L.A.R.S. (Launch and Recovery System): 7 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:27

Oversigt

Dette projekt er et Launch And Recovery System (LARS), der består af forskellige modeller og samlinger. Tilsammen repræsenterer de et opsvingssystem, der er egnet til en vandraket i lav højde. Raketten består af flere sektioner, fremstillet af 1,5 liters SmartWater -flasker.

Hele systemet består af flere elementer:

• Affyringsrampe
• Hovedlegeme
• Gendannelsessystem

Formål og drivere

Inspirationen til dette projekt (som de fleste af mine projekter) stammer fra mine nevøer. Lang historie kort, for mange år siden (da mine unge nevøer ikke var så store), ville de starte fyrværkeri på uafhængighedsdagen. Normalt var det ikke så slemt, men det år var anderledes: vi planlagde en lang weekend i deres bedsteforældres hytte i McCall, Idaho. Hvis du aldrig har været i Idaho, er det meget tørt. Hvis du aldrig har været i McCall, Idaho: det er meget tørt, og der er MEGET træer, buske, græs og andre brændstoffer perfekt til skovbrande. Da det allerede var et utroligt tørt år, og Smokey the Bear holdt "HØJ" brandrisikoskilt uden for skovtjenestekontoret, søgte jeg et alternativ.

Samtidig så jeg det som en mulighed for at demonstrere, hvad jeg prøver at imponere på unge, videnskabelige sind: STAND OUT. Tænk ud af boksen og find løsningen på flere problemer. Det kan først skille sig ud som en øm tommelfinger, men de bedste ideer gør normalt.

Som det viser sig, er jeg også SUPER billig. Ikke så meget for at spare penge, men jeg ser bare så meget, der kan gøres med almindelige ting. Det meste af tiden er almindelige ting, der er beregnet til engangsbrug.

Sikkerhed

Jeg ville være utilfreds, hvis jeg ikke nævnte dette først; Jeg minder konstant mine nevøer om "Sikkerhed først." Dette passer ind i det overordnede mål, da den primære fremdrift er vand og luft. Dette udgør naturligvis ingen alvorlig brandfare.

Efterhånden som jeg byggede flere sektioner af fremdriftssystemet, tilføjede dette volumen til mere stærkt komprimeret luft (dvs. mere drivmiddel). Dette er naturligvis direkte proportionalt med den maksimale højde, der kan opnås. Fortsatte med denne logik lidt længere: ja, det betød en MEGET MERE FARLIG hastighed, når han vendte tilbage til jorden.

Opdagelsen af, hvor farligt dette kunne være, blev tydeligt, efter at vi havde vores første vellykkede lancering af en tidlig prototype ved hjælp af flere sektioner i flykroppen. Tag et kig på Rocket Boys, på YouTube.

Koste

Det er vigtigt at minimere omkostningerne ved enhver konstruktion. I mit scenario tænkte jeg, at det var lige så vigtigt at sikre, at omkostningerne ved hver brug var minimale. Jeg mener, jamen - hvem vil lægge masser af arbejde på et engangsbrugssystem?

Hvor som helst muligt brugte jeg skrammel: vandflasker, der ville gå til skraldespanden, en gammel flyveske fra hærens overskudsbutik, en ødelagt stolparaply fra en lokal sportsbutik, en sprængt luftslange fra Harbor Freight og endda en ødelagt, pop -up sprinklerhoved - dybest set kan jeg godt lide at lære børnene, at der ikke er noget, der hedder skraldespand; det er et produkt, der skal genanvendes.

Bare spørg

I mange tilfælde er ting, du vil bruge, ikke nødvendigvis "til salg", og hvis de er, er de muligvis ikke deres pris værd. Den originale, grønne paraply, jeg brugte til faldskærmen, var på en ødelagt $ 28 -vare i en butik. Jeg tog den med til skranken og sagde, at jeg ville give dem de $ 4, jeg havde på mig. Jeg viste dem, at det alligevel var ødelagt og forklarede, at jeg kun ville have paraplymaterialet. Voila! vi havde øjeblikkeligt en faldskærm.

