Hoe om 'n rockon te maak: Projek HAAS: 9 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:27

Die idee agter hierdie Instructable is om 'n alternatiewe metode te bied, hoe onwaarskynlik dit ook al mag wees, vir kostedoeltreffende vuurpyle. Aangesien onlangse ontwikkelings in ruimtetegnologie daarop gemik was om die koste te verlaag, het ek gedink dat dit wonderlik sou wees om die vuurpyl aan 'n breër gehoor bekend te stel. Hierdie instruksies is grootliks in vier dele verdeel: inleiding, ontwerp, bou en resultate. As u die konsep van rockons wil oorslaan en hoekom ek myne ontwerp het soos ek dit gedoen het, gaan dan direk na die gebou. Ek hoop dat u dit geniet, en ek hoor graag van u oor u gedagtes oor my projek of oor u eie ontwerp en bouwerk !!

Stap 1: Agtergrondinligting

Volgens Encyclopedia Astronautica is 'n vuurpyl (van vuurpyl en ballon) 'n vuurpyl wat eers deur 'n ligter as lug gevulde ballon in die boonste atmosfeer ingedra word, dan geskei en ontsteek. Dit stel die vuurpyl in staat om 'n hoër hoogte te bereik met minder dryfmiddel, aangesien die vuurpyl nie onder krag hoef te beweeg deur die onderste en dikker lae van die atmosfeer nie. Die oorspronklike konsep is bedink tydens 'n Aerobee -vuurhut van die Norton Sound in Maart 1949, en is die eerste keer deur die Office of Naval Research -groep onder leiding van James A. Van Allen geloods.

Toe ek die eerste keer met my projek op rockoon begin, het ek geen idee gehad wat 'n rockoon is nie. Eers nadat ek die dokumentasie na my projek voltooi het, het ek uitgevind dat daar 'n naam is vir hierdie toestel wat ek gemaak het. As 'n Suid -Koreaanse student wat belangstel in ruimtetegnologie, was ek gefrustreerd oor die ontwikkeling van vuurpyle in my land sedert ek jonk was. Alhoewel die Koreaanse ruimteagentskap, KARI, verskeie pogings aangewend het om ruimtevoertuie te lanseer en een keer daarin geslaag het, is ons tegnologie nie naby ander ruimte -agentskappe soos NASA, ESA, CNSA of Roscosmos nie. Ons eerste vuurpyl, Naro-1, is gebruik vir al drie lanseerpogings, waarvan twee vermoedelik misluk het as gevolg van die skeiding van fases of kuip. Die volgende vuurpyl wat gemaak word, Naro-2, is 'n drie-fase vuurpyl, wat my laat twyfel: is dit verstandig om die vuurpyl in verskillende fases te verdeel? Die voordele daarvan sou wees dat die vuurpyl aansienlike massa verloor namate die stadiums geskei word, wat die doeltreffendheid van die dryfmiddel verhoog. Die afskop van meervoudige stadium-vuurpyle vergroot egter ook die kans dat die bekendstelling as 'n mislukking sal eindig.

Dit het my laat dink aan maniere om vuurpylfases te verminder terwyl ek die doeltreffendheid van die dryfmiddel maksimeer. Die aflaai van vuurpyle vanaf vliegtuie soos missiele, met behulp van brandbare materiaal vir vuurpyl -liggame, is 'n paar ander idees wat ek gehad het, maar een van die opsies wat my aangetrek het, was die opskietingsplatform op groot hoogte. Ek het gedink: 'Waarom kan 'n vuurpyl nie net vanuit 'n heliumballon bo die grootste deel van die atmosfeer uitskiet nie? Die vuurpyl kan dan 'n enkelfase-vuurpyl wees wat die lanseerproses aansienlik sou vereenvoudig en die koste sou verlaag. Daarom het ek besluit om self 'n vuurpyl te ontwerp en te bou as 'n bewys van die konsep, en om hierdie instruksies te deel, sodat u dit almal kan probeer as u wil.

