Piattaforma di lancio del razzo Overkill Model!: 11 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:00

Qualche tempo fa ho pubblicato un post di Instructables sul mio "Overkill Model Rocket Launch Controller" insieme a un video di YouTube. L'ho realizzato come parte di un enorme progetto di razzo modello in cui sto rendendo tutto il più esagerato possibile, nel tentativo di imparare il più possibile sull'elettronica, la programmazione, la stampa 3D e altre forme di creazione. Il post di Instructables era molto popolare e sembrava che alla gente piacesse, quindi ho deciso che valeva la pena farne uno sul mio nuovo trampolino di lancio eccessivo!

Un tipico modello di piattaforma di lancio di un razzo è costituito da un binario che guida il razzo e da una struttura di base per sostenerlo. Ma mentre sto cercando di rendere le cose il più esagerate possibile, sapevo che non potevo semplicemente avere un binario. Dopo molte ricerche ho trovato un paio di rampe di lancio di razzi modello che sono simili a vere piattaforme di lancio, anche se erano fatte di legno e sembravano piuttosto disordinate.

Così ho iniziato a pensare a come potevo rendere il mio il più avanzato e complicato al mondo. Ho deciso che nessuna idea era "troppo folle" o "impossibile da realizzare per un sedicenne", quindi qualsiasi idea che fosse accessibile è stata scritta e creata. Ho deciso fin dall'inizio che volevo continuare il tema tosto che si vede sul mio razzo e controller, quindi un telaio in acciaio e piastre in alluminio era sicuramente la strada da percorrere.

Ma Eddy, cosa ha la rampa di lancio e cosa fa che la rende così diversa?

Beh, il mio modello di razzo non è esattamente un tipico razzo con pinna. Invece il razzo è pieno di elettronica personalizzata e apparecchiature di controllo del vettore di spinta. Il controllo del vettore di spinta, o TVC, comporta lo spostamento del motore all'interno del razzo per dirigere la sua spinta e quindi guidare il razzo sulla sua traiettoria appropriata. Tuttavia si tratta di una guida GPS che è ILLEGALE! Quindi il mio razzo utilizza TVC per mantenere il razzo super stabile in posizione verticale con un giroscopio sul computer di volo, senza attrezzatura GPS. La stabilizzazione attiva è legale, la guida no!

Dopo questa lunga introduzione non ho ancora spiegato cosa fa effettivamente il pad e quali sono le sue caratteristiche! La rampa di lancio non è una semplice rotaia, ma piuttosto un sistema molto complesso pieno di parti meccaniche, elettroniche e pneumatiche. L'obiettivo era renderlo simile a un vero trampolino di lancio, il che spiega molte delle caratteristiche. Il pad è dotato di un pistone pneumatico per ritrarre il strongback, morsetti superiori e morsetti di base stampati in 3D, comunicazione wireless con il controller, molta illuminazione RGB (ovviamente!), telaio in acciaio, piastra striata in alluminio che copre la base, lati in alluminio spazzolato, una trincea di fuoco e più computer personalizzati per controllare tutto.

Rilascerò molto presto un video di YouTube sulla rampa di lancio, oltre a molti altri video di cose che ho realizzato in vista del primo lancio in circa 2 mesi. Un'altra cosa importante da notare è che questo post di Instructables sarà meno un how-to e più del mio processo e alcuni spunti di riflessione.

Forniture

Poiché vivo in Australia, le mie parti e i miei collegamenti saranno probabilmente diversi dai tuoi, ti consiglio di fare le tue ricerche per trovare ciò che è giusto per il tuo progetto.

Le basi:

Materiale per costruire il telaio (legno, metallo, acrilico ecc.)

Pulsanti e interruttori

Filamento PLA

Molte viti M3

Elettronica

Puoi usare qualsiasi strumento tu abbia, ma ecco cosa ho usato principalmente:

Saldatore

Trapano

Accendisigari (per tubi termorestringenti)

Sega a caduta

Saldatrice MIG

Pinze

Cacciaviti

Multimetro (questo mi ha salvato la vita!)

