Overkill Model Rocket Launch Pad! - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:15

Een tijdje geleden heb ik een Instructables-bericht uitgebracht over mijn 'Overkill Model Rocket Launch Controller', samen met een YouTube-video. Ik heb het gemaakt als onderdeel van een enorm modelraketproject waarbij ik alles zo overkill mogelijk maak, in een poging om zoveel mogelijk te leren over elektronica, programmeren, 3D-printen en andere vormen van maken. De Instructables-post was erg populair en mensen leken het leuk te vinden, dus ik besloot dat het de moeite waard was om er een te maken over mijn nieuwe overkill-lanceerplatform!

Een typisch modelraketlanceerplatform bestaat uit een rail die de raket geleidt en een basisstructuur om hem vast te houden. Maar omdat ik de dingen zo overkill mogelijk probeer te maken, wist ik dat ik niet zomaar een rail kon hebben. Na veel onderzoek vond ik een paar modelraketlanceerplatforms die lijken op echte lanceerplatforms, hoewel ze van hout waren en er nogal rommelig uitzagen.

Dus begon ik te brainstormen hoe ik de mijne de meest geavanceerde en te gecompliceerde ter wereld kon maken. Ik besloot dat geen enkel idee 'te gek' of 'onmogelijk was voor een 16-jarige om te realiseren', dus elk idee dat betaalbaar was, werd opgeschreven en gecreëerd. Ik besloot vanaf het begin dat ik het badass-thema wilde voortzetten dat op mijn raket en controller te zien is, dus een stalen frame en aluminium platen was zeker de juiste keuze.

Maar Eddy, wat heeft het lanceerplatform en wat maakt het zo anders?

Nou, mijn modelraket is niet bepaald een typische raket met vin. In plaats daarvan is de raket gevuld met aangepaste elektronica en controleapparatuur voor stuwkrachtvectoren. Thrust Vector Control, of TVC, houdt in dat de motor in de raket wordt verplaatst om zijn stuwkracht te richten en daarom de raket naar zijn juiste baan te sturen. Het gaat echter om GPS-begeleiding, wat ILLEGAAL is! Dus mijn raket gebruikt TVC om de raket super stabiel rechtop te houden met een gyroscoop op de vluchtcomputer, geen GPS-apparatuur. Actieve stabilisatie is legaal, begeleiding niet!

Na deze lange intro heb ik nog steeds niet uitgelegd wat de pad eigenlijk doet en wat de functies zijn! Het lanceerplatform is geen simpele rail, maar een zeer complex systeem vol mechanische onderdelen, elektronica en pneumatiek. Het doel was om het op een echt lanceerplatform te laten lijken, wat veel van de functies verklaart. De pad heeft een pneumatische zuiger om de strongback in te trekken, 3D-geprinte bovenste klemmen en basisklemmen, draadloze communicatie met de controller, veel RGB-verlichting (natuurlijk!), een stalen frame, aluminium traanplaat die de basis bedekt, geborstelde aluminium zijkanten, een vlammengeul en meerdere aangepaste computers om alles te besturen.

Ik zal zeer binnenkort een YouTube-video over het lanceerplatform uitbrengen, evenals veel andere video's van dingen die ik heb gemaakt in de aanloop naar de eerste lancering in ongeveer 2 maanden. Een ander belangrijk ding om op te merken is dat dit Instructables-bericht minder een how-to en meer van mijn proces en wat stof tot nadenken zal zijn.

Benodigdheden

Aangezien ik in Australië woon, zullen mijn onderdelen en links waarschijnlijk anders zijn dan die van u. Ik raad u aan zelf onderzoek te doen om te vinden wat geschikt is voor uw project.

De basis:

Materiaal om het frame te bouwen (hout, metaal, acryl enz.)

Knoppen en schakelaars

PLA-filament

Veel M3-schroeven

Elektronica

Je kunt alle tools gebruiken die je hebt, maar dit is wat ik voornamelijk heb gebruikt:

Soldeerbout

Oefening

Sigarettenaansteker (voor krimpkous)

Druppelzaag

MIG lasser

Tang

Schroevendraaiers

Multimeter (dit was een levensredder voor mij!)

