Jinsi ya kutengeneza Rockoon: Mradi HAAS: Hatua 9 (na Picha)

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-30 12:54

Wazo nyuma ya Agizo hili ni kutoa njia mbadala, hata hivyo haionekani kuwa ya kushangaza, kwa uzinduzi wa roketi yenye gharama nafuu. Pamoja na maendeleo ya hivi karibuni ya teknolojia ya anga yakilenga kupunguza gharama, nilidhani itakuwa nzuri kuanzisha rockoon kwa hadhira pana. Maagizo haya yamegawanywa kwa sehemu kubwa: utangulizi, muundo, ujenzi, na matokeo. Ikiwa unataka kuruka dhana ya rockoons na kwanini nilibuni njia yangu jinsi nilivyofanya, nenda moja kwa moja kwenye sehemu ya jengo. Natumahi unafurahiya, na ningependa kusikia kutoka kwako juu ya maoni yako juu ya mradi wangu au juu ya muundo wako mwenyewe na unajenga !!

Hatua ya 1: Habari ya Asili

Kulingana na Encyclopedia Astronautica, rokkoon (kutoka roketi na puto) ni roketi ambayo hubebawa kwanza kwenye anga la juu na puto nyepesi kuliko hewa iliyojaa gesi, kisha ikatenganishwa na kuwashwa. Hii inaruhusu roketi kufikia mwinuko wa juu na yenye kupendeza kidogo, kwani roketi haifai kusonga chini ya nguvu kupitia matabaka ya chini na mazito ya anga. Dhana ya asili ilibuniwa wakati wa chombo cha kurusha Aerobee cha Sauti ya Norton mnamo Machi 1949, na ilizinduliwa kwa mara ya kwanza na Ofisi ya Kikundi cha Utafiti wa Naval chini ya James A. Van Allen.

Nilipoanza mradi wangu kwenye rockoon, sikujua ni nini rockoon. Ni baada tu ya kumaliza kumaliza nyaraka baada ya mradi wangu ndipo nilipogundua kuna jina la kifaa hiki nilichotengeneza. Kama mwanafunzi wa Korea Kusini ambaye anavutiwa na teknolojia ya anga, nimefadhaika na maendeleo ya roketi ya nchi yangu tangu nilipokuwa mchanga. Ingawa wakala wa nafasi ya Kikorea, KARI, wamefanya majaribio kadhaa katika kuzindua magari ya angani, na kufanikiwa mara moja, teknolojia yetu haiko karibu na wakala mwingine wa nafasi kama vile NASA, ESA, CNSA, au Roscosmos. Roketi yetu ya kwanza, Naro-1, ilitumika kwa majaribio yote matatu ya uzinduzi, mawili ambayo yanashukiwa kufeli kwa sababu ya kujitenga kwa hatua au fairing. Roketi inayofuata kutengenezwa, Naro-2, ni roketi ya hatua tatu, ambayo inanifanya nihoji, je! Ni busara kugawanya roketi katika hatua kadhaa? Faida za kufanya hivyo itakuwa kwamba roketi inapoteza misa kubwa wakati hatua zinatenganishwa, kwa hivyo kuongeza ufanisi wa propellant. Walakini, kuzindua roketi za hatua nyingi pia kunaongeza nafasi ya kuwa uzinduzi utaishia kutofaulu.

Hii ilinifanya nifikirie njia za kupunguza hatua za roketi wakati nikiongeza ufanisi wa propellant. Kuzindua roketi kutoka kwa ndege kama makombora, kwa kutumia vifaa vinavyoweza kuwaka kwa miili ya hatua ya roketi, ni maoni mengine machache niliyokuwa nayo, lakini chaguo moja ambalo lilinivutia lilikuwa jukwaa la uzinduzi wa urefu wa juu. Niliwaza, Kwa nini roketi haiwezi tu kuzindua kutoka kwenye puto ya heliamu, juu ya anga nyingi? Roketi hiyo inaweza kuwa roketi ya hatua moja, ambayo ingerahisisha mchakato wa uzinduzi kwa kiasi kikubwa, na pia kupunguza gharama.” Kwa hivyo, niliamua kubuni na kujenga rockoon mwenyewe kama uthibitisho wa dhana, na kushiriki Maagizo haya ili nyote mjaribu ikiwa mnataka.