Passaggio 1: iniziare

Cosa deve fare la rampa di lancio? Che aspetto ha? Come posso farlo fare questo? Qual è il bilancio? Queste sono tutte domande molto importanti da porsi prima di iniziare ad affrontare questo compito. Quindi inizia prendendo della carta, disegnando degli schizzi e annotando le idee. Anche fare molte ricerche ti aiuterà molto, potrebbe darti quell'idea d'oro che lo rende molto migliore!

Una volta che hai pensato a tutto ciò che vuoi che faccia, suddividilo in sezioni in modo che non sia così travolgente. Le mie 6 sezioni principali erano la lavorazione dei metalli, i morsetti di base, la pneumatica, il software, l'elettronica e l'illuminazione. Suddividendolo in sezioni, sono stato in grado di fare le cose in un ordine e dare la priorità a ciò che doveva essere fatto il prima possibile.

Assicurati di pianificare tutto molto bene e di creare diagrammi di ogni sistema in modo da poter capire come funzionerà tutto. Una volta che sai cosa deve fare e come lo farai, è ora di iniziare a costruirlo!

Passaggio 2: lavorazione del metallo

Ho deciso che questo trampolino di lancio sarebbe stato un'ottima opportunità per imparare qualcosa sulla lavorazione dei metalli, quindi è quello che ho fatto. Ho iniziato progettando la struttura in acciaio e includendo tutte le dimensioni. Ho optato per un telaio abbastanza semplice, anche se ho deciso di tagliare le estremità a 45 gradi ovunque ci fosse una curva di 90 gradi, solo per imparare un po' di più e acquisire un po' più di esperienza. Il mio progetto finale era il telaio di base, con il rinforzo montato su di esso su una cerniera. Avrebbe poi un rivestimento in alluminio e strisce di bordo per renderlo un po' più ordinato. Includerebbe anche una trincea di fiamma realizzata con tubi di acciaio che avevano alcuni tagli di 45 gradi all'estremità, in modo che la fiamma esca con una leggera angolazione.

Ho iniziato tagliando tutti i pezzi del telaio e poi saldandoli insieme. Mi sono assicurato che non ci fossero saldature all'esterno, altrimenti le piastre di alluminio non sarebbero state a filo del telaio. Dopo un sacco di serraggi e magneti, sono riuscito a saldare il telaio in modo corretto. Ho quindi tagliato a misura tutte le lastre di alluminio con delle grosse cesoie metalliche e ho tagliato le strisce di bordatura con delle forbicine di latta. Una volta fatto, tutto è stato avvitato al suo posto, il che si è rivelato più difficile di quanto mi aspettassi.

La bordatura in acciaio e alluminio del blindato è stata poi verniciata di nero e il blindato è stato installato sulla sua cerniera. Per il pistone, infine, sono state realizzate delle semplici staffe in acciaio, che gli hanno permesso di arretrare il forte e ruotare nel suo punto di articolazione.

Passaggio 3: morsetti di base

Con il telaio principale fatto e il pad che iniziava a sembrare qualcosa, ho deciso che volevo farlo contenere il razzo il prima possibile. Quindi i morsetti di base e i morsetti superiori erano i prossimi nell'elenco.

I morsetti della base dovevano essere in grado di trattenere il razzo mentre è sotto spinta, e quindi rilasciarlo in un momento esatto. Con circa 4,5Kg di spinta, il razzo distruggerebbe i servomotori sg90 che vengono utilizzati sui morsetti di base. Ciò significava che dovevo creare un design meccanico che eliminasse tutto lo stress dal servo e lo facesse invece passare attraverso una parte strutturale. Il servo quindi doveva essere in grado di ritrarre facilmente il morsetto in modo che il razzo potesse decollare. Ho deciso di prendere ispirazione da una scatola inutile per questo disegno.