Genanvendelighed

Det er næsten umuligt at tale om at holde materialeomkostningerne nede uden også at overveje, hvordan produktdesignet egner sig til genanvendelse. Hvis vi ikke let kunne bruge raketten igen og igen, kan vi lige så godt tænde skoven i brand med flaskeraketter og M-80'er.

Bærbarhed

Efter kun 1 testlancering af vores første prototype indså jeg, at hele raketsystemet skulle være så kompakt som muligt. Samtidig ville jeg låne det ud til alle, der ville prøve det. Jeg ville ikke skrive en masse detaljerede samlevejledninger eller leje en varevogn til transport.

Til sidst brugte jeg boksen, hvor jeg gemte alle delene som affyringsrampe. Et par ændringer gjorde det muligt at fastgøre luftkompressorbeslag, slange og kontraventil, mens der var masser af plads inden for alle sektioner af raketfremdrivnings-/genvindingssystemerne.

… selvfølgelig, efter den seneste lancering, indså jeg, at hele systemet kunne blive mere bærbart, ha.

Forbrugsvarer

Affyringsrampe

• 1 x Gammel hæroverskudsforsendelsescontainer

  • Jeg tror, vi hentede dette på The Reuseum - et godt sted at tjekke, hvis du er i Boise, Idaho;)
  • Spoiler -advarsel: de lagerfører faktisk ikke denne type hærcontainere, da de skiftede placering.
• 1 x luftkompressorslange (~ 15 '… eller hvilken afstand du føler dig sikker på)

• 1 x luftkompressorslange (~ 2 '… dette går bare inde i kassen)

  • Begge de tidligere slanger byggede jeg ud fra en $ 5 -slange, jeg fandt på et Harbour Freight -parkeringspladsudsalg. Lignede det eksploderede/splittede gummiskallen, hvor nogen lod den blive for varm/smelte. Bortset fra det var det fantastisk til det, vi havde brug for
  • Hvis du skærer/splejser noget gammelt, kan du finde gode, superbillige dele på Harbor Freight.

• 1 x Ingen returventil - Her er en

  Mange muligheder derude. Få noget billigt

• 1 x 90º albue - går fra ¼ kompressortråd til haveslange gevind (sådan noget)

  • Jeg glemmer, hvor jeg fik dette, men da dette er et super smart (og super-tilgivende) publikum, gætter jeg på, at du kan finde ud af at gå fra den ene tråd til den anden efter et par minutter i D&B eller TSC.
  • Måske kombineres med sådan noget.

• 1 x Gevind, roterende luftkompressor han -adapter (vi genbrugte noget lignende denne fra Harbor Freight)

  Dette bruges til at fastgøre det korte stykke slange på indersiden af overskudsbeholderen

• 1 x Gardena hunadapter

Fuselage

• 12 x smarte vandflasker (1,5 liter)
• 4 x Essentia vandflasker (1,5 liter)
• 1 x brugerdefineret dyse (dvs. 3D -trykt 2 liters flasketråd på en Gardena -slangekonnektor)
• 1 x rør af Sikaflex klæbemiddel (som denne konstruktionsforsegling)

• 1 x gaffatape (eller båndbånd)

  Jeg brugte en kombination af hvidt og sort gaffatape på skrogsektionerne. Jeg troede, det gav raketten mere et Apollo-æra-look, ha

Gendannelsessystem: ikke-trykt

• 1 x Pop-up sprinkler (vi brugte denne fra Lowe's)
• 1 x gammel paraply
• 1 x bordtennisbold
• 1 x Polen Springflaske (eller en anden flaske formet mere som en rakets næse - jeg glemmer det nøjagtige mærke af den, vi brugte)
• 1 x Kroeger-mærket seltzervand (dvs. også solgt i butikker som QFC eller Fred-Meyer)
• 1 x glasfiber elektrisk hegnspæl (vi havde denne, jeg tror den var fra D&B Supply)

Gendannelsessystem: Kredsløb

• 1 x Arduino Pro Mini
• 1 x 24 -pins DIP -sokkeladapter (link)
• 1 x 5V spændingsregulator (link)
• 1 x Piezo -summer (link)
• 1 x 220Ω modstand (link)

