raketu. Također, imperativ je da krene u pravom smjeru (tj. Newtonov prvi zakon kretanja). Da bih to postigao, upotrijebio sam dva komada aluminijumskog kanala koji su povezani sa dva 3D štampana komada.

Donji 3D štampani držač ima mjesta za x šesterokutnu maticu. Koristio sam ovu veličinu jer je standard za postavljanje dodataka na stativ kamere (o tome ću govoriti u sekundi). Jednom sam obrusio stranice najlona šesterokutna matica, dobro se uklapa u držač.

Moj brat je odličan fotograf na otvorenom i, kao i svi stručnjaci u svom području, razbija ili nadograđuje svoju opremu. Dok sam bio u njegovoj kući, primijetio sam stativ u smeću. Jedina pogreška s njim bilo je vertikalno podešavanje visine. Osim toga, bio je to dobar stativ. Tada nisam znao za šta ću ga koristiti, ali imao je puno sjajnih dijelova.

Kad sam počeo graditi raketnu lansirnu rampu, došao sam do točke u kojoj mi je trebalo nešto prijenosno za držanje vodilica. BOO YA - prepravite slomljeni stativ. Lijepo se prilagođava u nekoliko smjerova, odlično za neravna tla na mjestu lansiranja. Takođe se pakuje i dobro uklapa u kutiju za pokretanje.

Takođe sam dizajnirao i 3D štampao komad koji staje između šina i pričvršćuje se na glavno tijelo rakete. Ovaj komad drži raketu blizu šina i ne dopušta joj prevrtanje. Ovo sam pričvrstio na glavno tijelo pomoću neke 3M 414 Scotch® Extreme montažne trake. Kad sam dizajnirao komad, udubio sam dva mjesta na kojima se nalazi pjenasta traka, tako da komad leži u ravnini sa zakrivljenom plastičnom površinom.

Buduća poboljšanja

Htio bih 3D ispisati neke konektore koji omogućuju rezanje vodilica na manje segmente. S manjim segmentima mogu spremiti i lansirne tračnice u kutiju. Pokušaj transporta šina u dužini od 8 stopa - ni u džipu - bio je bol. Takođe, sastavljanjem svega toga plastični komadi su skloni pucanju (što su i učinili) u automobilu.

Korak 2: Glavno tijelo

Glavna struktura rakete sastoji se od više, identičnih komponenti. Komponente se sastoje od dvije boce od 1,5 L SmartWater i jedne boce od vode od 1,5 L Essentia.

1. Izrežite dno boca od 1,5 L SmartWater

   Ostavite malo zakrivljenog dijela. Ovo je veća površina za Siaflex adheziju

2. Odrežite gornji i donji dio boce od 1,5 L Essentia
3. Umetnite dno jedne od izrezanih boca SmartWater u izrezanu bocu Essentia

   Pokušajte poravnati dno boce SmartWater sa središnjom točkom bočice Essentia

4. Umetnite dno druge boce SmartWater u drugi kraj boce Essentia

   Gurnite bočicu SmartWater prema dolje dok ne dodirne drugu bocu SmartWater

Označite boce

Označite boce kako biste ih točno poravnali ako morate. (SPOILER ALERT: morat ćete ga sastaviti kasnije).

Koristite metodu koja vam najbolje odgovara. Volim nacrtati nekoliko, očiglednih oznaka na dvije različite boce. Kada je centar ispunjen Sikaflex -om i ne možete vidjeti gdje se to dvoje spaja u sredini, to je korisniji vodič.

Lepljenje flaša

Volim premazati unutrašnjost Essentia boce slojem Sikaflex -a. Odlično je ljepilo i također dopušta neko proširenje. Ovo je korisna značajka jer se boce šire kad se pune komprimiranim zrakom. Također korisno kada se sruši na tlo (… da, vjerovatno ćete u jednom trenutku imati sudar) - boce se lakše savijaju u oblik i ponovo koriste.

Povezivanje odjeljaka

Nakon što sve dijelove zalijepite zajedno, povežite ih s nečim što se naziva "Tornado cijev". Ovo je najveća tačka greške.

Plastika boca i plastika tornado cijevi prilično su krute. Ne uklapaju se uvijek savršeno zajedno i puno zraka može iscuriti pri punjenju pri visokom PSI -u. Također, kada koristite brtve za vrtno crijevo na kontaktnim mjestima, postoji opasnost od prejakog zatezanja do točke u kojoj je brtva prisiljena unutar boce. Kada se to dogodi, u osnovi čini brtvu beskorisnom jer više ne brtvi vezu između boce i tornado cijevi.

