L.A.R.S. (Sistem za zagon in obnovitev): 7 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:04

Pregled

Ta projekt je sistem za zagon in obnovitev (LARS), sestavljen iz različnih modelov in sklopov. Vse skupaj predstavljajo sistem za predelavo, primeren za vodno raketo na nizki nadmorski višini. Raketa je sestavljena iz več delov, izdelanih iz 1,5 -litrskih steklenic SmartWater.

Celoten sistem je sestavljen iz več elementov:

• Vzletna ploščad
• Glavni del
• Sistem za obnovitev

Namen in gonilniki

Navdih za ta projekt (kot večina mojih projektov) je izviral iz mojih nečakov. Na kratko, pred leti (ko moji mladi nečaki niso bili tako veliki) so na dan neodvisnosti želeli prižgati ognjemet. Običajno ni tako slabo, toda tisto leto je bilo drugačno: načrtovali smo dolg vikend v kabini njihovih starih staršev v McCallu v Idahu. Če še niste bili v Idahu, je zelo suho. Če še niste bili v McCallu v Idahu: zelo je suho in veliko dreves, grmovnic, trave in drugih goriv je kot nalašč za gozdne požare. Ker je bilo že neverjetno sušno leto in je medved Smokey držal znak "HIGH" požarne ogroženosti zunaj urada gozdarske službe, sem poiskal alternativo.

Hkrati sem videl to kot priložnost, da pokažem, kaj poskušam narediti na mlade, znanstvene umove: STAND OUT. Razmislite nenavadno in poiščite rešitev za več težav. Morda na začetku izstopa kot boleč palec, vendar ponavadi najboljše ideje.

Izkazalo se je tudi, da sem SUPER poceni. Ne toliko zaradi prihranka denarja, ampak vidim le toliko, kar je mogoče narediti z običajnimi stvarmi. Večino časa navadne stvari, ki naj bi bile za enkratno uporabo.

Varnost

Jaz bi bil brezveze, če tega ne bi omenil najprej; Svoje nečake nenehno spominjam: "Varnost, najprej". To se ujema s splošnim ciljem, saj sta primarni pogon voda in zrak. Očitno to ne predstavlja resne požarne nevarnosti.

Ker sem zgradil več delov pogonskega sistema, je to dodalo prostornino za bolj stisnjen zrak (tj. Več pogonskega goriva). Seveda je to neposredno sorazmerno z največjo doseženo višino. Če nadaljujemo s to logiko še dlje: ja, to je pomenilo veliko več nevarnosti pri vrnitvi na zemljo.

Zavedanje, kako nevarno bi to lahko bilo, je postalo očitno po prvem uspešnem lansiranju zgodnjega prototipa z uporabo več odsekov v trupu trupa. Oglejte si Rocket Boys na YouTubu.

Stroški

Pomembno je zmanjšati stroške gradnje. V mojem scenariju se mi je zdelo enako pomembno zagotoviti minimalne stroške vsake uporabe. Mislim, daj no - kdo želi vložiti veliko dela v sistem za enkratno uporabo?

Kjer koli je bilo mogoče, sem uporabil smeti: steklenice za vodo, ki bi šle v smeti, star kovček za lete iz vojaške trgovine s presežki, pokvarjen dežnik iz lokalne trgovine s športno opremo, pokvarjeno cev za zrak iz pristanišča Harbour Freight in celo zlomljen pop - navzgor brizgalna glava - v bistvu rad učim otroke, da ni smeti; je izdelek, ki ga je treba preurediti.

Samo vprašaj

V mnogih primerih stvari, ki jih želite uporabiti, niso nujno "naprodaj" in, če so, morda niso vredne svoje cene. Prvotni zeleni dežnik, ki sem ga uporabil za padalo, je bil na zlomljenem izdelku v vrednosti 28 USD v trgovini. Odnesel sem ga na pult in rekel, da jim bom dal 4 USD, ki sem jih imel pri sebi. Pokazal sem jim, da je vseeno pokvarjen, in razložil, da želim samo material za dežnike. Voila! takoj smo imeli padalo.

Ponovna uporaba

Skoraj nemogoče je govoriti o znižanju stroškov materiala, ne da bi upoštevali, kako je zasnova izdelka primerna za ponovno uporabo. Če rakete ne bi mogli vedno znova uporabljati, lahko gozd zažgemo tudi z raketami iz steklenic in M-80.

