Рокунды қалай жасауға болады: HAAS жобасы: 9 қадам (суреттермен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:27

Бұл нұсқаулықтың идеясы зымырандарды үнемді түрде ұшырудың балама әдісін ұсыну болып табылады. Ғарыштық технологиялардың соңғы әзірлемелері шығындарды азайтуға бағытталғандықтан, мен рокунды кеңірек аудиторияға таныстыру жақсы болар еді деп ойладым. Бұл нұсқаулық негізінен төрт бөлікке бөлінеді: кіріспе, дизайн, құрылыс және нәтижелер. Егер сіз рокундар түсінігінен бас тартқыңыз келсе және менікін дәл осылай жасағаным үшін, тікелей құрылыс бөлігіне өтіңіз. Сізге ұнайды деп үміттенемін, мен сізден менің жобам туралы немесе сіздің жеке дизайныңыз бен құрылысыңыз туралы ойларыңызды естігім келеді!

1 -қадам: Негізгі ақпарат

Astronautica энциклопедиясының мәліметі бойынша, рокун (зымыран мен шардан)-бұл әуеден жоғары газбен толтырылған әуе шарымен атмосфераның жоғарғы қабатына бірінші рет тасымалданатын, содан кейін бөлініп жанған зымыран. Бұл зымыранға аз отынмен жоғары биіктікке жетуге мүмкіндік береді, себебі зымыран атмосфераның төменгі және қалың қабаттары арқылы қуат астында қозғалуға міндетті емес. Түпнұсқа тұжырымдама 1949 жылы наурызда Нортон Саундтың аэробиялық снаряды кезінде ойлап табылды және оны Джеймс А. Ван Алленнің басшылығымен Әскери -теңіз зерттеулері тобы іске қосты.

Мен өз жобамды рокунда алғаш бастаған кезде мен рокун деген не екенін түсінбедім. Мен жобадан кейін құжаттаманы аяқтағаннан кейін ғана мен жасаған бұл құрылғының атауы бар екенін білдім. Ғарыштық технологияларға қызығушылық танытатын оңтүстік кореялық студент ретінде мен жас кезімнен өз елімнің зымырандар жасауына ренжідім. Корей ғарыш агенттігі KARI ғарышқа ұшыру қондырғыларына бірнеше рет талпыныс жасап, бір рет жетістікке жеткенімен, біздің технология NASA, ESA, CNSA немесе Роскосмос сияқты басқа ғарыш агенттіктеріне жақын емес. Біздің бірінші зымыран, Наро-1 барлық үш ұшыру әрекеті үшін қолданылды, олардың екеуі сатылардың бөлінуіне немесе жабылуына байланысты сәтсіз болды деп күдіктенеді. Келесі жасалатын зымыран-«Наро-2»-бұл үш сатылы зымыран, бұл мені ойландырады: зымыранды бірнеше кезеңге бөлген дұрыс па? Мұны істеудің артықшылығы - зымыран кезеңдер бөлінген сайын айтарлықтай массасын жоғалтады, сондықтан отынның тиімділігін арттырады. Алайда, бірнеше сатылы зымырандардың ұшырылуы сәтсіз аяқталу мүмкіндігін арттырады.

Бұл мені отынның тиімділігін жоғарылату кезінде зымыран сатыларын азайтудың жолдарын ойлауға мәжбүр етті. Зымыран тәрізді ұшақтардан зымырандарды ұшыру, зымыран тасығыштары үшін жанғыш материалды қолдану - мен ойлаған басқа да идеялар, бірақ мені қызықтыратын нұсқалардың бірі - биіктіктегі ұшыру платформасы болды. Мен: «Неліктен зымыран атмосфераның көп бөлігінен гелий шарынан ұшырыла алмайды? Зымыран бір сатылы зымыран болуы мүмкін, бұл ұшыру процесін едәуір жеңілдетеді, сонымен қатар құнын төмендетеді ». Сонымен, мен тұжырымдаманың дәлелі ретінде рокунды өзім құрастыруды және құруды шештім, және егер сіз қаласаңыз, бәрін сынап көру үшін осы нұсқаулықпен бөлісуді шештім.

