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

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:34

Pregled

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

Cijeli sustav sastoji se od nekoliko elemenata:

• Launch Pad
• Glavno tijelo
• Sustav za oporavak

Svrha i upravljački programi

Inspiracija za ovaj projekt (kao i većina mojih projekata) potekla je od mojih nećaka. Ukratko, prije mnogo godina (kad moji mladi nećaci nisu bili tako veliki) htjeli su upaliti vatromet na Dan neovisnosti. Normalno, nije tako loše, ali ta je godina bila drugačija: planirali smo dugi vikend u kolibi njihove bake i djeda, u McCallu, Idaho. Ako nikada niste bili u Idahu, jako je suho. Ako nikada niste bili u McCallu, Idaho: vrlo je suho i ima mnogo 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.

U isto vrijeme, vidio sam to kao priliku da pokažem ono što pokušavam impresionirati na mladim, znanstvenim umovima: STANI. Razmišljajte izvan okvira i smislite rješenje za više problema. Možda se isprva ističe poput bolnog palca, ali najčešće najbolje ideje.

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

Sigurnost

Bio bih nemaran da ovo prvo nisam spomenuo; Stalno podsjećam svoje nećake "Sigurnost na prvom mjestu". To 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 sustava, to je dodalo volumen za visoko komprimirani zrak (tj. Više pogonskog goriva). Naravno, to je izravno proporcionalno najvećoj mogućoj nadmorskoj 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.

Trošak

Minimiziranje troškova bilo koje gradnje važno je. U mom scenariju, smatrao sam da je jednako važno osigurati da su troškovi svake uporabe minimalni. Mislim, hajde - tko želi uložiti tonu posla u sustav jednokratne uporabe?

Kad god je to bilo moguće, koristio sam smeće: boce vode koje bi išle u smeće, staru letnicu iz vojnog dućana s viškovima, polomljen kišobran sa stolice iz lokalne trgovine sportske robe, puknuće crijeva 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" i, ako jesu, možda ne vrijede njihove cijene. Originalni, zeleni kišobran koji sam koristio za padobran bio je na slomljenom 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 imali padobran.

Ponovna upotreba

Gotovo je nemoguće govoriti o smanjenju troškova materijala, a da se ne uzme u obzir kako se dizajn proizvoda može ponovno koristiti. Ako ne bismo mogli iznova i iznova koristiti raketu, možda bismo i zapalili šumu raketama iz boca i M-80.

Prenosivost

Nakon samo jednog probnog lansiranja našeg prvog prototipa, shvatio sam da cijeli raketni sustav mora biti što kompaktniji. Istodobno sam ga htio posuditi svima koji su ga htjeli isprobati. Nisam želio napisati hrpu detaljnih uputa za montažu ili iznajmiti kombi za selidbe za prijevoz.

Na kraju sam iskoristio kutiju u koju sam spremio 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 sustava/sustava za oporavak.

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

Pribor

Launch Pad

• 1 x Stari vojni višak transportni kontejner

  • Vjerujem da smo ovo pokupili u Reuseumu - izvrsnom mjestu za provjeru jeste li u Boiseu, Idaho;)
  • Spoiler Alert: 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 ljusku gdje je netko pustio da se previše zagrije/otopi. Osim toga, bilo je super 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

  Puno je opcija vani. 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 prijeći s jedne niti na drugu nakon nekoliko minuta u D&B-u ili TSC-u.
  • Možda kombinirati s nečim ovakvim.

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

  Ovo se koristi za pričvršćivanje kratkog dijela crijeva na unutarnju stranu spremnika za višak

• 1 x ženski adapter Gardena

Trup

• 12 x pametnih boca za vodu (1,5 litara)
• 4 x Essentia boce za vodu (1,5 litre)
• 1 x prilagođena mlaznica (tj. 3D ispisana boca od 2 litre boce na spoju muškog crijeva Gardena)
• 1 x cijev 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