Stap 1: Aan de slag

Wat moet het lanceerplatform doen? Hoe moet het eruit zien? Hoe kan ik het dit laten doen? Wat is de begroting? Dit zijn allemaal super belangrijke vragen die je jezelf moet stellen voordat je aan deze taak begint. Dus begin met wat papier te pakken, schetsen te maken en ideeën op te schrijven. Veel onderzoek doen zal je ook veel helpen, het kan je misschien net dat gouden idee geven dat het zoveel beter maakt!

Als je eenmaal hebt nagedacht over alles wat je wilt dat het doet, verdeel het dan in secties zodat het niet zo overweldigend is. Mijn belangrijkste 6 secties waren metaalwerk, basisklemmen, pneumatiek, software, elektronica en verlichting. Door het op te splitsen in secties, was ik in staat om dingen in een volgorde te doen en prioriteit te geven aan wat er zo snel mogelijk moest gebeuren.

Zorg ervoor dat je alles heel goed plant en schema's maakt van elk systeem zodat je begrijpt hoe alles zal werken. Als je eenmaal weet wat het moet doen en hoe je het gaat doen, is het tijd om het te gaan bouwen!

Stap 2: Metaalbewerking

Ik besloot dat dit lanceerplatform een geweldige kans zou zijn om iets over metaalbewerking te leren, dus dat is wat ik deed. Ik ben begonnen met het ontwerpen van de staalconstructie en inclusief alle afmetingen. Ik ging voor een vrij eenvoudig frame, hoewel ik besloot om de uiteinden tot 45 graden te knippen waar er een bocht van 90 graden was, gewoon om wat meer te leren en wat meer ervaring op te doen. Mijn uiteindelijke ontwerp was het basisframe, met de verstevigde rugleuning eraan op een scharnier. Het zou dan aluminium hebben om het te bedekken en randen om het een beetje netter te maken. Het zou ook een vlamgeul bevatten die is gemaakt van stalen buizen met aan het uiteinde een snede van ongeveer 45 graden, zodat de vlam onder een kleine hoek naar buiten komt.

Ik begon met het snijden van alle delen van het frame en ze vervolgens aan elkaar te lassen. Ik zorgde ervoor dat er geen lasnaden aan de buitenkant waren, anders zouden de aluminium platen niet vlak tegen het frame zitten. Na veel klemmen en magneten kon ik het frame recht laten lassen. Vervolgens heb ik alle aluminium platen op maat gesneden met een grote metaalschaar en de randstroken gesneden met een aantal blikschaartjes. Toen dat eenmaal was gebeurd, werd alles op zijn plaats geschroefd, wat moeilijker bleek dan ik had verwacht.

De verstevigde stalen en aluminium rand werden vervolgens zwart geverfd en de verstevigde leuning werd op zijn scharnier geïnstalleerd. Ten slotte werden enkele eenvoudige stalen beugels gemaakt voor de zuiger, waardoor deze de strongback kon terugtrekken en op zijn draaipunt kon draaien.

Stap 3: Basisklemmen

Nu het hoofdframe klaar was en de pad ergens op begon te lijken, besloot ik dat ik de raket zo snel mogelijk wilde vasthouden. Dus de basisklemmen en bovenklemmen waren de volgende op de lijst.

De basisklemmen moesten in staat zijn om de raket vast te houden terwijl hij onder druk staat, en hem dan op een exact tijdstip los te laten. Met ongeveer 4,5 kg stuwkracht zou de raket de sg90-servomotoren vernietigen die op de basisklemmen worden gebruikt. Dit betekende dat ik een mechanisch ontwerp moest maken dat alle spanning van de servo zou wegnemen en in plaats daarvan door een structureel onderdeel zou brengen. De servo moest vervolgens de klem gemakkelijk kunnen intrekken zodat de raket kan opstijgen. Ik besloot om wat inspiratie te halen uit een nutteloze doos voor dit ontwerp.