Planiram stvoriti vlastite veze s 3D ispisom s dvostrukim ekstruziranjem. Mislim da bi mogao postojati jednostavan način za ispis krute vanjske strane (za navoje) i fleksibilne brtve u sredini (za zamjenu brtvi crijeva). Objavit ću te planove kad budu završeni.

Korak 3: Sistem za oporavak: Krug

Logika padobrana vrlo je slična drugim životnim scenarijima: rasporedite se prerano i mogu se dogoditi loše stvari; uopće se ne primjenjuju, događaju se loše stvari.

Htio sam biti siguran da se padobran neće aktivirati dok raketa ne počne padati. S obzirom na komponente koje sam imao na raspolaganju, odlučio sam se za korištenje barometrijskog senzora tlaka zraka koji omogućuje precizno mjerenje nadmorske visine.

Cijelom sistemu je potrebna zaštita od elemenata. Dizajnirao sam korisni teret za smještaj sklopova i senzora. Nisam htio cijelu stvar rastaviti svaki put kad sam htio aktivirati ili resetirati sistem, pa sam korisni teret dizajnirao s vanjskim prekidačem.

Kada je sistem omogućen, vrši se početno mjerenje - ovo je naša "razina tla". Kako se visina rakete povećava, njena nova visina se sprema i uspoređuje sa sljedećim mjerenjem. Kada je sačuvana vrijednost veća od novo izmjerene visine, pretpostavlja se da raketa pada.

Prilikom rada sa sustavom za oporavak na zemlji moguće je da će se padobran slučajno aktivirati. Kod zapravo ne smatra da raketa "leti" sve dok izmjerena nadmorska visina nije najmanje 1 metar iznad početnog mjerenja razine tla snimljenog pri uključivanju sistema.

Kada se smatra da raketa pada, padobran se aktivira. To se postiže aktiviranjem priključenog servo servera dovoljno daleko da se otkopča iskačuća glava prskalice pričvršćena na 3D štampane dijelove. Naravno, opruga u prskalici izbacila je kišobran padobran, on pada na tlo, svi se smiju s guzice i tako dalje, i tako dalje.

Krug se sastojao od tri glavna dijela:

1. Arduino
2. Servo
3. Senzor barometarskog pritiska

Arduino

Prvobitno sam stvorio prilagođenu ploču na kojoj je goli Arduino. Kad sam ga pokušao oživjeti za ovaj članak, odlučio sam prestati raditi:

Koristio sam Arduino Pro Mini, ali to je malo pretjerano. Takođe je mnogo veći od prethodne verzije. Veća veličina zahtijevala je redizajn nekih 3D ispisanih dijelova - siguran sam da postoje neke razlike u dijelovima u odnosu na fotografije koje sam objavio (… oprostite na nedosljednosti).

Kôd sam postavio u javno spremište na Githubu. Odjava LARS.

Servo

Zasun se pokreće zajedničkim SG90 servo pogonom. Servo dobiva svoju snagu izravno iz regulatora napona, a ne preko Arduina.

Senzor barometarskog pritiska

Posebno otkriće koje sam koristio u ovom projektu bilo je nešto što sam pronašao na Tindie (… ali od tada je u penziji). Koristi senzor MPL3115A2. Ovo Arduinu omogućuje točno očitavanje trenutne nadmorske visine.

Korak 4: Sistem za oporavak: kućište

Sistem za oporavak uključuje nekoliko, jednostavnih proizvoda koje vjerojatno imate u blizini. Na primjer, padobran je napravljen od starog, slomljenog kišobrana i raspoređen je sa sabijenom oprugom iz iskačuće prskalice. Nemojte se oznojiti ni sitnice - upotrijebio sam spajalicu za spajanje servo trube na zasun glave prskalice. Čak i neke sirovine možete pronaći sa slučajnih mjesta, poput ekstruzije aluminija koju sam pronašao u kanti dobre volje.

U drugom dizajnu, umjesto aluminija prikazanog na slikama, koristio sam neke stupove za ograde od stakloplastike. Stakloplastika je ležala na nekom putovanju unazad (mislim) da je netko krenuo, oni su korišteni za stvaranje improvizirane električne ograde za konje. Nije previše važno za ovaj dizajn, ali želim da razmislite o alternativama.