• 1 x MPL3115A2 modul

  • Den, der bruges her, er ikke længere tilgængelig
  • Jeg begyndte at arbejde på et alternativ, der logger data og udnytter en gyro sammen med barometeret - koden på Github (se lars) skal stadig være gældende, hvis du har et alternativ

• 1 x trykknaplåsekontakt

  Hvis du ikke har bemærket det, er jeg fan af Tayda til små ting i små mængder til en lille pris

Trin 1: Start pad

Startpladen er et multifunktionsudstyr. Den er fremstillet af en gammel udstyrskasse, jeg fandt på Boises berygtede Reuseum, og har tre funktioner:

1. Brændstofmekanisme (… i mangel af et bedre udtryk)
2. Opbevaring til raketlegemerne
3. Affyringsrampe

Brændstof/påfyldning

Inden vi taler om tankning af raketten, er det vigtigt at tage et minut til at tænke over de videnskabelige grundlæggende principper, der understøtter den. Fra Wikipedia:

En vandraket er en type modelraket, der bruger vand som reaktionsmasse. Vandet presses ud af en gas under tryk, typisk trykluft. Som alle raketmotorer fungerer den på princippet i Newtons tredje bevægelseslov.

Ved at bryde det lidt ned, er reaktionsmassen simpelthen noget, der bruges til at skubbe imod. Det skubber mod jorden, og luften skubber mod vandet. Luften skubber også mod flasken. Handling er den ekspanderende luft, reaktion er et objekt med den mindste masse (dvs. flaskeraketten) tvinges væk fra affyringsrampen.

Tryk på raketten skal være en additiv proces. Det kræver at skubbe luft ind i skibet uden at tillade luft eller vand at slippe ud. Dette opnås ved hjælp af en lille enhed kaldet en "kontraventil" (undertiden omtalt som en kontraventil).

Raketten er fastgjort via et Gardena Hose -stik på affyringsrampen. Bunden af raketten har en dyse med en kontur, der matcher Gardena Tap -stikket. Jeg modellerede en dyse i Fusion 360, der kombinerede profilen på Gardena Tap Connector med gevindene på en 1,5 L flaske.

Slangen, der forbinder det hele, blev taget fra en sprængt luftslange. Jeg fandt det på et Harbour Freight -parkeringspladsudsalg for et par penge - lignede nogen, der returnerede det, fordi det sprængte op. Da jeg så det, vidste jeg, at det skulle splejses. Jeg tænkte, at dette ville være et godt tidspunkt at skære et kort stykke for permanent at fastgøre til affyringsrampen.

Fremtidige forbedringer

Jeg vil enten købe eller 3D -printe et par ekstra dele. Jeg vil gerne have, at tilslutningspunkterne på boksen sidder i skak med resten af boksens overflade. Med de små haveslange gevind og luftkompressorforbindelse stikker ud, er det svært at opbevare uden at blive beskadiget. Det er også tilbøjeligt til at beskadige ved transport til et lanceringssted.

Opbevaring

Når den skilles ad, passer rakettens kropsdele fint i kassen. Jeg havde også nok plads til overs for at gemme genoprettelsesenheden også der. Jeg opbevarer disse dele i en separat æske, hvis de andre stykker flyttede rundt og smadrede de 3D -udskrevne dele.

Affyringsrampe

Når det er tid til at affyre raketten, har vi brug for noget til at hjælpe med at støtte raketten. Det er også bydende nødvendigt, at det starter i den rigtige retning (dvs. Newtons første lov om bevægelse). For at opnå dette brugte jeg to stykker aluminiums trimkanal forbundet med to 3D -trykte stykker.

Det nederste 3D -trykte beslag har plads til en ¼ sekskantmøtrik. Jeg brugte denne størrelse, da det er en standard for montering af vedhæftede filer på et kamerastativ (jeg taler om det om et sekund). Når jeg slibede siderne af nylon sekskantmøtrik, passer den tæt ind i beslaget.