De servo's en mechanische onderdelen moesten ook volledig worden afgedekt zodat ze niet in direct contact zouden komen met de uitlaat van de raket, dus werden zij- en bovenkappen gemaakt. De bovenklep moest bewegen om de 'doos' te sluiten toen de klem werd ingetrokken, ik gebruikte gewoon wat elastiekjes om hem naar beneden te trekken. Al zou je ook veren of een ander mechanisch onderdeel kunnen gebruiken om het te trekken. De basisklemmen moesten vervolgens op een verstelbare rail op het lanceerplatform worden gemonteerd, zodat hun positie nauwkeurig kon worden afgesteld en ze mogelijk andere raketten konden vasthouden. Aanpassingsvermogen was belangrijk voor de basisklemmen.

De basisklemmen waren erg uitdagend voor mij, omdat ik geen ervaring heb met mechanische onderdelen en alles moest toleranties van 0,1 mm hebben om soepel te werken. Het kostte me 4 opeenvolgende dagen vanaf het moment dat ik met de klemmen begon tot het moment dat ik de eerste volledig werkende klem had, omdat er veel CAD en prototyping bij kwam kijken om ze soepel te laten werken. Het was toen nog een week van 3D-printen, omdat elke klem 8 onderdelen heeft om te werken.

Later, toen ik de padcomputer had geïnstalleerd, realiseerde ik me dat ik van plan was om slechts één Arduino-pin te gebruiken om de vier servo's te besturen. Dit werkte uiteindelijk niet en ik had ook problemen met de spanningsregelaar, dus maakte ik een 'servocomputer' die zich onder het lanceerplatform bevindt en de klemmen bestuurt. De regelaars werden vervolgens op de aluminium platen van de pads gemonteerd om als een groot koellichaam te worden gebruikt. De servocomputer schakelt ook de stroom naar de servo's met MOSFET's in en uit, zodat ze niet constant onder spanning staan.

Stap 4: Bovenste klemmen

Na weken werken aan de basisklemmen en aanverwante elektronica was het tijd om meer klemmen te maken! De bovenste klemmen hebben een heel eenvoudig ontwerp, hoewel ze erg zwak zijn en in de toekomst zeker zullen worden geüpgraded. Ze zijn slechts een eenvoudige beugel die op de strongback wordt geschroefd en de servomotoren vasthoudt. Op deze servomotoren zijn de armen gemonteerd waar een servohoorn in is gelijmd met epoxy. Tussen deze armen en de raket bevinden zich enkele kleine, gebogen stukken die roteren en zich vormen naar de vorm van de raket.

Deze klemmen hebben kabels die door de strongback naar de hoofdpadcomputer lopen die ze bestuurt. Een ding om toe te voegen is dat het lang duurde om hun open en gesloten posities in de software af te stemmen, omdat ik probeerde de servo's niet te blokkeren, maar de raket nog steeds stevig vast te houden.

Om de klemmen te ontwerpen, tekende ik een 2D-aanzicht van de bovenkant van de raket en de sterke rug, met de exacte afmetingen ertussen. Ik was toen in staat om de armen op de juiste lengte te ontwerpen en de servo's op de juiste breedte uit elkaar om de raket vast te houden.

Stap 5: Verlichting

De meeste stappen vanaf hier zijn niet echt in een willekeurige volgorde, ik zou in principe kunnen doen waar ik zin in had op die dag of week. Ik concentreerde me echter nog steeds maar op één sectie tegelijk. Het lanceerplatform heeft 8 RGB-LED's die zijn aangesloten op drie Arduino-pinnen, wat betekent dat ze allemaal dezelfde kleur hebben en niet individueel adresseerbaar zijn. Het voeden en besturen van zoveel RGB-LED's was een grote taak op zich, aangezien elke LED zijn eigen weerstand nodig heeft. Het andere probleem was dat ze te veel stroom zouden trekken als ze op één Arduino-pin per kleur zaten, dus hadden ze een externe spanningsbron nodig die op de juiste spanning werd geregeld.

Om dit allemaal te doen, heb ik een andere computer gemaakt, het 'LED-bord'. Het kan tot 10 RGB-LED's van stroom voorzien, die allemaal hun eigen weerstanden hebben. Om ze allemaal van stroom te voorzien, gebruikte ik transistors om stroom te halen uit de gereguleerde spanning en kleuren aan te zetten zoals ik wilde. Hierdoor kon ik nog steeds slechts drie Arduino-pinnen gebruiken, maar niet te veel stroom trekken dat het bord zou frituren.

