Bir Rockoon necə hazırlanır: HAAS layihəsi: 9 addım (şəkillərlə)

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:48

Bu Təlimatlandırmanın arxasında duran fikir, qənaətcil raket buraxılışları üçün nə qədər inanılmaz görünsə də, alternativ bir üsul təqdim etməkdir. Son kosmik texnologiya inkişafları xərcləri azaltmağa yönəldildikdə, rokunu daha geniş bir kütləyə tanıtmağın əla olacağını düşündüm. Bu Təlimatlar əsasən dörd hissəyə bölünür: giriş, dizayn, bina və nəticələr. Rockoons konsepsiyasını atmaq və niyə mənimki mənimki kimi dizayn etdiyimi başa düşmək istəyirsinizsə, birbaşa bina hissəsinə keçin. Ümid edirəm zövq alırsınız və mənim layihəm haqqında düşüncələriniz və ya öz dizaynınız və quruluşlarınız haqqında sizdən eşitmək istərdim !!

Addım 1: Ümumi məlumat

Astronautica Ensiklopediyasına görə, bir raket (raketdən və şardan) əvvəlcə havadan daha yüngül bir qazla dolu balonla atmosferin yuxarı hissəsinə daşınan, sonra ayrılan və alovlanan bir raketdir. Bu, raketin daha az itələyici ilə daha yüksək bir hündürlüyə çatmasına imkan verir, çünki raket atmosferin aşağı və daha qalın təbəqələrində güc altında hərəkət etmək məcburiyyətində deyil. Orijinal konsepsiya, 1949 -cu ilin martında Norton Soundun Aerobee atəş açma qurğusu zamanı düşünülmüşdür və ilk olaraq James A. Van Allen -in nəzdində Dəniz Tədqiqatları Ofisi tərəfindən hazırlanmışdır.

İlk dəfə rockoon üzərində layihəmə başladığımda, bir rockonun nə olduğunu bilmirdim. Layihəmdən sonra sənədləşməni başa vurduqdan sonra, hazırladığım bu cihazın adının olduğunu öyrəndim. Kosmik texnologiya ilə maraqlanan Cənubi Koreyalı bir tələbə olaraq, gəncliyimdən ölkəmin raketlərin inkişafından məyus olmuşam. Koreya kosmik agentliyi KARI, kosmik buraxılış vasitələrinə bir neçə dəfə cəhd etsə də və bir dəfə uğur qazansa da, texnologiyamız NASA, ESA, CNSA və ya Roscosmos kimi digər kosmik agentliklərə yaxın deyil. İlk raketimiz olan Naro-1, hər ikisinin mərhələlərin ayrılması və ya kaporta səbəbiylə uğursuz olduğu ehtimal edilən hər üç atış cəhdi üçün istifadə edildi. Naro-2 adlı növbəti raket üç mərhələli bir raketdir ki, bu da məni sual edir: raketin bir neçə mərhələyə bölünməsi müdrikdirmi? Mərhələlər ayrıldıqda raketin əhəmiyyətli kütlə itirməsi və bu səbəbdən itələyicinin səmərəliliyini artırması bunun faydası olacaq. Bununla birlikdə, çox mərhələli raketlərin buraxılması, buraxılışın uğursuz olma şansını da artırır.

Bu, yanacaq səmərəliliyini artırarkən raket mərhələlərini minimuma endirməyin yollarını düşünməyə vadar etdi. Raket səhnələri üçün yanan materialdan istifadə edərək raketlər kimi təyyarələrdən raketlərin atılması mənim düşündüyüm bir neçə başqa fikirdir, amma məni cəlb edən variantlardan biri də yüksəklikdəki buraxılış platforması idi. Düşündüm: “Niyə bir raket atmosferin çox hissəsinin üstündəki bir helium şarından fırlaya bilmir? Raket daha sonra bir mərhələli səslənən raket ola bilər ki, bu da buraxılış prosesini əhəmiyyətli dərəcədə asanlaşdıracaq, həm də xərcləri azaldacaq. Beləliklə, bir konsepsiyanın sübutu olaraq özüm bir rokun dizayn etməyi və qurmağı qərara aldım və istəsəniz hamınız sınaya biləcəyiniz üçün bu Təlimatları paylaşmaq qərarına gəldim.