Sustav za oporavak: neispisan

• 1 x Pop-up Sprinkler (mi smo koristili ovaj, iz Lowe's)
• 1 x Stari kišobran
• 1 x lopta za stolni tenis
• 1 x Poljska proljetna boca (ili neka druga boca u obliku nosa rakete - zaboravljam točno 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 stup za ogradu od stakloplastike (imali smo ovaj, mislim da je iz D&B Supply)

Sustav 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) i dalje bi trebao biti primjenjiv ako imate alternativu

• 1 x Prekidač za zaključavanje tipki

  Ako niste primijetili, ljubitelj sam Tayde za male stvari u malim količinama za malu cijenu

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 dijelove tijela rakete
3. Launch pad

Dolivanje goriva/punjenje

Prije nego govorite o punjenju rakete, važno je odvojiti minutu za razmišljanje o osnovnim znanstvenim načelima koja je podupiru. Iz Wikipedije:

Raketa s vodom je tip modela rakete koja koristi vodu kao svoju reakcijsku masu. Voda se istiskuje plinom pod tlakom, tipično komprimiranim zrakom. Kao i svi raketni motori, radi na principu Newtonovog trećeg zakona kretanja.

Malo je razbijanje, reakcijska masa jednostavno je nešto protiv čega se treba gurati. Gura se o tlo, a zrak o vodu. Zrak također gura 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 putem Gardena priključka za crijevo na lansirnoj rampi. Dno rakete ima mlaznicu s konturom koja odgovara Gardena Tap Connectoru. 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 cijevi 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 navojima vrtnih crijeva i priključkom kompresora zraka koji vire, teško ih je pohraniti bez oštećenja. Također, sklon je oštećenju prilikom transporta na mjesto lansiranja.

Skladištenje

Kad 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 su se drugi komadi pomaknuli i razbili 3D tiskane 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 aluminijskog kanala koji su povezani s dva 3D ispisana komada.

Donji 3D ispisani nosač 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 izvrstan 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 okomito podešavanje visine. Osim toga, bio je to dobar stativ. Tada nisam znao za što 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 - prenamijenite slomljeni stativ. Lijepo se prilagođava u nekoliko smjerova, izvrsno za neravna tla na mjestu lansiranja. Također se pakira i dobro staje u kutiju za pokretanje.

Također sam dizajnirao i 3D tiskao komad koji stane između tračnica i pričvrsti se na glavno tijelo rakete. Ovaj komad drži raketu blizu tračnica i ne dopušta joj prevrtanje. Pričvrstio sam ga na glavno tijelo nekom 3M 414 Scotch® Extreme montažnom trakom. Kad sam dizajnirao komad, udubio sam dva mjesta gdje ide pjenasta traka, tako da komad stoji u ravnini s 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 prijevoza tračnica u duljini od 8 stopa - u džipu, ništa manje - bio je bol. Također, sastavljanjem svega toga plastični su komadi skloni pucanju (što su i učinili) u automobilu.

Korak 2: Glavni dio

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

1. Izrežite dno boca od 1,5 L SmartWater

   Svakako ostavite malo zakrivljenog dijela. Ovo je veća površina za Siaflex prianjanje

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

   Pokušajte poravnati dno boce SmartWater s središnjom točkom boce Essentia

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

   Gurnite bocu SmartWater prema dolje dok ne dodirne drugu bocu SmartWater

Označite boce

Označite boce kako biste ih točno poravnali ako morate. (UPOZORENJE SPOILERA: kasnije ćete ga morati ponovno sastaviti).

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

Lijepljenje boca

Volim premazati unutrašnjost bočice Essentia slojem Sikaflex -a. To je izvrsno ljepilo i također omogućuje neko proširenje. Ovo je korisna značajka jer se boce šire kad se pune komprimiranim zrakom. Također korisno kada se sruši na tlo (… da, vjerojatno ćete se u jednom trenutku srušiti) - boce se lakše savijaju u oblik i ponovno koriste.

Povezivanje odjeljaka

Nakon što sve dijelove zalijepite, spojite ih s nečim što se naziva "Tornado cijev". Ovo je najveća točka greške.