Prenosljivost

Po samo enem poskusnem izstrelitvi našega prvega prototipa sem spoznal, da mora biti celoten raketni sistem čim bolj kompakten. Hkrati sem ga želel posoditi vsem, ki so ga želeli preizkusiti. Nisem hotel napisati kopice podrobnih navodil za montažo ali najeti premičnega kombija za prevoz.

Na koncu sem uporabil škatlo, kamor sem shranil vse dele kot lansirno ploščad. Nekaj sprememb je omogočilo pritrditev okovja zračnega kompresorja, cevi in povratnega ventila, hkrati pa je v notranjosti ostalo dovolj prostora za vse dele raketnih pogonskih/obnovitvenih sistemov.

… Seveda sem po zadnjem zagonu spoznal, da bi lahko bil celoten sistem bolj prenosljiv, ha.

Zaloge

Vzletna ploščad

• 1 x stari vojaški presežni zabojnik za pošiljanje

  • Mislim, da smo to pobrali v The Reuseum - odličen kraj za preverjanje, če ste v Boiseu, Idaho;)
  • Spoiler Alert: pravzaprav nimajo na zalogi tovrstnih vojaških zabojnikov, saj so spremenili lokacijo.
• 1 x cev zračnega kompresorja (~ 15 '… ali na kateri koli razdalji, ki se vam zdi varna)

• 1 x cev zračnega kompresorja (~ 2 '… to gre samo v škatlo)

  • Obe prejšnji cevi sem izdelal iz cevi za 5 USD, ki sem jo našel na razprodaji parkirišča Harbour Freight. Videti je bilo, kot da je eksplodiralo/razcepilo gumijasto lupino, kjer se je nekdo preveč segrel/stopil. Razen tega je bilo super za tisto, kar smo potrebovali
  • Če režete/spajate nekaj starega, lahko v Harbour Freight najdete odlične, super poceni dele.

• 1 x brez povratnega ventila - tukaj je eden

  Obstaja veliko možnosti. Pridobite kaj poceni

• 1 x 90 ° komolec - gre od navoja kompresorja ¼ do navoja vrtne cevi (nekaj takega)

  • Pozabljam, kje sem to dobil, a glede na to, da je to super pametno (in super odpuščajoče) občinstvo, predvidevam, da lahko po nekaj minutah v D&B ali TSC ugotovite, kako preiti iz ene niti v drugo.
  • Mogoče v kombinaciji s tem.

• 1 x moški adapter z vrtljivim zračnim kompresorjem z navojem (nekaj takega smo ponovno uporabili pri Harbour Freight)

  To se uporablja za pritrditev kratkega dela cevi na notranjo stran posode za presežek

• 1 x ženski adapter Gardena

Trup trupa

• 12 x pametnih steklenic za vodo (1,5 litra)
• 4 x Essentia steklenice za vodo (1,5 litra)
• 1 x šoba po meri (tj. 3D natisnjena 2 -litrska navoj steklenice na priključku za moško cev Gardena)
• 1 x cev Sikaflex lepila (kot ta gradbena tesnilna masa)

• 1 x Vloga lepilnega traku (ali traku)

  Na odsekih trupa sem uporabil kombinacijo belega in črnega lepilnega traku. Mislil sem, da daje raketi bolj videz iz obdobja Apolla, ha

Sistem za obnovitev: netiskan

• 1 x Pop-up Sprinkler (uporabili smo tega, iz Lowe's)
• 1 x Stari dežnik
• 1 x žoga za namizni tenis
• 1 x Poljska pomladna steklenica (ali katera druga steklenica, ki je bolj podobna nosu rakete - pozabim točno znamko tiste, ki smo jo uporabili)
• 1 x voda za kavo znamke Kroeger (tj. Prodaja se tudi v trgovinah, kot sta QFC ali Fred-Meyer)
• 1 x električni ograjni drog iz steklenih vlaken (imeli smo tega, mislim, da je bil iz D&B Supply)

Sistem za obnovitev: vezje

• 1 x Arduino Pro Mini
• 1 x 24 -polni DIP vtični adapter (povezava)
• 1 x 5V regulator napetosti (povezava)
• 1 x piezo zvočni signal (povezava)
• 1 x 220Ω upor (povezava)