Hazırladığım model, HAAS adlanır, Yüksək Yüksəklik Hava Kosmos Limanı üçün qısa, bir gün rockoonların yalnız raketlər üçün müvəqqəti bir buraxılış platforması olmayacağını, kosmik buraxılış vasitələrinin buraxılması, yanacaq doldurması və enməsi üçün istifadə edilən daimi bir platform olacağına ümid edir..

Addım 2: Dizayn

HAAS -ı intuitiv formalar və əsas hesablamalar əsasında hazırladım

Hesablamalar:

NASA -nın "Yüksək Bir Balon Dizaynı" bələdçisini istifadə edərək, hesabladım ki, ən çox 2 kq qaldırmaq üçün təxminən 60L helyuma ehtiyacım olacaq, bu da HAAS çəkisi üçün təyin etdiyimiz yuxarı hədddir. Michele Trancossi tərəfindən "Yüksəklik və Temperaturun Hidrogen Gəmisinin Səs İdarəçiliyinə Təsiri" ndə qeyd edildiyi kimi helyumun üzmə qüvvəsi. Ancaq bu kifayət etmədi, daha ətraflı danışacağam, amma su buxarının helyumun üzmə qabiliyyətinə təsirini nəzərə almadığım üçün idi.

Çərçivə:

• Külək təsirini minimuma endirmək üçün silindrik forma
• Üç təbəqə (Roketi tutmaq üçün yuxarı, başlatma mexanizmi üçün orta, 360 kamera üçün alt)
• Əlavə sabitlik üçün qalın orta təbəqə
• Raket yerləşdirmə və istiqamətləndirmə üçün şaquli raylar
• Çəkiliş üçün 360 ° kamera
• Təhlükəsiz, layiqli olmaq üçün qatlana bilən paraşüt
• Minimum raket ofset açısı üçün nazik silindrik helium balonu

Başlatma Mexanizmi

• Mikroprosessor: Arduino Uno
• Başlatma üsulları: Taymer / Rəqəmsal Altimetr
• İtələyici aktivləşdirmə üsulu: Yüksək təzyiqli CO2 kapsulunda bir deşik açmaqla
  • Yaylara bərkidilmiş metal sünbül
  • Buraxma mexanizmi iki qarmaqdan ibarətdir
  • Motorun hərəkəti ilə buraxılır
• Elektron cihazların aşağı temperaturdan qorunması

Sünbülün motor hərəkəti ilə azad edilməsinin bir neçə üsulu ilə tanış oldum.

Anahtarlı zəncir qapı kilidinə bənzər bir dizayn istifadə edərək, metal lövhəni uç düyməsi daha böyük çuxurla hizalanana qədər çəkərək sünbül açıla bilər. Bununla birlikdə, sürtünmə çox güclü olduğu ortaya çıxdı və motor lövhəni yıxa bilmədi.

Sünbülün üstündə bir çəngəlin olması və çəngəlin hərəkətsiz bir cismə kilidlənməsi başqa bir həll idi. Yanğınsöndürmə maşınının arxa tərəfində olduğu kimi, pin çıxarıldıqda çəngəl yerdən çıxacaq və sünbülü işə salacaq. Bu dizayn da çox sürtünmə yaratdı.

İstifadə etdiyim hazırkı dizayn, silah tətiyinə bənzər bir dizayn olan iki çəngəl istifadə etməkdir. İlk çəngəl sünbül üzərində dayanır, digər çəngəl isə ilk çəngəlin arxasındakı kiçik bir ləqəbə tutulur. Yayların təzyiqi çəngəlləri yerində saxlayır və mühərrik ikincil çəngəlin kilidini açmaq və raketin buraxılması üçün kifayət qədər fırlanma anına malikdir.

Raket:

• Yandırıcı: təzyiqli CO2
• Çəkini minimuma endir
• Bədənə inteqrasiya edilmiş fəaliyyət kamerası
• Dəyişdirilə bilən CO2 kapsulu (təkrar istifadə edilə bilən raket)
• Model raketlərin bütün əsas xüsusiyyətləri (burun, silindrik gövdə, üzgəclər)

Möhkəm raket itələyicisi məskunlaşmış bir ərazidə işə salmaq üçün ən yaxşı seçim olmadığından, başqa növ itələyiciləri seçmək məcburiyyətində qaldım. Ən çox görülən alternativlər təzyiqli hava və sudur. Su elektronikaya zərər verə biləcəyi üçün təzyiqli hava itələyici olmalı idi, amma hətta mini hava nasosu HAAS -da olması üçün çox ağır idi və çox elektrik istehlak edirdi. Xoşbəxtlikdən, velosiped təkərlərim üçün bir neçə gün əvvəl aldığım mini CO2 kapsullarını düşündüm və təsirli bir itələyici olacağına qərar verdim.