Alle LED's zitten in op maat gemaakte 3D-geprinte beugels die ze op hun plaats houden. Ze hebben ook op maat gemaakte Dupont-kabels die op het LED-bord worden aangesloten en netjes door de structuur van het lanceerplatform worden geleid.

Stap 6: Penumatica

Ik ben altijd geïnteresseerd geweest in zowel pneumatiek als hydrauliek, maar heb nooit helemaal begrepen hoe de systemen werkten. Door een goedkope zuiger en goedkope fittingen te kopen, kon ik leren hoe pneumatiek werkte en deze op mijn eigen systeem toepassen. Het doel was om de strongback soepel in te trekken met de pneumatische zuiger.

Het systeem zou een luchtcompressor, stroombegrenzers, een luchttank, kleppen, een overdrukventiel en een reeks fittingen vereisen. Met wat slim ontwerpen en een aantal op maat gemaakte 3D-geprinte haakjes, kon ik dit nauwelijks in de pad passen.

Het systeem dat ik ontwierp was vrij eenvoudig. Een luchtcompressorpomp vult een luchttank en een manometer wordt gebruikt om de druk te bekijken (30PSI-doel). Een overdrukventiel zou worden gebruikt voor het aanpassen van de druk in de tanks, de veiligheid en het vrijgeven van de lucht wanneer deze niet wordt gebruikt. Wanneer de strongback klaar is om in te trekken, zou een magneetklep door de computer worden geactiveerd, waardoor lucht in de zuiger komt en deze terugduwt. Stroombegrenzers zouden worden gebruikt als een manier om deze terugtrekbeweging te vertragen.

De luchttank wordt momenteel niet gebruikt, omdat ik er nog niet de benodigde fittingen voor heb. De tank is gewoon een oude, kleine brandblusser en gebruikt een zeer unieke pasmaat. En ja, dat is een dumbbell van 2 kg, als hij er niet was, zou de pad kantelen wanneer de strongback zich terugtrekt.

Stap 7: Elektronica

Het belangrijkste deel, het hoofddeel en het deel met eindeloze problemen. Alles wordt elektronisch aangestuurd, maar enkele simpele maar domme PCB-ontwerpen en schematische fouten veroorzaakten nachtmerries. Het draadloze systeem is nog steeds onbetrouwbaar, bepaalde ingangen zijn defect, er is ruis in de PWM-lijnen en een aantal functies die ik had gepland werken niet. Ik zal in de toekomst alle elektronica opnieuw maken, maar ik zal er voorlopig mee leven omdat ik dol ben op de eerste lancering. Als je een volledig autodidactische 16-jarige bent zonder kwalificaties en zonder ervaring, gaan er dingen fout en mislukken. Maar falen is hoe je leert, en als gevolg van mijn vele fouten heb ik veel kunnen leren en mijn vaardigheden en kennis kunnen vergroten. Ik verwachtte dat de elektronica ongeveer twee weken zou duren, na 2,5 maand werkt het nog steeds nauwelijks, zo erg heb ik deze gefaald.

Laten we, weg van alle problemen, praten over wat wel werkt en wat het was/is bedoeld om te doen. De computer is oorspronkelijk ontworpen voor vele doeleinden. Deze omvatten LED-besturing, servobesturing, klepbesturing, ontstekingsbesturing, draadloze communicatie, modusomschakeling met externe ingangen en de mogelijkheid om te schakelen tussen batterijvoeding en externe voeding. Veel hiervan werkt niet of is defect, hoewel toekomstige versies van de Thrust PCB deze situatie zullen verbeteren. Ik heb ook 3D een hoes voor de computer geprint om direct contact met de uitlaat te stoppen.

Er was tijdens het hele proces enorm veel soldeerwerk nodig, aangezien ik twee hoofdcomputers, een servocomputer, twee LED-borden, veel bedrading en aangepaste Dupont-kabels maakte. Alles was ook goed geïsoleerd met krimpkous en elektrische tape, maar dat weerhield er niet van dat er nog steeds korte broeken ontstonden!