Мен жасаған модель «HAAS» деп аталады, ол биіктіктегі әуе ғарыш айлағынан қысқартылған, бір күні рокундар зымырандардың уақытша ұшыру алаңы болып қалмайды, бірақ ғарыштық қондырғыштарды ұшыру, жанармай құю және қондыру үшін қолданылатын тұрақты платформа болады деп үміттенеді..

2 -қадам: Дизайн

Мен HAAS -ты интуитивті пішіндерге және негізгі есептеулерге сүйене отырып жасадым

Есептеулер:

NASA -ның «Биік биіктіктегі шарды жобалау» бойынша нұсқаулығын қолдана отырып, мен 2 кг -нан аспайтын көтеру үшін шамамен 60 л гелий қажет болатынын есептедім, бұл температура мен биіктікке әсер ететінін ескере отырып, HAAS салмағының жоғарғы шегі. Гелийдің көтерілу күші, Мишель Транкоссидің «Сутегі дирижаблінің дыбыс деңгейін бақылауға биіктік пен температураның әсері» -де айтылғандай. Бірақ бұл жеткіліксіз болды, мен оны толығырақ айтамын, бірақ бұл су буының гелийдің көтерілуіне әсерін ескермегендіктен болды.

Рамка:

• Жел әсерін азайту үшін цилиндрлік пішін
• Үш қабат (жоғарғы жағында зымыран, ортасында ұшыру механизмі, 360 камераға арналған төменгі)
• Қосымша тұрақтылық үшін қалың орта қабат
• Зымыранды орналастыруға және бағыттауға арналған тік рельстер
• Түсірілімге арналған 360 ° камера
• Қауіпсіз лайықты болу үшін жиналмалы парашют
• Зымыранның минималды бұрылу бұрышы үшін жұқа цилиндрлік гелий шар

Іске қосу механизмі

• Микропроцессор: Arduino Uno
• Іске қосу әдістері: Таймер / Сандық Альтиметр

• Отынды активтендіру әдісі: СО2 жоғары қысымды капсуладағы тесікті тесу арқылы

  • Серіппелерге бекітілген металл шпиль
  • Шығару механизмі екі ілгектен тұрады
  • Қозғалтқыштың қозғалысымен шығарылады
• Электронды құрылғыларды төмен температурадан қорғау

Мен моторлы қозғалыспен штанганы босатудың бірнеше әдістерін ойлап таптым.

Есіктің құлыпталуына ұқсас конструкцияны қолдана отырып, металл пластинаны соңғы кілт үлкен тесікке сәйкес келгенше тарту арқылы штанганы іске қосуға болады. Алайда үйкеліс тым күшті болды, ал қозғалтқыш пластинаны итере алмады.

Ілмекке ілмек пен ілгекті қозғалмайтын затқа бекітетін түйреуіштің болуы басқа шешім болды. Өрт сөндіргіштің сақтандырғыш түйреуішінің артқы жағы сияқты, түйреуіш жұлынғанда ілмек орын босатып, штанганы іске қосады. Бұл дизайн тым көп үйкеліс тудырды.

Мен қолданатын қазіргі дизайн - бұл екі ілгекті қолдану, мылтыққа ұқсас. Бірінші ілмек штангаға ілінеді, ал екінші ілмек бірінші ілмектің артындағы кішкене лақапқа ілінеді. Серіппелердің қысымы ілгектерді орнында ұстайды, ал моторда екінші ілгекті босату және зымыранды ұшыру үшін жеткілікті момент бар.

Зымыран:

• Жанармай: қысымды СО2
• Салмақты азайтыңыз
• Денеге кіріктірілген экшн камерасы
• Ауыстырылатын CO2 капсуласы (қайта пайдалануға болатын зымыран)
• Зымыран модельдерінің барлық негізгі ерекшеліктері (мұрын, цилиндрлік корпус, қанаттар)

Қатты зымыран отыны елді мекенде ұшырудың ең жақсы нұсқасы болмағандықтан, мен отынның басқа түрлерін таңдауға тура келді. Ең жиі қолданылатын балама - қысымды ауа мен су. Су борттағы электрониканы зақымдауы мүмкін болғандықтан, қысымды ауа қоздырғыш болуы керек еді, бірақ тіпті шағын ауа сорғысы HAAS -та болу үшін тым ауыр және тым көп электр энергиясын тұтынды. Бақытымызға орай, мен бірнеше күн бұрын велосипед шиналары үшін сатып алған шағын CO2 капсулаларын ойладым және бұл тиімді отын болады деп шештім.