Anche i servi e le parti meccaniche dovevano essere completamente coperte in modo che non fossero a diretto contatto con lo scarico dei razzi, quindi sono state realizzate coperture laterali e superiori. Il coperchio superiore doveva spostarsi per chiudere la "scatola" quando il morsetto si è ritirato, ho semplicemente usato degli elastici per tirarlo giù. Anche se potresti anche usare molle o un'altra parte meccanica per tirarlo. I morsetti di base dovevano quindi essere montati sulla rampa di lancio su una guida regolabile in modo che la loro posizione potesse essere regolata con precisione e potessero potenzialmente contenere altri razzi. L'adattabilità era importante per i morsetti di base.

I morsetti di base sono stati molto impegnativi per me poiché non ho esperienza con le parti meccaniche e tutto doveva avere tolleranze di 0,1 mm per funzionare senza problemi. Mi ci sono voluti 4 giorni di fila da quando ho iniziato le pinze a quando ho avuto la prima pinza completamente funzionante poiché c'era molto CAD e prototipazione coinvolti per farle funzionare senza problemi. È stata quindi un'altra settimana di stampa 3D, poiché ogni pinza ha 8 parti su cui lavorare.

Più tardi, quando ho installato il computer del pad, mi sono reso conto che avevo pianificato di utilizzare solo un pin Arduino per controllare i quattro servi. Questo ha finito per non funzionare e ho anche avuto problemi con il regolatore di tensione, quindi ho realizzato un "computer servo" che si trova sotto la piattaforma di lancio e controlla i morsetti. I regolatori sono stati poi montati sulle piastre di alluminio dei pad per essere utilizzati come un grande dissipatore di calore. Il servocomputer accende e spegne anche l'alimentazione ai servi con i MOSFET, in modo che non siano accesi sotto stress costante.

Passaggio 4: morsetti superiori

Dopo settimane di lavoro sui morsetti di base e sull'elettronica correlata era giunto il momento di realizzare altri morsetti! I morsetti superiori hanno un design molto semplice, anche se sono molto deboli e verranno sicuramente aggiornati in futuro. Sono solo una semplice staffa che si avvita sul rinforzo e tiene i servomotori. Su questi servomotori sono montati i bracci che hanno una squadretta del servo incollata con resina epossidica. Tra queste braccia e il razzo ci sono dei piccoli pezzi curvi che ruotano e si modellano alla forma dei razzi.

Questi morsetti hanno cavi che scendono attraverso il rinforzo e nel computer del pad principale che li controlla. Una cosa da aggiungere è che ci è voluto molto tempo per mettere a punto le loro posizioni di apertura e chiusura nel software poiché stavo cercando di non bloccare i servi, ma di tenere comunque saldamente il razzo.

Per progettare i morsetti, ho disegnato una vista 2D della parte superiore del razzo e del rinforzo, con le dimensioni esatte tra di loro. Sono stato quindi in grado di progettare i bracci alla giusta lunghezza e i servi alla giusta larghezza per tenere il razzo.

Passaggio 5: illuminazione

La maggior parte dei passaggi da qui non sono davvero in alcun ordine, potrei praticamente fare qualsiasi cosa mi sentissi in quel giorno o settimana. Tuttavia, mi sono concentrato solo su una sezione alla volta. La rampa di lancio ha 8 LED RGB collegati a tre pin Arduino, il che significa che sono tutti dello stesso colore e non sono indirizzabili individualmente. Alimentare e controllare così tanti LED RGB è stato un compito arduo da solo, poiché ogni LED ha bisogno del proprio resistore. L'altro problema era che avrebbero assorbito troppa corrente se fossero stati su un pin Arduino per colore, quindi avevano bisogno di una fonte di tensione esterna, regolata alla tensione corretta.

Per fare tutto questo ho realizzato un altro computer chiamato "LED Board". È in grado di alimentare fino a 10 LED RGB che hanno tutti i propri resistori. Per alimentarli tutti ho usato dei transistor per prendere energia dal voltaggio regolato e accendere i colori come volevo. Questo mi ha permesso di usare ancora solo tre pin Arduino, ma non tirare troppa corrente da friggere la scheda.