Mfano ninaoujenga unaitwa HAAS, kifupi kwa Spaceport ya Anga ya Juu, kwa matumaini kwamba siku moja, rockoons haitakuwa tu jukwaa la uzinduzi wa roketi, lakini jukwaa la kudumu linalotumika kuzindua, kuongeza mafuta, na kutua magari ya uzinduzi wa nafasi..

Hatua ya 2: Kubuni

Nilitengeneza HAAS kulingana na maumbo ya angavu na mahesabu ya kimsingi

Mahesabu:

Kutumia mwongozo wa Nasa juu ya "Kubuni puto ya urefu wa juu" Nilihesabu kuwa ningehitaji heliamu kama 60L kuinua zaidi ya 2kg, kikomo cha juu ambacho tumeweka kwa uzito wa HAAS, kwa kuzingatia kuwa hali ya joto na urefu itakuwa na athari kwenye nguvu ya heliamu, kama ilivyotajwa katika "Athari ya Mwinuko na Joto kwa Udhibiti wa Kiasi cha Usafirishaji wa Hewa ya Hydrojeni" na Michele Trancossi. Walakini, hii haitoshi, ambayo nitazungumza juu kwa undani zaidi, lakini ni kwa sababu sikuzingatia athari za mvuke wa maji kwenye ucheshi wa heliamu.

Fremu:

• Umbo la silinda ili kupunguza athari za upepo
• Tabaka tatu (Juu kushikilia roketi, katikati kwa utaratibu wa kuzindua, chini kwa kamera 360)
• Safu nene katikati kwa utulivu wa ziada
• Reli za wima za uwekaji wa roketi na mwongozo
• Kamera ya 360 ° kwa picha
• Parachute inayoweza kukunjwa kwa heshima salama
• Puto nyembamba ya heliamu ya silinda kwa pembe ndogo ya kukabiliana na roketi

Uzinduzi wa Utaratibu

• Microprocessor: Arduino Uno
• Njia za uzinduzi: Timer / Digital Altimeter

• Njia ya kuwezesha propellant: Kwa kutoboa shimo kwenye kidonge cha shinikizo la juu la CO2

  • Mwiba wa chuma uliowekwa kwenye chemchemi
  • Utaratibu wa kutolewa una ndoano mbili
  • Imetolewa na harakati za motor
• Ulinzi wa vifaa vya elektroniki dhidi ya joto la chini

Nilikuja na njia kadhaa za kutolewa kwa spike na harakati za gari.

Kutumia muundo sawa na funguo ya mlango wa mnyororo, kwa kuvuta bamba la chuma mpaka kitufe cha mwisho kilingane na shimo kubwa zaidi, bawaba inaweza kuzinduliwa. Walakini, msuguano umeonekana kuwa na nguvu sana, na motor haikuweza kugeuza sahani.

Kuwa na ndoano iliyoshikilia kwenye kitanzi na pini kuifunga ndoano kwa kitu kilichosimama lilikuwa suluhisho jingine. Kama nyuma ya pini ya usalama wa kizima-moto, pini hiyo inapotolewa, ndoano ingeweza kutoa njia na kuzindua bawaba. Ubunifu huu pia ulitoa msuguano mwingi.

Ubunifu wa sasa ambao ninatumia ni kutumia kulabu mbili, muundo sawa na kichocheo cha bunduki. Ndoano ya kwanza inashikilia kitanzi, wakati ndoano nyingine inashikwa kwa utani mdogo nyuma ya ndoano ya kwanza. Shinikizo la chemchemi hushikilia kulabu mahali, na motor ina muda wa kutosha kufungua ndoano ya sekondari, na kuzindua roketi.

Roketi:

• Propellant: Shinikizo la CO2
• Punguza uzito
• Kamera ya vitendo imejumuishwa mwilini
• Kapsule inayoweza kubadilishwa ya CO2 (roketi inayoweza kutumika tena)
• Sifa zote kuu za roketi za mfano (pua, mwili wa silinda, mapezi)

Kwa kuwa propellant ya roketi ngumu haikuwa chaguo bora kuzindua katika eneo lenye watu, ilibidi nichague aina zingine za propellant. Njia mbadala zaidi ni shinikizo la hewa na maji. Kwa sababu maji yanaweza kuharibu vifaa vya elektroniki ndani, hewa iliyoshinikizwa ilibidi iwe ya kushawishi, lakini hata pampu ndogo ya hewa ilikuwa nzito sana na ilitumia umeme mwingi kuwa kwenye HAAS. Kwa bahati nzuri, nilifikiria vidonge vidogo vya CO2 ambavyo nilikuwa nimenunua siku chache zilizopita kwa matairi yangu ya baiskeli, na nikaamua kuwa itakuwa propellant inayofaa.