3 -қадам: материалдар

HAAS жасау үшін сізге келесілер қажет болады.

Рамка үшін:

• Жұқа ағаш тақталар (немесе кез келген жеңіл және тұрақты тақтай, МДФ)
• Ұзын гайкалар мен болттар
• Алюминий тор
• 4x алюминий сырғытпасы
• 1x алюминий құбыры
• 360 ° камера (міндетті емес, Samsung Gear 360)
• Үлкен мата мен арқан (немесе ракеталық парашют үлгісі)

Іске қосу механизмі үшін

• 2x Ұзын серіппелер
• 1x металл штанга
• Жіңішке сым
• Кейбір алюминий тақталар
• 1x Нан тақтасы
• 1x Arduino Uno (USB қосқышы жоқ)
• Температура мен қысым сенсоры (Adafruit BMP085)
• Piezo Buzzer (Adafruit PS1240)
• Шағын мотор (Motorbank GWM12F)
• Өткізгіш сымдар
• Қозғалтқышты реттегіш (L298N қос H-Bridge қозғалтқышы)
• Батареялар мен батарея ұстағыш

Әуе ракетасы үшін

• CO2 велосипед шиналарын толтыруға арналған банкалар (Bontager CO2 Threaded 16g)
• Бірнеше алюминий банка (әр зымыранға 2)
• Акрил пластиналар (немесе пластмассадан)
• Таспалар
• Серпімді жолақтар
• Ұзын жіптер
• Әрекет камерасы (міндетті емес, Xiaomi Action Camera)

Құралдар:

• Желім мылтық
• Эпоксидті шпатлевка (міндетті емес)
• Ара/гауһар кескіш (міндетті емес)
• 3D принтері (міндетті емес)
• Лазерлік кескіш немесе CNC фрезерлік станок (міндетті емес)

Сақтану! Құралдарды абайлап қолданыңыз және ұқыпты ұстаңыз. Мүмкіндігінше басқа біреуді көмекке шақырыңыз және егер сіз оларды қалай пайдалану керектігін білмесеңіз, таңдаулы құралдарды қолданыңыз.

4 -қадам: жақтау

1. Қосылған суреттердегі жіңішке ағаш тақтаны кесу үшін лазерлік кескішті, CNC фрезерлік машинасын немесе кез келген қалауыңыз бойынша құралды қолданыңыз. Жоғарғы қабат тұрақтандыру үшін болттармен қосылған екі тақтадан тұрады. (Фрезерлік немесе лазерлік кесу үшін файлдар төменде берілген.
2. Алюминий сырғытқыштарын бірдей ұзындықта кесіңіз және оларды әр қабаттың ішкі сақинасы бойындағы ойықтарға салыңыз. Желімді пистолетті қолдана отырып, қабаттарды жабыстырыңыз, сонда зымыранға орын болады.
3. Алюминий құбырды ортаңғы қабаттың ортасына қойыңыз. Оның тұрақты және қабатқа мүмкіндігінше тік екеніне көз жеткізіңіз.
4. Төменгі қабатқа тесік жасаңыз және қосымша 360 ° камераны бекітіңіз. Мен қону кезеңінде камера соққы алған жағдайда камераға алмалы резеңке қақпақ жасадым.
5. Үлкен матаны немесе матаны кішкене тіктөртбұрыштарға бүктеп, ең алыс бұрыштарға бірдей ұзындықтағы 8 арқан бекітіңіз. Арқанды шетінен байлаңыз, ол шатаспауы үшін. Парашют ең соңында бекітіледі.

5 -қадам: іске қосу механизмі

1. Екі ілмек жасаңыз, біреуі металл штангаға, екіншісі триггер болуға тиіс. Мен екі түрлі дизайнды қолдандым: біреуі металл плиталармен, екіншісі 3D принтермен. Ілгектерді жоғарыдағы суреттерге сәйкес жасаңыз, ал 3D басып шығару файлдары төменде байланыстырылған.

2. Триггерді босату және зымыранды таймер немесе цифрлық биіктік арқылы іске қосу үшін жоғарыдағы суретте көрсетілген Arduino схемасы жасалуы керек. Сандық биіктікті осы түйреуіштерді қосу арқылы қосуға болады.