Tutti i LED sono in staffe stampate in 3D personalizzate che li tengono in posizione. Hanno anche cavi Dupont personalizzati che si collegano alla scheda LED e sono ordinatamente instradati attraverso la struttura della piattaforma di lancio.

Passaggio 6: Penumatici

Sono sempre stato interessato sia alla pneumatica che all'idraulica, anche se non ho mai capito completamente come funzionassero i sistemi. Acquistando un pistone economico e raccordi economici, ho potuto apprendere come funzionava la pneumatica e applicarli al mio sistema. L'obiettivo era quello di ritrarre dolcemente lo strongback con il pistone pneumatico.

Il sistema richiederebbe un compressore d'aria, limitatori di flusso, un serbatoio d'aria, valvole, una valvola limitatrice di pressione e una serie di raccordi. Con un design intelligente e un mucchio di staffe stampate in 3D personalizzate, sono riuscito a malapena a inserire tutto questo all'interno del pad.

Il sistema che ho progettato era abbastanza semplice. Una pompa del compressore d'aria riempie un serbatoio d'aria e un manometro viene utilizzato per visualizzare la pressione (target (30PSI). Una valvola limitatrice di pressione verrebbe utilizzata per regolare la pressione dei serbatoi, la sicurezza e il rilascio dell'aria quando non viene utilizzata. Quando il blindato è pronto a ritrarsi, un'elettrovalvola viene attivata dal computer, facendo entrare aria nel pistone e spingendolo indietro. I limitatori di flusso sarebbero usati come un modo per rallentare questo movimento di ritrazione.

Il serbatoio dell'aria non viene attualmente utilizzato, poiché non ho ancora i raccordi necessari per esso. Il serbatoio è solo un vecchio e piccolo estintore e utilizza una dimensione di raccordo davvero unica. E sì, questo è un manubrio da 2 kg, se non fosse lì il pad si inclinerebbe quando lo strongback si ritrae.

Passaggio 7: elettronica

La parte più importante, la parte principale e la parte con infiniti problemi. Tutto è controllato elettronicamente, ma alcuni semplici ma stupidi progetti di PCB e errori schematici hanno causato incubi. Il sistema wireless è ancora inaffidabile, alcuni ingressi sono difettosi, c'è rumore nelle linee PWM e molte delle funzionalità che avevo pianificato non funzionano. Rifarò tutta l'elettronica in futuro, ma per ora ci vivrò perché sono entusiasta del primo lancio. Quando sei un sedicenne completamente autodidatta senza qualifiche e senza esperienza, le cose sono destinate ad andare male e fallire. Ma il fallimento è il modo in cui impari, e come risultato dei miei molti errori sono stato in grado di imparare molto e migliorare le mie capacità e conoscenze. Mi aspettavo che l'elettronica impiegasse circa due settimane, dopo 2,5 mesi funziona ancora a malapena, ecco quanto ho fallito con questo.

Lontano da tutti i problemi, parliamo di cosa funziona e cosa doveva/dovrebbe fare. Il computer è stato originariamente progettato per servire a molti scopi. Questi includono il controllo LED, il servocomando, il controllo della valvola, il controllo dell'accensione, la comunicazione wireless, la commutazione della modalità con ingressi esterni e la possibilità di passare dall'alimentazione a batteria all'alimentazione esterna. Molte di queste non funzionano o sono difettose, anche se le versioni future del Thrust PCB miglioreranno questa situazione. Ho anche stampato in 3D una cover per il computer per interrompere il contatto diretto con lo scarico.

C'era un'enorme quantità di saldature coinvolte durante il processo poiché ho realizzato due computer principali, un servocomputer, due schede LED, molti cablaggi e cavi Dupont personalizzati. Tutto è stato anche adeguatamente isolato con tubi termorestringenti e nastro isolante, anche se ciò non ha impedito che i cortocircuiti continuassero a verificarsi!