Min bror er en fantastisk udendørs fotograf og, som med alle eksperter inden for deres område, bryder eller opgraderer deres udstyr. Mens jeg var hjemme hos ham, bemærkede jeg et stativ i skraldespanden. Det eneste, der var galt med det, var den lodrette højdejustering. Bortset fra det var det et godt stativ. Jeg vidste ikke, hvad jeg ville bruge det til dengang, men det havde en masse flotte dele.

Da jeg begyndte at bygge raketaffyringsrampen, nåede jeg et punkt, hvor jeg havde brug for noget bærbart for at holde styreskinnerne op. BOO YA - genbrug det ødelagte stativ. Det justeres pænt i flere retninger, fantastisk til ujævnt underlag på dit lanceringssted. Pakker også og passer godt i lanceringsboksen.

Jeg har også designet og 3D -printet et stykke, der passer mellem skinnerne og fastgøres til raketens hoveddel. Dette særlige stykke holder raketten tæt på skinnerne og tillader det ikke at vælte. Jeg fastgjorde dette til hoveddelen med et 3M 414 Scotch® Extreme Mounting Tape. Da jeg designede stykket, forsænkede jeg to pletter, hvor skumtapen går, så stykket sidder i plan med den buede plastoverflade.

Fremtidige forbedringer

Jeg vil gerne 3D -printe nogle stik, der gør det muligt at skære styreskinnerne i mindre segmenter. Med mindre segmenter kan jeg også gemme affyringsskinnerne i kassen. At prøve at transportere skinnerne i 8ft længder - i en Jeep, ikke mindre - var en smerte. Også at få det hele sat sammen gjorde plastikstykkerne tilbøjelige til at snappe (hvilket de gjorde) i bilen.

Trin 2: Hovedkrop

Rakettens hovedstruktur består af flere, identiske komponenter. Komponenterne består af to 1,5 L SmartWater -flasker og en 1,5 L Essentia -vandflaske.

1. Skær bundene ud af 1,5 L SmartWater -flasker

   Sørg for at efterlade lidt af den buede del. Dette er mere overfladeareal til Siaflex -vedhæftningen

2. Skær toppen og bunden af en 1,5 L Essentia -flaske

3. Sæt bunden af en af de afskårne SmartWater -flasker inde i den udskårne Essentia -flaske

   Prøv at justere bunden af SmartWater -flasken med midten af Essentia -flasken

4. Sæt bunden af den anden SmartWater -flaske i den anden ende af Essentia -flasken

   Skub SmartWater -flasken ned, indtil den rører den anden SmartWater -flaske

Markér flaskerne

Markér flaskerne for at justere dem nøjagtigt, hvis du skal. (SPOILER ALERT: du bliver nødt til at samle det senere).

Brug en metode, der fungerer bedst for dig. Jeg kan godt lide at tegne et par tydelige mærker på tværs af de to forskellige flasker. Når midten er fyldt med Sikaflex, og du ikke kan se, hvor de to mødes i midten, er det en mere nyttig guide.

Limning af flaskerne

Jeg kan godt lide at belægge Essentia -flasken indvendigt med et lag Sikaflex. Det er et fantastisk klæbemiddel og giver også mulighed for en vis ekspansion. Dette er en fordelagtig funktion, da flaskerne har en tendens til at ekspandere, når de fyldes med trykluft. Også gavnlig, når den styrter til jorden (… ja, du vil sandsynligvis have et styrt på et tidspunkt) - flaskerne er lettere at bøje tilbage til form og genbruge.

Tilslutning af sektionerne

Når du har alle sektionerne limet sammen, skal du forbinde dem med noget, der kaldes et "Tornado Tube". DETTE ER DET STØRSTE MULIGHEDSPUNKT.

Flaskernes plast og tornado -rørene er ret stive. De passer ikke altid perfekt sammen, og meget luft kan lække ud, når den fyldes ved en høj PSI. Også ved brug af haveslange-pakninger ved kontaktpunkterne er der risiko for overstramning til et punkt, hvor pakningen presses inde i flasken. Når dette sker, gør det dybest set pakningen ubrugelig, da den ikke længere forsegler forbindelsen mellem flasken og tornadorøret.