Addım 3: Materiallar

HAAS etmək üçün aşağıdakılara ehtiyacınız olacaq.

Çərçivə üçün:

• İncə taxta lövhələr (və ya hər hansı bir yüngül və dayanıqlı lövhə, MDF)
• Uzun qoz -fındıq və boltlar
• Alüminium Mesh
• 4x Alüminium sürgü
• 1 x Alüminium boru
• 360 ° kamera (isteğe bağlı, Samsung Gear 360)
• Böyük parça və ip (və ya model raket paraşütü)

Başlatma mexanizmi üçün

• 2x Uzun bulaqlar
• 1x metal çubuq
• İncə tel
• Bəzi alüminium plitələr
• 1x Çörək Paneli
• 1x Arduino Uno (USB konnektoru olmadan)
• Temperatur və təzyiq sensoru (Adafruit BMP085)
• Piezo Buzzer (Adafruit PS1240)
• Kiçik motor (Motorbank GWM12F)
• Jumper telləri
• Motor Nəzarətçisi (L298N Dual H-Bridge Motor Controller)
• Batareyalar və batareya tutacağı

Hava raketləri üçün

• CO2 velosiped təkəri doldurma qutuları (Bontager CO2 Dişli 16g)
• Bir neçə alüminium qutu (hər raket üçün 2 ədəd)
• Akril plitələr (və ya plastik)
• Şeritler
• Elastik bantlar
• Uzun iplər
• Fəaliyyət Kamerası (isteğe bağlı, Xiaomi Fəaliyyət Kamerası)

Alətlər:

• Yapışqan silah
• Epoksi macun (isteğe bağlı)
• Testere/almaz kəsici (isteğe bağlı)
• 3D printer (isteğe bağlı)
• Lazer kəsici və ya CNC freze maşını (isteğe bağlı)

Diqqət! Alətlərdən ehtiyatla istifadə edin və diqqətli olun. Mümkünsə başqalarına kömək edin və necə istifadə edəcəyinizi bilmirsinizsə, seçilmiş vasitələrdən istifadə edin.

Addım 4: Çərçivə

1. Əlavə olunmuş şəkillərdəki nazik taxta lövhəni formaya salmaq üçün lazer kəsici, CNC freze maşını və ya istədiyiniz hər hansı bir alətdən istifadə edin. Üst qat sabitləşmə üçün boltlarla bağlanmış iki lövhədən ibarətdir. (Freze və ya lazer kəsmə üçün fayllar aşağıda verilmişdir.
2. Alüminium sürgüləri bərabər uzunluqda kəsin və hər təbəqənin daxili halqası boyunca yarıqlara daxil edin. Bir yapışqan silahı istifadə edərək təbəqələri yapışdırın ki, yuxarıda raket üçün yer olsun.
3. Alüminium borunu orta təbəqənin ortasına qoyun. Qat üçün mümkün qədər şaquli və sabit olduğundan əmin olun.
4. Alt təbəqəyə bir çuxur qazın və isteğe bağlı 360 ° kameranı bağlayın. Açılış mərhələsində kamera şok alacağı təqdirdə, kamera üçün çıxarıla bilən bir rezin örtük hazırladım.
5. Böyük parça və ya parçanı daha kiçik düzbucaqlara qatlayın və ən uzaq künclərə bərabər uzunluqda 8 ip bağlayın. Qarışmamaq üçün kənardan kənara bağlayın. Paraşüt ən sonunda bağlanacaq.

Addım 5: Mexanizmi işə salın

1. İki qarmaq düzəldin, biri metal çubuğa, biri də tətikçi. İki fərqli dizayndan istifadə etdim: biri metal lövhələrdən, digəri isə 3D printerdən. Kancalarınızı yuxarıdakı şəkillərə əsasən dizayn edin və 3D çap sənədləri aşağıda əlaqələndirilir.

2. Tətiyi buraxmaq və ya bir taymerdən və ya rəqəmsal bir altimetrdən istifadə edərək raketi buraxa bilmək üçün yuxarıdakı şəkildə göstərilən Arduino dövrəsi edilməlidir. Bu pinləri bağlayaraq rəqəmsal altimetr əlavə edilə bilər.