Utjecaji i promjene na dizajn

Znao sam da ću jednog dana podijeliti ovaj dizajn s prijateljima i porodicom (… ne, nisam mislio da će biti na Instructables, ha). Takođe sam pretpostavio da neće svi imati istu marku vode iz seltzera u svojoj lokalnoj prodavnici. Iako ima prostora za velika poboljšanja, izmijenila sam svoj dizajn tako da se boce različitih veličina stanu na vrh.

Najbolji način na koji sam mogao pomisliti da osiguram sigurno, ali uklonjivo prianjanje bio je korištenje fleksibilnog materijala. Unesite: NinjaFlex … moj časni MakerDojo je jak sa nindžom na mojoj strani.

S otiskom s dvostrukim istiskivanjem mogao bih stvoriti komad s krutim dnom i fleksibilnim vrhom. Fleksibilni dio bio je dovoljno rastezljiv da se stisne unutar boce i dovoljno jak da izvrši pritisak potreban da boca ostane na mjestu.

Korak 5: Sistem za oporavak: padobran

Ovo mora da je jedan od mojih omiljenih dijelova dizajna. Mislim, hajde, koliko ste puta pomislili da s kišobranom plutate po cijelom stilu u stilu Mary Poppins? Bilo je zabavno napokon vidjeti kišobran koji zapravo funkcionira poput padobrana.

Našao sam jedan kišobran na pokvarenom proizvodu u DICK'S Sporting Goods - ponudio sam im nekoliko dolara i uzeli su ga. Našao sam još jedan dok sam ronio kroz kante u Goodwill -u. Naravno, pronašao sam strašan, stari kišobran za golf pri Drugoj upotrebi (u Seattleu) nakon ta druga dva. Kišobran za golf bio bi izuzetno velik i napravio bi odličan padobran.

Koji god kišobran odabrali, provjerite je li čvrsto pričvršćen za vašu raketu. Prilikom raspoređivanja padobrana, ovisno o veličini/težini vaše rakete, sila otvaranja padobrana mogla bi biti značajna. U mom slučaju, pričvrstio sam komad fleksibilnog bungee kabla koji sam imao (… mislim da ga je sestra bacala s neke slomljene mreže za prtljažnik). S tim bungee kabelom na mjestu, smanjuje količinu naprezanja na plastičnim dijelovima prilikom raspoređivanja padobrana.

Korak 6: Pregled 3D štampanih dijelova

Skoči na…

1. Potpuna montaža
2. Sistem za oporavak Padobranski klip Thingy
3. Vodič za kompresiju sistema za oporavak
4. Teret korisnog opterećenja sistema za oporavak Gornji
5. Opterećenje sistema za oporavak
6. Adapter vodene rakete do Gardene

Puna skupština

Ovaj model u osnovi sadrži sve ostale modele, ali sastavljeni onako kako bi bili u proizvodnji. Uključuje i dijelove za višekratnu upotrebu koji nisu odštampani 3D (samo za referencu).

Sistem za oporavak Padobranski klip Thingy

Nazad na vrh ↑

Vodič za kompresiju sistema za oporavak

Nazad na vrh ↑

Teret korisnog opterećenja sistema za oporavak Gornji

Nazad na vrh ↑

Korisni teret sistema za oporavak

Nazad na vrh ↑

Adapter vodene rakete do Gardene

Nazad na vrh ↑

Korak 7: Završite

Ovdje ima mnogo toga što nisam spomenuo. Pretpostavljam da što sam više pisao, to sam više shvaćao da sam usput zaboravio dokumentirati. Ovaj je članak završio više kao križ između opsežnog "korak-po-korak", ali poziva sve varijable kako biste mogli sami isprobati. Za nas smo imali toliko različitih dizajna i metoda koji nisu uspjeli, ali su predstavili nove mogućnosti učenja za mene i moje nećake. To je velika, mala avantura na koju možete krenuti sa svojim studentima i bilo kojim drugim mladim naučnikom koji tek počinje.

Sve u svemu, ovo je fantastična vježba ponovne upotrebe, kreativnosti i tehnologije - odlična za djecu, a još zabavnija za roditelje.

Budite hrabri, razmišljajte drugačije i kao i uvijek neka se vaše ideje istaknu.

Drugoplasirani na takmičenju za ponovnu upotrebu