Hatua ya 3: Vifaa

Ili kutengeneza HAAS, utahitaji yafuatayo.

Kwa sura:

• Bodi nyembamba za mbao (au bodi yoyote nyepesi na thabiti, MDF)
• Karanga ndefu na bolts
• Matundu ya Aluminium
• Slide ya Aluminium 4x
• Bomba 1x Aluminium
• Kamera ya 360 ° (hiari, Samsung Gear 360)
• Kipande kikubwa cha kitambaa na kamba (au parachuti ya mfano wa roketi)

Kwa utaratibu wa uzinduzi

• 2x Chemchemi ndefu
• Fimbo ya chuma ya 1x
• Waya mwembamba
• Sahani zingine za aluminium
• Bodi ya mkate ya 1x
• 1x Arduino Uno (kontakt w / USB)
• Kihisi joto na shinikizo (Adafruit BMP085)
• Piezo Buzzer (Adafruit PS1240)
• Magari madogo (Pikipiki GWM12F)
• Waya za jumper
• Mdhibiti wa Magari (Mdhibiti wa Magari L-D29 H-Dual)
• Betri na mmiliki wa betri

Kwa roketi ya hewa

• Makopo ya kujaza baiskeli ya baiskeli ya CO2 (Bontager CO2 Threaded 16g)
• Makopo kadhaa ya aluminium (2 kwa kila roketi)
• Sahani za akriliki (au plastiki)
• Riboni
• Bendi za elastic
• Kamba ndefu
• Kamera ya Vitendo (hiari, Kamera ya Vitendo ya Xiaomi)

Zana:

• Bunduki ya gundi
• Epoxy putty (hiari)
• Mkataji wa Saw / almasi (hiari)
• Printa ya 3D (hiari)
• Laser cutter au CNC mashine ya kusaga (hiari)

Jihadharini! Tafadhali tumia zana kwa uangalifu na ushughulikie kwa uangalifu. Kuwa na mtu mwingine karibu kukusaidia ikiwezekana, na upate usaidizi kwa kutumia zana za kuchagua ikiwa haujui kuzitumia.

Hatua ya 4: Sura

1. Tumia mashine ya kukata laser, mashine ya kusaga ya CNC, au kifaa chochote unachopendelea kukata bodi nyembamba ya mbao kwenye umbo kwenye picha zilizoambatishwa. Safu ya juu ilikuwa na bodi mbili zilizounganishwa na bolts kwa utulivu. (Kwa kukata au kukata laser, faili zimetolewa hapa chini.
2. Kata slider za aluminium kwa urefu sawa, na uziweke kwenye nyufa kwenye pete ya ndani ya kila safu. Kutumia bunduki ya gundi, weka tabaka ili kuwe na nafasi ya roketi hapo juu.
3. Weka bomba la alumini katikati ya safu ya kati. Hakikisha ni thabiti na ni wima kwa safu iwezekanavyo.
4. Piga shimo kwenye safu ya chini na ambatanisha kamera ya hiari ya 360 °. Nilitengeneza kifuniko cha mpira kinachoweza kutolewa kwa kamera, ikiwa kamera itapata mshtuko wakati wa awamu ya kutua.
5. Pindisha kitambaa kikubwa au kitambaa ndani ya mstatili mdogo na unganisha kamba 8 za urefu sawa kwa pembe za mbali zaidi. Funga kamba mwisho kabisa ili isichanganyike. Parachute itaambatanishwa mwishoni kabisa.

Hatua ya 5: Anzisha Utaratibu

1. Tengeneza kulabu mbili, moja ya kuambia fimbo ya chuma na moja iwe kichocheo. Nilitumia miundo miwili tofauti: moja ikitumia sahani za chuma, na moja ikitumia printa ya 3D. Buni ndoano zako kulingana na picha zilizo hapo juu, na faili za uchapishaji za 3D zimeunganishwa hapa chini.

2. Ili kuweza kutolewa kichocheo na kuzindua roketi kwa kutumia timer au altimeter ya dijiti, mzunguko wa Arduino uliowekwa kwenye picha hapo juu lazima ufanywe. Altimeter ya dijiti inaweza kuongezwa kwa kuunganisha pini hizi.