   • Arduino A5 -> BMP085 SCL
   • Arduino A4 -> BMP085 SDA
   • Arduino +5V -> BMP085 VIN
   • Arduino GND -> BMP085 GND
3. Dövrəni HAAS -a əlavə edin. Tətik çəngəlini bir tellə motora bağlayın və çəngəlin hamar bir şəkildə sürüşə biləcəyini yoxlamaq üçün mühərriki döndərin.
4. İncə metal çubuğun ucunu doğrayın və alüminium boruya daxil edin. Sonra çubuğun ucuna iki uzun yay bağlayın və üst təbəqəyə bağlayın. Çubuğun ucunu bükün ki, işə salma mexanizminə asanlıqla bağlansın.
5. Çubuğun düzgün başladığını yoxlamaq üçün bir neçə dəfə sınayın.

3D çap faylları:

Addım 6: Raket

1. İki alüminium qab hazırlayın. Bir şüşənin üst hissəsini, digərinin alt hissəsini kəsin.
2. Birinci şüşənin üstündən və ikinci şüşənin altından kiçik bir xaç kəsin.
3. İlk şüşədəki CO2 kapsulunu tutmaq üçün tel və parça istifadə edin.
4. Üst hissəyə bir CO2 kapsulu daxil edin və ikinci şüşənin altına sıxın ki, CO2 kapsulunun girişi aşağıya baxsın.
5. Üzükləri plastik və ya akril ilə dizayn edin və kəsin, sonra raketin kənarına yapışdırın. Konus üçün hər hansı bir üstünlük verilən materialdan istifadə edin, bu halda epoksi macunu istifadə edin.
6. İsteğe bağlı hərəkət kamerası üçün raketin yan tərəfində düzbucaqlı bir çuxur kəsin.

HAAS -ı bitirmək üçün, işə salma mexanizmini quraşdırdıqdan sonra, alüminium meshi çərçivənin ətrafına sarın, kənar kənarındakı kiçik deliklərə bağlayın. Cihaza asanlıqla daxil olmaq üçün yan tərəfdən bir çuxur kəsin. Paraşüt üçün kiçik bir korpus düzəldin və üst qatın üzərinə qoyun. Paraşütü qatlayın və gövdəyə qoyun.

Addım 7: Kodlaşdırma

Başlatma mexanizmi iki fərqli şəkildə aktivləşdirilə bilər: taymer və ya rəqəmsal altimetr. Arduino kodu verilir, buna görə də Arduino -ya yükləməzdən əvvəl istifadə etmək istəmədiyiniz metodu şərh edin.

Addım 8: Test

Raketin işə salınması üçün taymerdən istifadə edirsinizsə, bir neçə dəqiqə ərzində ehtiyat CO2 kapsulu ilə bir neçə dəfə sınayın.

Altimetrdən istifadə edirsinizsə, buraxılış hündürlüyünü ~ 2 metrə təyin edərək və pilləkənlə yuxarı qalxaraq raketsiz işə salınma mexanizminin işlədiyini yoxlayın. Sonra, bir liftə çıxaraq daha yüksək bir uçuş hündürlüyündə sınayın (Testim 37.5 metr olaraq təyin edildi). Başlama mexanizminin əslində taymer metodundan istifadə edərək bir raket buraxdığını sınayın.

HAAS -ın 12 test videosu daxildir

Addım 9: Nəticələr

Ümid edirəm ki, indiyə qədər özünüz bir rokun yaratmağa çalışdınız və bəlkə də uğurlu bir raket buraxılışını qeyd etdiniz. Ancaq bildirməliyəm ki, başlatma cəhdim uğursuzluqla başa çatdı. Uğursuzluğumun əsas səbəbi, HAAS -ı qaldırmaq üçün lazım olan helium miqdarını düzgün qiymətləndirməməyim idi. Helyumun molar kütləsinin havanın molar kütləsinə nisbətini, həmçinin temperaturu və təzyiqi istifadə edərək, təxminən 20L helium qazından ibarət üç tanka ehtiyacım olduğunu hesabladım, amma dəhşətli dərəcədə səhv etdiyimi bildim. Tələbəlik dövründə helium tankları almaq çətin olduğundan, heç bir ehtiyat tank almadım və HAAS -ı yerdən 5 metr yuxarı qaldıra bilmədim. Beləliklə, hələ rockoonunuzu uçmağa çalışmamısınızsa, bir məsləhət var: əllərinizi ala biləcəyiniz qədər helium alın. Əslində, hündürlük artdıqca təzyiqin və temperaturun azaldığını (uçuş məsafəmizdə) və su buxarı nə qədər çox olarsa, helyumun daha az üzmə qabiliyyətinə malik olduğunu nəzərə alaraq ehtiyac duyduğunuz məbləği hesablasanız daha məqsədəuyğun olardı. iki dəfə məbləğ alın.