Plastika boca i plastika tornado cijevi prilično su krute. Ne uklapaju se uvijek savršeno i puno zraka može iscuriti pri punjenju pri visokom PSI -u. Također, kada koristite brtve za vrtno crijevo na kontaktnim mjestima, postoji opasnost od prekomjernog zatezanja do točke gdje je brtva prisiljena unutar boce. Kad se to dogodi, brtvilo postaje beskorisno 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 na sredini (za zamjenu brtvi crijeva). Objavit ću te planove kad dovršim.

Korak 3: Sustav za oporavak: Krug

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

Htio sam biti siguran da se padobran neće aktivirati sve dok raketa ne počne padati. S obzirom na komponente koje sam imao na raspolaganju, odlučio sam koristiti barometarski senzor tlaka zraka koji omogućuje točno mjerenje nadmorske visine.

Cijeli sustav treba zaštitu od elemenata. Dizajnirao sam korisni teret za smještaj sklopova i senzora. Nisam htio cijelu stvar rastaviti svaki put kad sam htio aktivirati ili resetirati sustav, pa sam korisni teret dizajnirao s vanjskim prekidačem.

Kad je sustav omogućen, vrši se početno mjerenje - to je naša "razina tla". Kako se visina rakete povećava, nova se visina sprema i uspoređuje sa sljedećim mjerenjem. Kad je spremljena 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 sustava.

Kad se smatra da raketa pada, padobran se raspoređuje. To se postiže aktiviranjem priključenog servo servera dovoljno daleko da se otkopča skočna glava prskalice pričvršćena na 3D ispisane dijelove. Naravno, opruga u prskalici istisnula 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 tlaka

Arduino

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

Koristio sam Arduino Pro Mini, ali to je malo pretjerano. Također je puno 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 zbog nedosljednosti).

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

Servo

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

Senzor barometarskog tlaka

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

Korak 4: Sustav za oporavak: kućište

Sustav za oporavak uključuje nekoliko jednostavnih proizvoda koje vjerojatno imate na raspolaganju. Na primjer, padobran je izrađen od starog, slomljenog kišobrana i raspoređen je sa stisnutom oprugom iz iskačuće prskalice. Nemojte se oznojiti ni male stvari - 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 unatrag (mislim) da je netko otišao, oni su se koristili 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 obitelji (… ne, nikad nisam mislio da će biti na Instructables, ha). Također sam pretpostavio da neće svi imati istu marku vode iz seltzera u svojoj lokalnoj trgovini. 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 kako bih osigurao sigurno, ali uklonjivo prianjanje bio je korištenje fleksibilnog materijala. Unesite: NinjaFlex … moj časni MakerDojo je jak s nindžom na mojoj strani.

S ispisom 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: Sustav za oporavak: padobran

Ovo mora biti jedan od mojih omiljenih dijelova dizajna. Mislim, hajde, koliko ste puta pomislili da s kišobranom lebdite oko cijelog stila 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 u Second Use (u Seattleu) nakon ta druga dva. Kišobran za golf bio bi nevjerojatno velik i napravio bi odličan padobran.

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

Korak 6: Pregled 3D ispisanih dijelova

Skoči na…

1. Puna montaža
2. Sustav za oporavak Padobranski klip Thingy
3. Vodič za kompresiju sustava za oporavak
4. Korisnički teret sustava za oporavak Gornji navoj
5. Korisni teret sustava za oporavak
6. Raketna voda do adaptera Gardena

Puna skupština

Ovaj model u osnovi sadrži sve ostale modele, ali sastavljen onako kako bi bio u proizvodnji. Uključuje i dijelove za višekratnu uporabu koji nisu ispisani 3D-om (samo za referencu).

Sustav za oporavak Padobranski klip Thingy

Natrag na vrh ↑

Vodič za kompresiju sustava za oporavak

Natrag na vrh ↑

Korisnički teret sustava za oporavak Gornji navoj

Natrag na vrh ↑

Korisni teret sustava za oporavak

Natrag na vrh ↑

Raketna voda do adaptera Gardena

Natrag 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 više nalikovao križanju 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 nadobudnim, mladim znanstvenikom.

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

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

Drugoplasirani na natjecanju za ponovnu upotrebu