   • Arduino A5 -> BMP085 SCL
   • Arduino A4 -> BMP085 SDA
   • Arduino +5V -> BMP085 VIN
   • Arduino GND -> BMP085 GND
3. HAAS схемасын қосыңыз. Ілмек ілгегін қозғалтқышқа сыммен жалғаңыз және ілгектің тегіс сырғып кететінін тексеру үшін қозғалтқышты айналдырыңыз.
4. Жіңішке металл штанганың ұшын ұнтақтап, алюминий құбырға салыңыз. Содан кейін, таяқшаның соңына екі ұзын серіппені бекітіп, оны жоғарғы қабатқа қосыңыз. Өзекшенің ұшын иілу механизміне оңай ілінетін етіп бүгіңіз.
5. Штанганың тегіс іске қосылатынына көз жеткізу үшін бірнеше рет тексеріңіз.

3D басып шығару файлдары:

6 -қадам: Зымыран

1. Алюминийден екі бөтелке дайындаңыз. Бір бөтелкенің жоғарғы бөлігін, екіншісінің төменгі бөлігін кесіңіз.
2. Бірінші бөтелкенің жоғарғы жағына, екінші бөтелкенің түбіне сәл крест кесіңіз.
3. Бірінші бөтелкедегі CO2 капсуласына арналған ұстағышты жасау үшін сым мен матаны пайдаланыңыз.
4. СО2 капсуласын үстіңгі бөлігіне салыңыз да, оны екінші бөтелкенің түбіне сығыңыз, сонда СО2 капсуласының кіреберісі төмен қарайды.
5. Пластмассадан немесе акрилден жасалған ұштарды жасаңыз және кесіңіз, содан кейін оларды ракетаның жағына жабыстырыңыз. Конус үшін кез келген таңдаулы материалды қолданыңыз, бұл жағдайда эпоксидті жабысқақ.
6. Қосымша әрекет камерасы үшін ракетаның бүйіріндегі тікбұрышты тесікті кесіңіз.

HAAS -ты аяқтау үшін, іске қосу механизмін орнатқаннан кейін, алюминий торды жақтаудың айналасына орап, оны сыртқы жиектегі кішкене тесіктерге байлаңыз. Құрылғыға оңай ену үшін бүйірінен тесік кесіңіз. Парашют үшін кішкене корпус жасаңыз және оны жоғарғы қабатқа қойыңыз. Парашютті бүктеп, корпусқа салыңыз.

7 -қадам: кодтау

Іске қосу механизмін екі түрлі түрде қосуға болады: таймермен немесе цифрлық биіктікпен. Arduino коды берілген, сондықтан оны Arduino -ға жүктемес бұрын қолданбайтын әдісті түсіндіріңіз.

8 -қадам: тестілеу

Егер сіз зымыранды ұшыру үшін таймерді қолдансаңыз, бірнеше минут ішінде қосалқы CO2 капсуласымен бірнеше рет тексеріңіз.

Егер сіз биіктік өлшегішті қолдансаңыз, ұшыру биіктігін ~ 2 метрге орнатып, баспалдақпен көтерілу арқылы ұшыру механизмінің зымырансыз жұмыс істейтінін тексеріңіз. Содан кейін оны лифтке көтерілу арқылы жоғары биіктікте сынап көріңіз (Менің тестім 37,5 метр деп белгіленді). Зымыран ұшыру механизмінің таймер әдісімен іске қосылғанын тексеріңіз.