Jeg planlægger at skabe mine egne forbindelser med et dobbelt-ekstruderet 3D-print. Jeg tror, der kunne være en nem måde at udskrive et stift ydre (til trådene) og en fleksibel tætning i midten (for at udskifte slangepakningerne). Jeg sender disse planer, når de er færdige.

Trin 3: Gendannelsessystem: Kredsløb

Faldskærmslogik ligner meget andre scenarier i livet: implementer for tidligt, og der kan ske dårlige ting; slet ikke implementerer, sker der dårlige ting.

Jeg ville sikre mig, at faldskærmen ikke blev sat i gang, før raketten begyndte at falde. I betragtning af de komponenter, jeg havde til rådighed, valgte jeg at bruge en barometrisk lufttrykssensor, der giver en nøjagtig måling af højden.

Hele systemet har brug for beskyttelse mod elementerne. Jeg designede nyttelasten til at rumme kredsløb og sensorer. Jeg ville ikke skille det hele fra hinanden, hver gang jeg ville aktivere eller nulstille systemet, så jeg designede nyttelasten med en ekstern switch.

Når systemet er aktiveret, foretages en indledende måling - dette er vores "jordniveau". Når raketens højde stiger, gemmes den nye højde og sammenlignes med den næste måling, der foretages. Når den gemte værdi er højere end den nymålte højde, antages raketten at falde.

Når du arbejder med gendannelsessystemet på jorden, er det muligt, at faldskærmen vil blive indsat ved et uheld. Koden betragter faktisk ikke raketten som "flyvende", før den målte højde er mindst 1 meter over den indledende måling af jordniveau, der blev foretaget, da systemet blev tændt.

Når raketten anses for at falde, bliver faldskærmen indsat. Dette gøres ved at aktivere den vedhæftede servo langt nok til at låse pop-up sprinklerhovedet fast på de 3D-udskrevne dele. Selvfølgelig skubbede foråret i sprinkleren paraply faldskærmen ud, den falder til jorden, alle griner deres butz af og så videre og så videre.

Kredsløbet bestod af tre hoveddele:

1. Arduino
2. Servo
3. Barometrisk trykføler

Arduino

Jeg oprettede oprindeligt et brugerdefineret bord med en arduino med bare ben. Da jeg forsøgte at genoplive den for denne artikel, besluttede den at stoppe med at fungere:

Jeg brugte en Arduino Pro Mini, men det er lidt overkill. Det er også meget større end den tidligere version. Den større størrelse krævede et redesign af nogle 3D -printede dele - jeg er sikker på, at der er nogle forskelle i delene fra de fotos, jeg har lagt (… beklager inkonsekvensen).

Jeg lagde koden i et offentligt arkiv på Github. Checkout LARS.

Servo

Låsen aktiveres af en fælles SG90 -servo. Servoen får sin strøm direkte fra spændingsregulatoren, ikke gennem Arduino.

Barometrisk trykføler

Det særlige breakout, jeg brugte i dette projekt, var noget, jeg fandt på Tindie (… men er siden blevet pensioneret). Den bruger MPL3115A2 -sensoren. Dette giver Arduino en nøjagtig aflæsning af den aktuelle højde.

Trin 4: Gendannelsessystem: Kabinet

Gendannelsessystemet indeholder flere enkle produkter, du sandsynligvis har liggende. For eksempel er faldskærmen lavet af en gammel, ødelagt paraply, og den er indsat med en komprimeret fjeder fra en pop-up sprinkler. Sved heller ikke på de små ting - jeg brugte en papirclips til at forbinde servohornet til sprinklerhovedlåsen. Selv nogle af råvarerne kan du finde fra tilfældige steder, f.eks. Ekstruderingen af aluminium, som jeg fandt i en Goodwill -beholder.

I et andet design brugte jeg nogle glasfiber hegnspæle i stedet for aluminium vist på billederne. Glasfiber lå og lagde rundt fra en tur i backcountry (tror jeg) nogen tog, de er vant til at oprette et improviseret elektrisk hegn til heste. Ikke supervigtigt for dette design, men vil have dig til at tænke over alternativer.