• 1 x modul MPL3115A2

  • Ta, ki se uporablja tukaj, ni več na voljo
  • Začel sem delati na alternativi, ki beleži podatke in uporablja žiroskop skupaj z barometrom - koda na Githubu (glej lars) bi morala biti še vedno uporabna, če imate alternativo
• 1 x Stikalo za zapiranje gumba

  Če niste opazili, sem ljubitelj Tayde za majhne stvari v majhnih količinah za majhno ceno

1. korak: Zagon Pad

Lansirna ploščica je večnamenski kos opreme. Narejen je iz stare škatle z opremo, ki sem jo našel v razvpitem Boisejevem ponovnem uporabniku, in opravlja tri funkcije:

1. Mehanizem za polnjenje (zaradi pomanjkanja boljšega izraza)
2. Skladiščenje kosov telesa rakete
3. Vzletna ploščad

Dolivanje/polnjenje

Preden govorimo o napajanju rakete, si je pomembno vzeti minuto in razmisliti o osnovnih znanstvenih načelih, ki to podpirajo. Iz Wikipedije:

Vodna raketa je vrsta vzorčne rakete, ki za reakcijsko maso uporablja vodo. Vodo iztisne plin pod tlakom, običajno stisnjen zrak. Kot vsi raketni motorji deluje po načelu Newtonovega tretjega zakona gibanja.

Reakcijsko maso, ki jo nekoliko razbijemo, preprosto uporabimo za potiskanje. Potiska ob tla, zrak pa proti vodi. Zrak pritiska tudi na steklenico. Dejanje je širjenje zraka, reakcija je objekt z najmanjšo maso (tj. Raketa iz steklenice), ki je prisiljen odmakniti od izstrelitvene ploščadi.

Tlak rakete mora biti aditiven proces. Zahteva potiskanje zraka v posodo, ne da bi omogočili uhajanje zraka ali vode. To dosežemo z majhno napravo, imenovano "povratni ventil" (včasih imenovana tudi povratni ventil).

Raketa je pritrjena preko priključka za cev Gardena na izstrelitveni ploščadi. Na dnu rakete je šoba s konturo, ki ustreza priključku Gardena Tap. V Fusion 360 sem modeliral šobo, ki združuje profil priključka Gardena Tap z navoji 1,5 -litrske steklenice.

Cev, ki je vse skupaj povezovala, je bila vzeta iz razpršene cevi za zrak. Našel sem ga na razprodaji parkirišča Harbour Freight za nekaj dolarjev - zdelo se je, kot da ga je nekdo vrnil, ker se je odprlo. Ko sem ga videl, sem vedel, da ga je treba zlepiti. Mislil sem, da bi bil to pravi čas, da odrežem kratek kos, da ga trajno pritrdim na izstrelitveno ploščad.

Prihodnje izboljšave

Rad bi kupil ali 3D natisnil nekaj dodatnih delov. Želim, da se priključne točke na škatli poravnajo s preostalo površino škatle. Ker ti majhni navoji vrtne cevi in priključek zračnega kompresorja štrlijo, jih je težko shraniti, ne da bi se poškodovali. Prav tako je nagnjen k poškodbam pri transportu na izstrelitveno mesto.

Skladiščenje

Ko so razstavljeni, se deli raketnega telesa lepo prilegajo škatli. Prav tako mi je ostalo dovolj prostora, da sem tam lahko hranil tudi obnovitveni sklop. Te dele hranim v ločeni škatli, če bi se drugi kosi premikali in razbili 3D natisnjene dele.

Vzletna ploščad

Ko bo čas za izstrelitev rakete, potrebujemo nekaj, kar bo pomagalo podpreti raketo. Prav tako je nujno, da se začne v pravi smeri (tj. Prvi Newtonov zakon gibanja). Da bi to dosegel, sem uporabil dva kosa aluminijastega obrobnega kanala, ki sta povezana z dvema 3D natisnjenima kosoma.

Spodnji nosilec s 3D tiskanjem ima prostor za x -palčno matico. To velikost sem uporabil, saj je standard za pritrditev nastavkov na stojalo za fotoaparat (o tem bom povedal v sekundi). Ko sem obrusil stranice najlona šestroba matica, tesno se prilega nosilcu.