HAAS -тың 12 тестілік бейнелері қосылған

9 -қадам: Нәтижелер

Осы уақытқа дейін сіз өзіңіз рокун жасауға тырыстық, мүмкін сәтті зымыран ұшырылғанын атап өттіңіз деп үміттенемін. Мен хабарлауым керек, менің ұшыру әрекетім сәтсіз аяқталды. Менің сәтсіздікке ұшырауымның басты себебі, мен HAAS -ты көтеруге қажетті гелий мөлшерін дұрыс бағаламағаным болды. Гелийдің молярлық массасының ауа молярлық массасына қатынасын, сондай -ақ температура мен қысымды қолдана отырып, мен шамамен 20 л гелий газы бар үш резервуар қажет екенін есептедім, бірақ мен қателескенімді білдім. Студент кезімде гелий цистерналарын сатып алу қиын болғандықтан, менде резервуарлар болмады, тіпті HAAS -ты жерден 5 метр биіктіктен ала алмадым. Сонымен, егер сіз әлі рокунмен ұшуға тырыспаған болсаңыз, мына кеңес: қолыңызға гелийді мүмкіндігінше алыңыз. Шын мәнінде, егер сіз биіктігі жоғарылаған сайын қысым мен температура төмендейтінін (біздің ұшу диапазонымызда) және су буы неғұрлым көп болса, гелийдің қалқуының соғұрлым аз болатынын ескере отырып, қажет мөлшерді есептесеңіз, ақылға қонымды болар еді. екі есе көп соманы алыңыз.

Сәтсіз ұшырудан кейін мен 360 камерасын айналадағы өзен мен саябақтың әуе бейнесін түсіру үшін қолдануды шештім, сондықтан оны түбіне ұзын жіппен бекітілген гелий шарына байладым, содан кейін оны ұшуға рұқсат етіңіз. Күтпеген жерден, сәл жоғары биіктіктегі жел төмен қарама -қарсы бағытта болды, ал гелий шары жақын жерде орналасқан электр сымдары қондырғысына қарай жылжыды. Мен камерамды құтқарып, сымға зақым келтірмеуге тырысып, бекітілген арқанды тарттым, бірақ ол пайдасыз болды; шар сымға ілініп қалған. Қалайша бір күнде көптеген нәрселер қате болуы мүмкін? Ақырында, мен сым жүргізуші компанияға қоңырау шалып, камераны алуды сұрадым. Қайта алу үшін маған үш ай қажет болса да, олар жасады. Сіздің көңіл көтеру үшін осы оқиғадан бірнеше фотосуреттер мен бейнелер қоса берілген.

Бұл апат, менің ойыма келмесе де, рокундарды қолданудың шектеулі екенін көрсетті. Әуе шарларын басқаруға болмайды, кем дегенде ХААС-қа орнатуға болатын жеңіл және басқарылатын қарапайым механизммен, сондықтан зымыранды белгіленген орбитаға шығару мүмкін емес. Сондай -ақ, әр ұшырудың шарттары әр түрлі және көтерілу кезінде өзгеріп отыратындықтан, рокунның қозғалысын болжау қиын, содан кейін ұшыруды айналасында ештеңе жоқ жерде бірнеше шақырымға созу қажет, себебі сәтсіз ұшыру дәлелдей алады қауіпті болу.

Менің ойымша, бұл шектеуді шар ұшатын 3D жазықтықта жүзу механизмін әзірлеу және желді векторлық күштер деп түсіну арқылы жеңуге болады. Мен ойлаған идеялар - желкендер, сығылған ауа, бұрандалар, жақтаудың жақсы дизайны және т. олар да.

Біраз зерттей келе, мен Стэнфордтың екі ғарыштық мамандығы Дэниэл Бекерра мен Чарли Кокс ұқсас дизайнды қолданғанын және 30 000 футтан сәтті ұшырылғанын білдім. Олардың түсірілім түсірілімдерін Стэнфорд Youtube каналынан табуға болады. JP Aerospace сияқты компаниялар рокундарда «Мамандықтарды» дамытады, қатты отынмен күрделі рокондарды жобалайды және ұшырады. Олардың «стек» деп аталатын он шарлы жүйесі рокундағы әр түрлі жақсартулардың мысалы болып табылады. Менің ойымша, зымыран тасығыштарды ұшырудың үнемді әдісі ретінде басқа бірнеше компаниялар болашақта рокун жасау үшін жұмыс жасайды.

Профессор Ким Кванг Илге осы жоба барысында қолдау көрсеткені үшін, ресурстар мен кеңестер бергені үшін алғыс айтқым келеді. Мен ата -анама өзім ұнататын нәрсеге қызығушылық танытқаны үшін алғыс айтқым келеді. Соңында, ең бастысы, мен сізге осы нұсқаулықты оқығаныңыз үшін алғыс айтқым келеді. Жақында ғарыш индустриясында экологиялық таза технологиялар дамитын болады деп үміттенеміз, бұл ғажайыптарға жиі баруға мүмкіндік береді.