Designpåvirkninger og ændringer

Jeg vidste, at jeg en dag ville dele dette design med venner og familie (… nej, havde aldrig troet, at det ville være på Instructables, ha). Jeg antog også, at ikke alle ville have det samme mærke seltzervand tilgængeligt i deres lokale butik. Selvom der er plads til meget forbedring, ændrede jeg mit design, så flasker i forskellige størrelser kunne passe på toppen.

Den bedste måde jeg kunne tænke på for at sikre en sikker, men aftagelig pasform, var at bruge et fleksibelt materiale. Indtast: NinjaFlex … min ærede MakerDojo er stærk med da ninja på min side.

Med et dobbelt ekstruderet tryk kunne jeg skabe et stykke med en stiv bund og en fleksibel top. Den fleksible del var elastisk nok til at klemme inde i flasken og stærk nok til at lægge det nødvendige tryk for at holde flasken på plads.

Trin 5: Gendannelsessystem: Parachute

Dette må være en af mine foretrukne dele af designet. Jeg mener, hvor mange gange har du tænkt på at flyde rundt i hele Mary Poppins-stil med en paraply? Det var sjovt endelig at se en paraply faktisk fungere som en faldskærm.

Jeg fandt en paraply på et ødelagt produkt hos DICK'S Sporting Goods - jeg tilbød dem et par penge, og de tog det. Jeg fandt en anden, mens jeg dykkede gennem skraldespande ved Goodwill. Selvfølgelig fandt jeg en fantastisk, gammel golfparaply ved Second Use (i Seattle) efter de to andre. Golfparaply ville være fantastisk stor og lave en fantastisk faldskærm.

Uanset hvilken paraply du vælger, skal du sørge for, at den er fastgjort sikkert til din raket. Når faldskærmen udløses, afhængigt af størrelsen/vægten af din raket, kan faldskærmsåbningens kraft være betydelig. I mit tilfælde har jeg vedhæftet et stykke fleksibel bungee -snor, jeg havde (… jeg tror, at min søster smed det væk fra et ødelagt bagagerum). Med den elastiske snor på plads reducerer den mængden af belastning på plastdelene, når faldskærmen er sat i brug.

Trin 6: Oversigt over 3D -udskrevne dele

Hop til…

1. Fuld samling
2. Recovery System Parachute Plunger Thingy
3. Komprimeringsvejledning til gendannelsessystem
4. Gendannelsessystem Nyttelast Gevind Top
5. Nyttelast til genoprettelsessystem
6. Vandraket til Gardena adapter

Den fulde forsamling

Denne model indeholder stort set alle de andre modeller, men samlet som den ville være i produktion. Det inkluderer også de ikke-3D-printede genanvendelige dele (kun til reference).

Recovery System Parachute Plunger Thingy

Tilbage til toppen ↑

Komprimeringsvejledning til gendannelsessystem

Tilbage til toppen ↑

Gendannelsessystem Nyttelast Gevind Top

Tilbage til toppen ↑

Nyttelast til genoprettelsessystem

Tilbage til toppen ↑

Vandraket til Gardena adapter

Tilbage til toppen ↑

Trin 7: Afslut

Der er meget her, jeg ikke nævnte. Jeg formoder, at jo mere jeg skrev, jo mere indså jeg, at jeg glemte at dokumentere undervejs. Denne artikel endte mere som en krydsning mellem en omfattende "trin-for-trin", men kaldte alle variablerne, så du kan prøve det på egen hånd. For os havde vi så mange forskellige designs og metoder, der ikke fungerede, men præsenterede nye læringsmuligheder for både mig og mine nevøer. Det er et stort, lille eventyr at tage ud på med dine studerende og enhver anden spirende, ung videnskabsmand.

Alt i alt er det en fantastisk øvelse inden for genanvendelse, kreativitet og teknologi - en fantastisk for børn og endnu sjovere for forældre.

Vær modig, tænk anderledes, og lad som altid dine ideer skille sig ud.

Nummer to i genbrugskonkurrencen