Moj brat je odličen fotograf na prostem in kot vsi strokovnjaki na svojem področju pokvari ali nadgradi svojo opremo. Med njegovo hišo sem v smeti opazil stativ. Edina napaka pri tem je bila navpična nastavitev višine. Razen tega je bil dober stativ. Takrat nisem vedel, za kaj ga bom uporabil, vendar je imel veliko odličnih delov.

Ko sem začel graditi izstrelitveno ploščad rakete, sem prišel do točke, ko sem potreboval nekaj prenosnega, da bi držal vodila. BOO YA - predelajte pokvarjen stativ. Lepo se prilagodi v več smereh, odlično za neenakomerna tla na mestu izstrelitve. Prav tako se zapakira in dobro prilega v škatlo za zagon.

Oblikoval sem in 3D natisnil kos, ki se prilega med tirnice in se pritrdi na glavno telo rakete. Ta kos drži raketo blizu tirnic in ji ne dovoljuje, da se prevrne. To sem pritrdil na glavno telo z nekim 3M 414 Scotch® Extreme montažnim trakom. Ko sem oblikoval kos, sem vdrl na dve mesti, kjer gre penasti trak, tako da je kos poravnan z ukrivljeno plastično površino.

Prihodnje izboljšave

Rad bi 3D natisnil nekaj konektorjev, ki omogočajo rezanje vodil na manjše segmente. Z manjšimi odseki lahko izhodiščne tirnice shranim tudi v škatlo. Poskus prevoza tirnic v dolžini 8 čevljev - v džipu, nič manj - je bil bolečina. Ko so vse skupaj sestavili, so se plastični kosi nagnili k udarjanju (kar so storili) v avtu.

2. korak: Glavni del

Glavno strukturo rakete sestavlja več enakih sestavnih delov. Komponente so sestavljene iz dveh 1,5 -litrskih steklenic SmartWater in ene 1,5 -litrske steklenice vode Essentia.

1. Izrežite dno 1,5 -litrskih steklenic SmartWater

   Ne pozabite pustiti malo ukrivljenega dela. To je večja površina za oprijem Siaflex

2. Odrežite zgornji in spodnji del 1,5 -litrske steklenice Essentia

3. V notranjost izrezane steklenice Essentia vstavite dno ene od razrezanih steklenic SmartWater

   Poskusite poravnati dno steklenice SmartWater s sredino steklenice Essentia

4. Dno druge steklenice SmartWater vstavite v drugi konec steklenice Essentia

   Steklenico SmartWater potisnite navzdol, dokler se ne dotakne druge steklenice SmartWater

Označite steklenice

Steklenice označite, da jih po potrebi natančno poravnate. (OPOZORILO ZA SPOILER: pozneje ga boste morali znova sestaviti).

Uporabite metodo, ki vam najbolj ustreza. Rad narišem nekaj očitnih oznak čez dve različni steklenici. Ko je center napolnjen s Sikaflexom in ne vidite, kje se srečata na sredini, je to bolj uporaben vodnik.

Lepljenje steklenic

Notranjost steklenice Essentia rad premažem s plastjo Sikaflexa. Je odlično lepilo in omogoča tudi nekaj širjenja. To je koristna lastnost, saj se steklenice pri polnjenju s stisnjenim zrakom nagibajo k širjenju. Koristno tudi, če se zruši na tla (… ja, verjetno se bo kdaj zgodilo trčenje) - steklenice se lažje upognejo v obliko in ponovno uporabijo.

Povezovanje odsekov

Ko zlepite vse odseke, jih povežite z nečim, kar se imenuje "Tornado Tube". TO JE NAJVEČJA TOČKA NAPAKE.

Plastika steklenic in plastika cevi tornada sta precej toga. Ne ujemajo se vedno odlično in pri polnjenju pri visokem PSI lahko izteče veliko zraka. Tudi pri uporabi tesnil za vrtne cevi na stičnih mestih obstaja nevarnost prekomernega zategovanja do točke, ko je tesnilo prisiljeno v steklenico. Ko se to zgodi, v bistvu postane tesnilo neuporabno, saj ne tesni več povezave med steklenico in cevjo tornada.