Uğursuz uçuşdan sonra ətrafdakı çayın və parkın havadan görüntüsünü çəkmək üçün 360 kameradan istifadə etmək qərarına gəldim və onu dibinə uzun bir iplə bağladıqdan sonra helium şarına bağladım və sonra uçmasına icazə verdim. Bir az yüksəklikdəki külək, aşağı küləklər kimi gözlənilmədən tamamilə əks istiqamətdə hərəkət etdi və helium balonu yaxınlıqdakı elektrik naqilləri qurğusuna sürüşdü. Kameramı xilas etmək və naqillərə zərər verməmək üçün çıxılmaz bir cəhddə, bağlı ipi çəkdim, amma faydasız idi; balon artıq teldən tutuldu. Necə ola bilər ki, bir gündə bir çox şey səhv ola bilər? Nəhayət, elektrik şirkətinə zəng vurub kameranı götürmələrini istədim. Nəzərə aldılar ki, onu geri qaytarmaq üç ay çəkdi. Əyləncəniz üçün bu hadisədən bəzi fotoşəkillər və videolar əlavə olunur.

Bu qəza, əvvəlcə ağlıma gəlməsə də, rokon istifadə etmənin ciddi bir məhdudiyyətini ortaya qoydu. Balonları heç olmasa HAAS-a quraşdırıla bilən yüngül və idarə edilməsi asan bir mexanizmlə idarə etmək mümkün deyil və buna görə də raketin nəzərdə tutulan orbitə buraxılması demək olar ki, mümkün deyil. Həm də, hər bir buraxılışın şərtləri fərqli olduğundan və yüksəliş boyunca dəyişməyə davam etdiyindən, rokunun hərəkətini əvvəlcədən söyləmək çətindir, buna görə də bir neçə kilometr məsafədə ətrafı heç bir şey olmayan bir ərazidə buraxılmasını tələb edir. təhlükəli olmaq.

İnanıram ki, balondan sürüklənərək 3D təyyarədə hərəkət etmək və küləyi vektor qüvvələri kimi şərh etməklə bu məhdudiyyəti aradan qaldırmaq olar. Düşündüyüm fikirlər yelkənlər, sıxılmış hava, pervaneler, daha yaxşı çərçivə dizaynı və s. Bu fikirlərin inkişafı HAAS -ın növbəti modeli ilə işləyəcəyim bir şeydir və bəzilərinizin inkişaf etməsini səbirsizliklə gözləyirəm. onları da.

Bir az araşdırma apardıqda iki Stanford aerokosmik ixtisasının Daniel Becerra və Charlie Coxun oxşar bir dizayndan istifadə etdiklərini və 30.000 futdan uğurlu bir uçuşa başladıqlarını gördüm. Onların çəkilişlərini Stanford Youtube kanalında tapa bilərsiniz. JP Aerospace kimi şirkətlər bərk yanacaqla daha mürəkkəb rockoons layihələndirir və buraxırlar. Onların "The Stack" adlanan on balon sistemi, rokundakı müxtəlif inkişafların nümunəsidir. Düşünürəm ki, səs-küylü raketlərin buraxılmasının iqtisadi cəhətdən səmərəli bir yolu olaraq, bir neçə başqa şirkət gələcəkdə rokon istehsalı üzərində çalışacaq.

Bu layihə boyunca mənə dəstək verdiyinə, qaynaq və məsləhət verdiyinə görə professor Kim Kwang Il -ə təşəkkür edirəm. Həvəsli olduğum şeylərə həvəs göstərdikləri üçün valideynlərimə də təşəkkürümü bildirirəm. Son olaraq, bu Təlimatları oxuduğunuz üçün sizə təşəkkür etmək istərdim. Ümid edirik ki, tezliklə kosmik sənayedə ətraf mühitə uyğun bir texnologiya inkişaf etdiriləcək və oradakı möcüzələri daha tez -tez ziyarət etmək mümkün olacaq.