Die model wat ek bou, word 'n HAAS genoem, 'n afkorting van High Altitude Aerial Spaceport, in die hoop dat vuurpyle eendag nie net 'n tydelike lanseerplatform vir vuurpyle sal wees nie, maar 'n permanente platform wat gebruik sal word vir die lanseer-, brandstof- en landingstuig.

Stap 2: Ontwerp

Ek het die HAAS ontwerp op grond van intuïtiewe vorms en basiese berekeninge

Berekeninge:

Met behulp van die gids van Nasa oor die ontwerp van 'n ballon op groot hoogte, het ek bereken dat ek ongeveer 60 liter helium nodig sou hê om hoogstens 2 kg op te lig, die boonste limiet wat ons vir die HAAS -gewig stel, met inagneming dat temperatuur en hoogte 'n invloed op die dryfkrag van helium, soos genoem in "Effect of Altitude and Temperature on Volume Control of an Waterstof Airship" deur Michele Trancossi. Dit was egter nie genoeg nie, waaroor ek in meer besonderhede sal praat, maar dit was omdat ek nie die effek van waterdamp op helium se dryfkrag in ag geneem het nie.

Raam:

• Silindriese vorm om die wind effek te verminder
• Drie lae (bokant om vuurpyl vas te hou, middel vir lanseermeganisme, onderkant vir 360 kamera)
• Dik middelste laag vir ekstra stabiliteit
• Vertikale relings vir vuurpylplasing en begeleiding
• 360 ° kamera vir beeldmateriaal
• Opvoubare valskerm vir veilig
• Dun silindriese heliumballon vir 'n minimum raketverskuiwingshoek

Begin meganisme

• Mikroverwerker: Arduino Uno
• Bekendstellingsmetodes: timer / digitale hoogtemeter

• Metode om die dryfmiddel te aktiveer: Deur 'n gat in 'n hoëdruk CO2-kapsule te prik

  • Metaalpiek vasgemaak aan vere
  • Ontgrendelmeganisme bestaan uit twee hake
  • Word vrygestel deur beweging van die motor
• Beskerming van elektroniese toestelle teen laer temperature

Ek het verskeie metodes gekry om die piek met 'n motoriese beweging los te maak.

Deur 'n ontwerp te gebruik wat soortgelyk is aan 'n deurslot met 'n sleutel, deur aan die metaalplaat te trek totdat die eindsleutel in lyn is met die groter gat, kan die spits begin word. Die wrywing was egter te sterk, en die motor kon nie die plaat ruk nie.

Dit was 'n ander oplossing om 'n haak vas te hou aan die spyk en 'n pen wat die haak aan 'n stilstaande voorwerp vasmaak. Net soos die agterkant van 'n brandblusser se veiligheidspen, sou die haak as die pen uitgetrek word, die haak meegee en die spyk losskiet. Hierdie ontwerp het ook te veel wrywing opgelewer.

Die huidige ontwerp wat ek gebruik, is deur twee hake te gebruik, 'n soortgelyke ontwerp as 'n geweer -sneller. Die eerste haak vashou aan die spyk, terwyl die ander haak vasgevang is in 'n klein hak aan die agterkant van die eerste haak. Die druk van die vere hou die hake in plek, en die motor het genoeg wringkrag om die sekondêre haak te ontsluit en die vuurpyl af te skiet.

Vuurpyl:

• Dryfmiddel: CO2 onder druk
• Minimaliseer gewig
• Aksie kamera geïntegreer in die liggaam
• Vervangbare CO2 -kapsule (herbruikbare vuurpyl)
• Al die belangrikste kenmerke van modelrakette (neus, silindriese liggaam, vinne)

Aangesien soliede vuurpyl -dryfmiddel nie die beste opsie was om in 'n bevolkte gebied te lanseer nie, moes ek vir ander soorte dryfmiddel kies. Die mees algemene alternatiewe is lug en water onder druk. Omdat water die elektronika aan boord kan beskadig, moes lug onder druk die dryfmiddel wees, maar selfs 'n mini -lugpomp was te swaar en verbruik te veel elektrisiteit om op die HAAS te beskik. Gelukkig het ek gedink aan die mini CO2 -kapsules wat ek 'n paar dae gelede vir my fietsbande gekoop het, en besluit dat dit 'n effektiewe dryfmiddel sou wees.