Načrtujem ustvarjanje lastnih povezav z 3D-tiskanjem z dvojno ekstruzijo. Mislim, da bi lahko na enostaven način natisnili trdo zunanjost (za navoje) in prilagodljivo tesnilo na sredini (za zamenjavo tesnil cevi). Ko bom pripravljen, bom objavil te načrte.

3. korak: obnovitveni sistem: vezje

Logika padala je zelo podobna drugim življenjskim scenarijem: uvedite prehitro in lahko se zgodijo slabe stvari; sploh ne uvajajo, zgodijo se slabe stvari.

Hotel sem se prepričati, da se padalo ne bo razstrelilo, dokler raketa ni začela padati. Glede na komponente, ki sem jih imel na voljo, sem se odločil za uporabo barometričnega senzorja zračnega tlaka, ki omogoča natančno merjenje nadmorske višine.

Celoten sistem potrebuje zaščito pred elementi. Nosilnost sem zasnoval za namestitev vezja in senzorjev. Nisem hotel razčleniti celotne stvari vsakič, ko sem hotel aktivirati ali ponastaviti sistem, zato sem tovor oblikoval z zunanjim stikalom.

Ko je sistem omogočen, se izvede začetna meritev - to je naš "nivo tal". Ko se višina rakete povečuje, se njena nova višina shrani in primerja z naslednjo meritvijo. Ko je shranjena vrednost višja od na novo izmerjene višine, se domneva, da raketa pada.

Pri delu s sistemom za obnovitev na tleh je možno, da se bo padalo nenamerno razstrelilo. Koda dejansko ne šteje, da raketa "leti", dokler izmerjena višina ni vsaj 1 meter nad začetno meritvijo nivoja tal, ki je bila izvedena ob vklopu sistema.

Ko se šteje, da raketa pada, se padalo razporedi. To naredite tako, da aktivirate priloženi servo dovolj daleč, da odpnete pojavno brizgalno glavo, pritrjeno na 3D natisnjene dele. Seveda je vzmet v brizgalki potisnila dežniško padalo, pade na tla, vsi se smejijo z zadnjice in tako naprej in tako naprej.

Vezje je bilo sestavljeno iz treh glavnih delov:

1. Arduino
2. Servo
3. Senzor barometričnega tlaka

Arduino

Prvotno sem ustvaril tablo po meri, na kateri je goli Arduino. Ko sem ga poskušal oživiti za ta članek, se je odločil, da preneha delovati:

Uporabil sem Arduino Pro Mini, vendar je malo preveč. Je tudi veliko večji od prejšnje različice. Večja velikost je zahtevala preoblikovanje nekaterih 3D tiskanih delov - prepričan sem, da se deli razlikujejo od fotografij, ki sem jih objavil (… oprostite za nedoslednost).

Kodo sem objavil v javnem skladišču na Githubu. Odjava LARS.

Servo

Zapah se aktivira s skupnim servomotorjem SG90. Servo napaja neposredno iz regulatorja napetosti, ne preko Arduina.

Senzor barometričnega tlaka

Poseben preboj, ki sem ga uporabil v tem projektu, sem našel na Tindieju (… vendar je bil od takrat upokojen). Uporablja senzor MPL3115A2. To Arduinu omogoča natančno odčitavanje trenutne nadmorske višine.

4. korak: Sistem za obnovitev: ohišje

Sistem za obnovitev vključuje več preprostih izdelkov, ki jih verjetno imate naokoli. Na primer, padalo je izdelano iz starega, zlomljenega dežnika in je nameščeno s stisnjeno vzmetjo iz pop-up brizgalke. Ne pretiravajte se niti z majhnimi stvarmi - s sponko za papir sem priključil servo rog na zapah brizgalne glave. Tudi nekaj surovin lahko najdete na naključnih mestih, na primer ekstruzijo aluminija, ki sem jo našel v košu dobre volje.

Pri drugem dizajnu sem namesto aluminija, prikazanega na slikah, uporabil nekaj ograj iz steklenih vlaken. Steklena vlakna so ležala na nekem potovanju iz zaledja (mislim, da se je nekdo odpravil), uporabljajo se za ustvarjanje improvizirane električne ograje za konje. Za to zasnovo ni zelo pomembno, vendar bi radi razmislili o alternativah.