   • Arduino A5 -> BMP085 SCL
   • Arduino A4 -> BMP085 SDA
   • Arduino + 5V -> BMP085 VIN
   • Arduino GND -> BMP085 GND
3. Ongeza mzunguko kwa HAAS. Unganisha ndoano ya kuchochea kwa motor na waya, na uzungushe gari kujaribu ikiwa ndoano inaweza kuteleza vizuri.
4. Kusaga mwisho wa fimbo nyembamba ya chuma na kuiingiza kwenye bomba la alumini. Kisha, ambatanisha chemchemi mbili ndefu hadi mwisho wa fimbo, na uiunganishe kwenye safu ya juu. Pindisha mwisho wa fimbo ili iweze kushikamana kwa urahisi kwenye utaratibu wa uzinduzi.
5. Jaribu mara chache ili kuhakikisha kuwa fimbo inazinduliwa vizuri.

Faili za uchapishaji za 3D:

Hatua ya 6: Roketi

1. Andaa chupa mbili za alumini. Kata sehemu ya juu ya chupa moja, na sehemu ya chini ya nyingine.
2. Kata msalaba kidogo juu ya chupa ya kwanza, na chini ya chupa ya pili.
3. Tumia waya na kitambaa kutengeneza mmiliki wa kidonge cha CO2 kwenye chupa ya kwanza.
4. Ingiza kidonge cha CO2 kwenye sehemu ya juu, na uifinya chini ya chupa ya pili ili mlango wa kidonge cha CO2 uangalie chini.
5. Kubuni na kukata mapezi na plastiki au asilili, kisha gundi kando ya roketi. Tumia nyenzo yoyote unayopendelea, katika kesi hii epoxy putty, kwa koni.
6. Kata shimo la mstatili upande wa roketi kwa kamera ya hatua ya hiari.

Ili kumaliza HAAS, baada ya kusanikisha utaratibu wa uzinduzi, funga matundu ya aluminium kwenye sura, uifunge kwenye mashimo madogo kwenye mdomo wa nje. Kata shimo upande ili ufikie kwenye kifaa kwa urahisi. Tengeneza casing ndogo kwa parachute na uweke kwenye safu ya juu. Pindisha parachute na uweke kwenye casing.

Hatua ya 7: Usimbuaji

Utaratibu wa uzinduzi unaweza kuamilishwa kwa njia mbili tofauti: na kipima muda, au altimeter ya dijiti. Nambari ya Arduino imetolewa, kwa hivyo toa maoni ambayo hutaki kutumia kabla ya kuipakia kwa Arduino yako.

Hatua ya 8: Upimaji

Ikiwa unatumia kipima muda kuzindua roketi, jaribu mara chache na kidonge cha vipuri cha CO2 kwa dakika chache.

Ikiwa unatumia altimeter, jaribu ikiwa utaratibu wa uzinduzi unafanya kazi bila roketi kwa kuweka urefu wa uzinduzi hadi mita 2 na tembea ngazi. Kisha, jaribu kwa urefu wa juu wa uzinduzi kwa kupanda lifti (Jaribio langu liliwekwa kwa mita 37.5). Jaribu kuwa utaratibu wa uzinduzi unazindua roketi kwa kutumia njia ya kipima muda.

Pamoja ni video za kupima 12 za HAAS

Hatua ya 9: Matokeo

Tunatumahi sasa, umejaribu kufanya rockoon mwenyewe na labda hata ulisherehekea uzinduzi wa roketi uliofanikiwa. Lazima niripoti, hata hivyo, kwamba jaribio langu la uzinduzi liliishia kutofaulu. Sababu kuu ya kutofaulu kwangu ni kwamba nilidharau kiwango cha heliamu inayohitajika kuinua HAAS. Kutumia uwiano wa mole ya mole ya heliamu na molekuli ya hewa, pamoja na joto na shinikizo, nilikuwa na takriban mahesabu kwamba nilihitaji mizinga mitatu ya gesi ya heliamu 20L, lakini nikagundua nilikuwa nimekosea sana. Kwa kuwa ilikuwa ngumu kununua mizinga ya heliamu kama mwanafunzi, sikupata mizinga yoyote ya vipuri, na nikashindwa hata kupata HAAS iliyo juu ya mita 5 kutoka ardhini. Kwa hivyo, ikiwa haujajaribu kuruka rockoon yako bado, hapa kuna ushauri: pata heliamu nyingi kadri uwezavyo. Kwa kweli, labda itakuwa busara zaidi ikiwa ungehesabu kiwango chako kinachohitajika, kwa kuzingatia kuwa shinikizo na joto hupungua kadri urefu unavyoongezeka (ndani ya upeo wetu wa kuruka), na kwamba mvuke wa maji zaidi, heliamu ndogo ya kupendeza itakuwa nayo, basi pata mara mbili ya kiasi.