Stap 3: materiaal

Om 'n HAAS te kan maak, benodig u die volgende.

Vir die raam:

• Dun houtplanke (of enige ligte en stabiele bord, MDF)
• Lang moere en boute
• Aluminium gaas
• 4x Aluminium skuifbalk
• 1x aluminium pyp
• 360 ° kamera (opsioneel, Samsung Gear 360)
• Groot stuk lap en tou (of 'n model -vuurpyl valskerm)

Vir die bekendstellingsmeganisme

• 2x lang vere
• 1x metaalstaaf
• Dun draad
• Sommige aluminium plate
• 1x broodbord
• 1x Arduino Uno (met USB -aansluiting)
• Temperatuur- en druksensor (Adafruit BMP085)
• Piezo Buzzer (Adafruit PS1240)
• Klein motor (Motorbank GWM12F)
• Springdrade
• Motorbeheerder (L298N Dual H-Bridge motorbeheerder)
• Batterye en batteryhouer

Vir die lugraket

• Blikvulblikkies vir CO2 -bande (Bontager CO2 -skroefdraad 16g)
• Verskeie aluminiumblikke (2 vir elke vuurpyl)
• Akriel plate (of plastiek)
• Lintjies
• Elastiese bande
• Lang snare
• Aksie kamera (opsioneel, Xiaomi aksie kamera)

Gereedskap:

• Gom geweer
• Epoxy stopverf (opsioneel)
• Saag-/diamantsnyer (opsioneel)
• 3D -drukker (opsioneel)
• Lasersnyer of CNC -freesmasjien (opsioneel)

Pasop! Gebruik die gereedskap versigtig en hanteer dit versigtig. Laat iemand anders bystaan om te help, indien moontlik, en kry hulp met sekere gereedskap as u nie weet hoe om dit te gebruik nie.

Stap 4: raam

1. Gebruik 'n lasersnyer, 'n CNC -freesmasjien of enige ander gereedskap om die dun houtbord in die vorm op die aangehegte foto's te sny. Die boonste laag bestaan uit twee borde wat met boute verbind is vir stabilisering. (Vir frees of lasersny word die lêers hieronder verskaf.
2. Sny die aluminiumskyfies in gelyke lengtes en steek dit in die splete langs die binneste ring van elke laag. Plak die lae met 'n gomgeweer sodat daar ruimte is vir die vuurpyl aan die bokant.
3. Plaas die aluminiumpyp in die middel van die middelste laag. Maak seker dat dit stabiel en so vertikaal as moontlik teenoor die laag is.
4. Boor 'n gaatjie in die onderste laag en bevestig die opsionele 360 ° -kamera. Ek het 'n verwyderbare rubberdeksel vir die kamera gemaak, ingeval die kamera 'n skok kry tydens die landingsfase.
5. Vou die groot stuk stof of lap in kleiner reghoeke en heg 8 toue van dieselfde lengte aan die verste hoeke vas. Bind die tou aan die verste kant vas sodat dit nie verstrengel raak nie. Die valskerm word heel aan die einde aangeheg.

Stap 5: Begin meganisme

1. Maak twee hake, een om die metaalstaaf te vertel en een om die sneller te wees. Ek het twee verskillende ontwerpe gebruik: een met metaalplate en een met 'n 3D -drukker. Ontwerp u hake op grond van die foto's hierbo, en die 3D -druklêers word hieronder gekoppel.

2. Om die sneller te laat los en die vuurpyl met 'n timer of 'n digitale hoogtemeter af te skiet, moet die Arduino -stroombaan gespesifiseer in die prent hierbo gemaak word. Die digitale hoogtemeter kan bygevoeg word deur hierdie penne aan te sluit.