Vplivi in spremembe oblikovanja

Vedel sem, da bom nekoč delil to zasnovo s prijatelji in družino (… ne, nikoli si nisem mislil, da bo na Instructables, ha). Predvideval sem tudi, da vsi ne bodo imeli v svoji lokalni trgovini na voljo iste znamke seltzer vode. Čeprav je prostora za veliko izboljšav, sem svoj dizajn spremenil tako, da so na vrh nameščene steklenice različnih velikosti.

Najboljši način, da si zagotovim varno, a odstranljivo prileganje, je bil uporaba prožnega materiala. Vnesite: NinjaFlex … moj častitljivi MakerDojo je močan z da nindžo na moji strani.

Z dvojno ekstrudiranim tiskom bi lahko ustvaril kos s togim dnom in prilagodljivim vrhom. Prilagodljiv del je bil dovolj raztegljiv, da se stisne v steklenico in dovolj močan, da pritisne, da je steklenica na mestu.

5. korak: Sistem za obnovitev: padalo

To mora biti eden mojih najljubših delov oblikovanja. Mislim, daj, kolikokrat si pomislil, da bi z dežnikom letel okoli celega sloga Mary Poppins? Bilo je zabavno končno videti dežnik, ki dejansko deluje kot padalo.

Na DICK'S Sporting Goods sem našel en dežnik na zlomljenem izdelku - ponudil sem jim nekaj dolarjev in vzeli so ga. Še enega sem našel med potapljanjem po zabojih v Goodwill -u. Seveda sem po drugi uporabi (v Seattlu) po teh dveh dveh našel čudovit, star dežnik za golf. Dežnik za golf bi bil izjemno velik in bi bil odlično padalo.

Ne glede na dežnik, ki ga izberete, se prepričajte, da je varno pritrjen na vašo raketo. Ko se razstreli padalo, je lahko sila odprtine padala odvisna od velikosti/teže vaše rakete. V mojem primeru sem pritrdil kos prožne bungee vrvi, ki sem jo imel (… mislim, da jo je sestra vrgla stran od neke pokvarjene mreže prtljažnika). Ko je nameščena bungee vrvica, zmanjša obremenitev plastičnih delov, ko se razstreli padalo.

6. korak: Pregled 3D natisnjenih delov

Skočiti…

1. Popolna montaža
2. Sistem za obnovitev Padalski bat Thingy
3. Vodnik za stiskanje obnovitvenega sistema
4. Tovorni sistem obnovitvenega sistema z navojem na vrhu
5. Obremenitev sistema obnovitve
6. Adapter za vodno raketo na Gardeno

Popolna skupščina

Ta model v bistvu vsebuje vse ostale modele, vendar sestavljene tako, kot bi bile v proizvodnji. Vključuje tudi dele za večkratno uporabo, ki niso natisnjeni v 3D (samo za referenco).

Sistem za obnovitev Padalski bat Thingy

Nazaj na vrh ↑

Vodnik za stiskanje obnovitvenega sistema

Nazaj na vrh ↑

Tovorni sistem obnovitvenega sistema z navojem na vrhu

Nazaj na vrh ↑

Obremenitev sistema obnovitve

Nazaj na vrh ↑

Adapter za vodno raketo na Gardeno

Nazaj na vrh ↑

7. korak: Zaključite

Tukaj je veliko stvari, ki jih nisem omenil. Predvidevam, da bolj ko sem pisal, bolj sem spoznal, da sem ob poti pozabil dokumentirati. Ta članek se je končal bolj kot križanec med izčrpnim "korak za korakom", vendar kliče vse spremenljivke, tako da lahko poskusite sami. Za nas smo imeli toliko različnih modelov in metod, ki niso uspeli, ampak so predstavili nove možnosti učenja tako meni kot mojim nečakom. To je velika, majhna pustolovščina, na katero se lahko odpravite s svojimi študenti in drugimi mladimi znanstveniki.

Vse skupaj je fantastična vaja za ponovno uporabo, ustvarjalnost in tehnologijo - odlična za otroke in še bolj zabavna za starše.

Bodite pogumni, razmišljajte drugače in kot vedno pustite, da vaše ideje izstopajo.

Podprvak na tekmovanju za ponovno uporabo