Baada ya uzinduzi ulioshindwa, niliamua kutumia kamera ya 360 kunasa video ya angani ya mto na bustani iliyozunguka, kwa hivyo niliifunga kwenye puto ya heliamu na kamba ndefu iliyowekwa chini, kisha iiruhusu iruke. Bila kutarajia, upepo katika urefu wa juu kidogo ulikuwa ukielekea upande kamili kabisa kama upepo wa chini, na puto ya heliamu iliingia kwenye ufungaji wa nyaya za umeme karibu. Katika jaribio la kukata tamaa la kuokoa kamera yangu na sio kuharibu wiring, nilivuta kamba iliyoambatanishwa, lakini haikuwa na maana; puto ilikuwa tayari imeshikwa kwenye waya. Je! Ni vipi hapa Duniani vitu vingi vinaweza kuharibika kwa siku moja? Mwishowe, niliita kampuni ya wiring na kuwauliza wachukue kamera. Kwa fadhili, walifanya hivyo, ingawa ilinichukua miezi mitatu kuirudisha. Kwa pumbao lako, picha na video zimeambatishwa kutoka kwa tukio hili.

Ajali hii, ingawa haikunitokea mwanzoni, ilifunua kizuizi kikubwa cha kutumia rockoons. Balloons haziwezi kuongozwa, angalau sio na njia nyepesi na rahisi kudhibiti ambayo inaweza kuwekwa kwenye HAAS, na kwa hivyo, haiwezekani kuzindua roketi kwenye obiti iliyokusudiwa. Pia, kwa kuwa hali ya kila uzinduzi ni tofauti na inaendelea kubadilika wakati wote wa kupanda, ni ngumu kutabiri harakati za rockoon, ambayo inahitaji uzinduzi ufanyike kwenye tovuti bila chochote kuzunguka kilomita kadhaa, kwa sababu uzinduzi ulioshindwa unaweza kuthibitisha kuwa hatari.

Ninaamini kizuizi hiki kinaweza kushinda kwa kuunda utaratibu wa kuabiri kwenye ndege ya 3D na buruta kutoka kwa puto, na kutafsiri upepo kama vikosi vya vector. Mawazo ambayo nimefikiria ni sails, hewa iliyoshinikizwa, viboreshaji, muundo bora wa sura, n.k. Maendeleo ya maoni haya ni jambo ambalo nitafanya kazi na modeli yangu inayofuata ya HAAS, na nitatarajia kuona baadhi yenu wao pia.

Kwa utafiti kidogo, niligundua kuwa wakubwa wawili wa anga ya anga ya Stanford, Daniel Becerra na Charlie Cox, walitumia muundo sawa na walifanikiwa kuzinduliwa kutoka miguu 30,000. Picha zao za uzinduzi zinaweza kupatikana kwenye kituo cha Youtube cha Stanford. Kampuni kama JP Aerospace zinaendeleza "Specialties" juu ya rockoons, kubuni na kuzindua rockoons ngumu zaidi na mafuta dhabiti. Mfumo wao wa puto kumi, unaoitwa "The Stack", ni mfano wa maboresho kadhaa kwenye mwamba. Ninaamini kuwa kama njia ya gharama nafuu ya kuzindua roketi za sauti, kampuni zingine kadhaa zitafanya kazi kutengeneza rockoons katika siku zijazo.

Ningependa kumshukuru Profesa Kim Kwang Il, kwa kuniunga mkono katika mradi huu, na vile vile kutoa rasilimali na ushauri. Napenda pia kuwashukuru wazazi wangu kwa kuwa na shauku juu ya kile ninachopenda. Mwisho, lakini sio uchache, ningependa kukushukuru kwa kusoma Maagizo haya. Tunatumai, teknolojia rafiki wa mazingira itaendelezwa katika tasnia ya nafasi hivi karibuni, na kuwezesha ziara za mara kwa mara kwa maajabu huko nje.