Passaggio 8: software

Software! La parte di cui parlo sempre ma che sono riluttante a rilasciare in questa fase. Tutto il software del progetto verrà rilasciato alla fine, ma per ora lo tengo stretto.

Avevo progettato e prodotto un software molto complicato e lungo per interfacciarlo perfettamente con il controller. Anche se i problemi hardware wireless mi hanno costretto a rifare il software in modo estremamente semplice. Ora il pad si accende, si imposta e si blocca per trattenere il razzo e attende un segnale dal controller che gli dica di iniziare il conto alla rovescia. Quindi esegue automaticamente il conto alla rovescia e si avvia senza ricevere segnali di follow-up. Questo rende inutile il pulsante di emergenza sul controller! Puoi premerlo ma una volta che il conto alla rovescia è iniziato, non c'è modo di fermarlo!

La mia massima priorità è riparare il sistema wireless subito dopo il primo avvio. Anche se ci vorrà circa un mese e mezzo di lavoro (in teoria) e centinaia di dollari, motivo per cui non lo sto risolvendo in questo momento. È passato quasi un anno da quando ho iniziato il progetto e sto cercando di portare il razzo in cielo o prima del primo anniversario (4 ottobre). Questo mi costringerà a lanciare con sistemi di terra parzialmente incompleti, anche se il primo lancio è comunque più focalizzato sulle prestazioni dei razzi.

Aggiornerò questa sezione in futuro per includere il software finale e una spiegazione completa.

Passaggio 9: test

Prova, prova, prova. NIENTE di ciò che faccio funziona perfettamente al primo tentativo, è così che imparo! È in questa fase che inizi a vedere il fumo, tutto smette di funzionare o le cose si spezzano. È solo questione di essere pazienti, trovare il problema e capire come risolverlo. Le cose richiederanno più tempo di quanto ti aspetti e saranno più costose di quanto pensavi, ma se vuoi costruire un razzo eccessivo senza esperienza, allora devi solo accettarlo.

Una volta che tutto funziona perfettamente e senza intoppi (a differenza del mio) sei pronto per usarlo! Nel mio caso lancerò il mio modello di razzo esagerato, su cui si basa l'intero progetto…

Passaggio 10: lancio

Chiunque ricordi il mio ultimo post su Instructables saprà che questo è il punto in cui ti ho deluso. Il razzo non è ancora stato lanciato, poiché è un progetto enorme! Attualmente sto puntando al 4 ottobre, anche se vedremo se rispetterò tale scadenza. Prima di allora ho molte più cose da fare e molti test da fare, il che significa che ci saranno più post di Instructables e video di YouTube in arrivo nei prossimi due mesi!

Ma mentre aspetti quel dolce filmato di lancio, perché non seguire i progressi e vedere dove sono con tutto questo:

YouTube:

Twitter (aggiornamenti quotidiani):

Instagram:

Controller Instructables:

Il mio sito losco:

Adesivi:

Attualmente sto lavorando al video del trampolino di lancio che sarà su YouTube entro un paio di settimane (si spera)!

Passaggio 11: un passo avanti!?

Ovviamente ho ancora molta strada da fare prima che tutto funzioni come voglio, anche se ho già una lista di idee future su come potrei renderlo migliore e più eccessivo! Oltre ad alcuni importanti aggiornamenti.

- Morsetti superiori più forti

- Smorzamento dello Strongback

- Backup cablato (per quando il wireless è un problema)

- Opzione alimentazione esterna

- Modalità display

- Lancio ombelicale

- E, naturalmente, risolvi tutti i problemi attuali

Parlando di problemi attuali:

- Sistema wireless difettoso

- Problemi MOSFET

- Rumore PWM

- Attuazione rinforzata a 1 via

Grazie per aver letto il mio post, spero che ne trarrai grande ispirazione!