Stap 8: Software

Software! Het deel waar ik het de hele tijd over heb, maar in dit stadium niet graag loslaat. Alle projectsoftware zal uiteindelijk worden vrijgegeven, maar ik houd het voorlopig vast.

Ik had zeer gecompliceerde en langdurige software ontworpen en geproduceerd om het perfect met de controller te laten communiceren. Hoewel draadloze hardwareproblemen me dwongen om de software extreem eenvoudig opnieuw te maken. Nu gaat de pad aan, hij zet zich in en de klemmen om de raket vast te houden en hij wacht op één signaal van de controller dat hem vertelt om te beginnen met aftellen. Het gaat dan automatisch door met aftellen en start zonder dat er vervolgsignalen worden ontvangen. Dit maakt de noodstopknop op de controller onbruikbaar! Je kunt erop drukken, maar als het aftellen eenmaal is begonnen, is er geen houden meer aan!

Het is mijn hoogste prioriteit om het draadloze systeem direct na de eerste lancering te repareren. Hoewel het ongeveer anderhalve maand werk (in theorie) en honderden dollars zal kosten, daarom ben ik het nu niet aan het repareren. Het is bijna een jaar geleden dat ik met het project begon en ik probeer de raket op of voor het eenjarig jubileum (4 oktober) de lucht in te krijgen. Dit zal me dwingen om te lanceren met gedeeltelijk onvolledige grondsystemen, hoewel de eerste lancering hoe dan ook meer gericht is op de prestaties van de raketten.

Ik zal dit gedeelte in de toekomst bijwerken met de definitieve software en een volledige uitleg.

Stap 9: Testen

Testen, testen, testen. NIETS wat ik maak werkt perfect eerst proberen, zo leer ik het! Het is in dit stadium dat je rook begint te zien, alles stopt met werken of dingen breken. Het is gewoon een kwestie van geduld hebben, het probleem vinden en uitzoeken hoe het op te lossen. Dingen zullen langer duren dan je verwacht en duurder zijn dan je dacht, maar als je een overkill-raket wilt bouwen zonder ervaring, dan moet je dat gewoon accepteren.

Zodra alles perfect en soepel werkt (in tegenstelling tot de mijne), bent u klaar om het te gebruiken! In mijn geval zal ik mijn zeer overkill-modelraket lanceren, waar het hele project op is gebaseerd …

Stap 10: Lancering

Iedereen die zich mijn laatste Instructables-post herinnert, weet dat dit het punt is waarop ik je teleurstel. De raket is nog steeds niet gelanceerd, want het is een enorm project! Ik mik momenteel op 4 oktober, maar we zullen zien of ik die deadline haal. Voor die tijd moet ik nog veel meer dingen maken en veel testen, wat betekent dat er de komende twee maanden meer Instructables-berichten en YouTube-video's zullen zijn!

Maar terwijl je wacht op die mooie lanceringsbeelden, waarom zou je de voortgang niet volgen en kijken waar ik ben met dit alles:

YouTube:

Twitter (dagelijkse updates):

Instagram:

Controller Instructables:

Mijn onbetrouwbare website:

Stickers:

Ik werk momenteel aan de lanceerplatformvideo die binnen een paar weken (hopelijk) op YouTube zal staan!

Stap 11: Een stap verder!?

Het is duidelijk dat ik nog een lange weg te gaan heb voordat alles werkt zoals ik het wil, hoewel ik al een lijst heb met toekomstige ideeën over hoe ik het beter en meer overkill zou kunnen maken! Evenals enkele belangrijke upgrades.

- Sterkere bovenste klemmen

- Strongback demping

- Bekabelde back-up (voor als de draadloze verbinding lastig is)

- Externe voedingsoptie

- Weergavemodus

- Lanceer navelstreng

- En natuurlijk alle huidige problemen oplossen

Over actuele problemen gesproken:

- Defect draadloos systeem

- MOSFET-problemen

- PWM-ruis

-1 manier Strongback bediening

Bedankt voor het lezen van mijn bericht, ik hoop dat je er veel inspiratie uit haalt!