   • Arduino A5 -> BMP085 SCL
   • Arduino A4 -> BMP085 SDA
   • Arduino +5V -> BMP085 VIN
   • Arduino GND -> BMP085 GND
3. Voeg die stroombaan by die HAAS. Koppel die snellerhaak met 'n draad aan die motor en draai die motor om te kyk of die haak glad kan uitskuif.
4. Maal die einde van die dun metaalstaaf en steek dit in die aluminiumpyp. Maak dan twee lang vere aan die einde van die staaf vas en verbind dit met die boonste laag. Buig die punt van die staaf sodat dit maklik aan die lanseringsmeganisme gehaak kan word.
5. Toets 'n paar keer om seker te maak dat die staaf glad begin.

3D -druk lêers:

Stap 6: Vuurpyl

1. Berei twee aluminiumbottels voor. Sny die boonste gedeelte van die een bottel en die onderste deel van die ander bottel.
2. Sny 'n effense kruisie bo -op die eerste bottel en die onderkant van die tweede bottel.
3. Gebruik draad en lap om 'n houer vir die CO2 -kapsule op die eerste bottel te maak.
4. Plaas 'n CO2 -kapsule in die boonste gedeelte en druk dit in die onderkant van die tweede bottel sodat die ingang van die CO2 -kapsule na onder wys.
5. Ontwerp en sny vinne met plastiek of akriel, en plak dit dan aan die kant van die vuurpyl vas. Gebruik enige voorkeur materiaal, in hierdie geval epoxy stopverf, vir die keël.
6. Sny 'n reghoekige gat aan die kant van die vuurpyl vir die opsionele aksiekamera.

Om die HAAS af te handel, draai die aluminiummaas om die raam nadat u die lanseermeganisme geïnstalleer het, en bind dit aan die klein gaatjies aan die buitekant vas. Sny 'n gat aan die kant om maklik in die toestel te kom. Maak 'n klein omhulsel vir die valskerm en plaas dit op die boonste laag. Vou die valskerm op en sit dit in die omhulsel.

Stap 7: Kodering

Die lanseermeganisme kan op twee verskillende maniere geaktiveer word: met 'n timer of 'n digitale hoogtemeter. Die Arduino -kode word verskaf, so lewer kommentaar op die metode wat u nie wil gebruik nie, voordat u dit na u Arduino oplaai.

Stap 8: Toets

As u 'n timer gebruik om die vuurpyl te begin, toets 'n paar keer 'n paar minute met 'n ekstra CO2 -kapsule.

As u die hoogtemeter gebruik, moet u toets of die lanseermeganisme sonder die vuurpyl werk deur die lanseringshoogte op ~ 2 meter te stel en die trap op te loop. Toets dit dan op 'n hoër lanseringshoogte deur met 'n hysbak op te gaan (my toets was 37,5 meter). Toets of die lanseermeganisme eintlik 'n vuurpyl lanseer deur die timer -metode te gebruik.

Ingesluit is 12 toetsvideo's van die HAAS

Stap 9: Resultate

Hopelik het u al probeer om self 'n vuurpyl te maak en miskien selfs 'n suksesvolle vuurpyllanseerder gevier. Ek moet egter rapporteer dat my lanseringspoging misluk het. Die hoofrede vir my mislukking was dat ek die hoeveelheid helium wat ek nodig gehad het om die HAAS op te lig, onderskat het. Deur die verhouding van die molêre massa van helium tot die molêre massa van lug, sowel as temperatuur en druk, te gebruik, het ek ongeveer bereken dat ek drie tenks 20L heliumgas nodig het, maar ek het agtergekom dat ek vreeslik verkeerd was. Aangesien dit as student moeilik was om tenks helium aan te skaf, het ek geen ekstra tenks gekry nie en kon ek selfs nie die HAAS bo 5 meter van die grond af kry nie. Dus, as u nog nie probeer het om met u vuurpyl te vlieg nie, is hier 'n advies: kry soveel helium as wat u in die hande kan kry. Eintlik sou dit waarskynlik meer redelik wees as u die hoeveelheid benodig wat u benodig bereken, met inagneming dat druk en temperatuur afneem namate die hoogte toeneem (binne ons vliegafstand), en hoe meer waterdamp daar is, hoe minder dryf helium dan kry twee keer die bedrag.

Na die mislukte lansering het ek besluit om die 360 -kamera te gebruik om 'n lugvideo van die omliggende rivier en park op te neem, en ek het dit aan die heliumballon vasgemaak met 'n lang tou aan die onderkant, en dit laat toe vlieg. Onverwags was die wind op 'n effense hoë hoogte in die teenoorgestelde rigting as die onderste winde, en die heliumballon het in 'n elektriese bedrading installasie in die omgewing ingedryf. In 'n desperate poging om my kamera te red en nie die bedrading te beskadig nie, het ek aan die aangehegte tou getrek, maar dit was nutteloos; die ballon is reeds in die draad vasgevang. Hoe op aarde kan soveel dinge op een dag skeefloop? Uiteindelik bel ek die bedradingmaatskappy en vra hulle om die kamera te gaan haal. Hulle het dit vriendelik gedoen, hoewel dit my drie maande geneem het om dit terug te kry. Hier is 'n paar foto's en video's van hierdie voorval vir u vermaak.

Hierdie ongeluk, hoewel dit eers nie by my opgekom het nie, toon 'n ernstige beperking op die gebruik van vuurpyle. Die ballonne kan nie gestuur word nie, ten minste nie met 'n ligte en maklik om te beheer meganisme wat op die HAAS geïnstalleer kan word nie, en daarom is dit byna onmoontlik om die vuurpyl in 'n beoogde baan te lanseer. Aangesien die omstandighede van elke lansering anders is en deurlopend verander, is dit moeilik om die beweging van die vuurpyl te voorspel, wat vereis dat die lansering op 'n plek sonder omringende kilometers plaasvind, want 'n mislukte lansering kan bewys gevaarlik te wees.

Ek glo dat hierdie beperking oorkom kan word deur 'n meganisme te ontwikkel om op 'n 3D -vliegtuig te navigeer met sleep van die ballon en die interpretasie van wind as vektorkragte. Idees waaraan ek gedink het, is seile, saamgeperste lug, propellers, beter raamontwerp, ens. Ontwikkelings van hierdie idees is iets waaraan ek sal werk met my volgende model van HAAS, en ek sien uit daarna om te sien hoe sommige van julle ontwikkel hulle ook.

Met 'n bietjie navorsing het ek gevind dat twee Stanford -lugvaart -hoofvakke, Daniel Becerra en Charlie Cox, 'n soortgelyke ontwerp gebruik het en 'n suksesvolle bekendstelling van 30 000 voet gehad het. Hulle opnames kan op die Stanford Youtube -kanaal gevind word. Maatskappye soos JP Aerospace ontwikkel "spesialiteite" op rakonne, ontwerp en lanseer meer komplekse rockons met vaste brandstof. Hul stelsel met tien ballonne, genaamd "The Stack", is 'n voorbeeld van verskillende verbeterings op die vuurpyl. Ek glo dat verskeie ander maatskappye in die toekoms sal werk om vuurpyle te vervaardig as 'n kostedoeltreffende manier om vuurpyle te laat afskiet.

Ek wil professor Kim Kwang Il bedank dat hy my deur hierdie projek ondersteun het, asook hulpbronne en advies verskaf het. Ek wil ook my ouers bedank dat hulle entoesiasties was oor dit waaroor ek passievol is. Laastens, maar nie die minste nie, wil ek u bedank vir die lees van hierdie instruksies. Hopelik word omgewingsvriendelike tegnologie binnekort in die ruimtebedryf ontwikkel, wat meer gereelde besoeke aan die wonders daar buite moontlik maak.