Overkill Model Rocket Launch Pad! - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:16

Vor einiger Zeit habe ich einen Instructables-Beitrag über meinen "Overkill Model Rocket Launch Controller" zusammen mit einem YouTube-Video veröffentlicht. Ich habe es als Teil eines riesigen Modellraketenprojekts gemacht, bei dem ich alles so übertrieben wie möglich mache, um so viel wie möglich über Elektronik, Programmierung, 3D-Druck und andere Formen der Herstellung zu lernen. Der Instructables-Beitrag war sehr beliebt und die Leute schienen ihn zu mögen, also entschied ich, dass es sich lohnte, einen über meine neue Overkill-Startrampe zu machen!

Eine typische Raketenabschussrampe besteht aus einer Schiene, die die Rakete führt und einer Grundstruktur, um sie zu halten. Aber da ich versuche, die Dinge so übertrieben wie möglich zu machen, wusste ich, dass ich nicht einfach eine Schiene haben konnte. Nach vielen Recherchen fand ich ein paar Modellraketenabschussrampen, die echten Abschussrampen ähneln, obwohl sie aus Holz waren und ziemlich unordentlich aussahen.

Also begann ich zu überlegen, wie ich meins zum fortschrittlichsten und kompliziertesten der Welt machen könnte. Ich entschied, dass keine Idee „zu verrückt“oder „unmöglich für einen 16-Jährigen“war, also wurde jede bezahlbare Idee aufgeschrieben und entwickelt. Ich habe von Anfang an entschieden, dass ich das knallharte Thema, das auf meiner Rakete und meinem Controller zu sehen ist, fortsetzen möchte, daher war ein Stahlrahmen und Aluminiumplatten sicherlich der richtige Weg.

Aber Eddy, was hat die Startrampe und was macht sie so anders?

Nun, meine Modellrakete ist nicht gerade eine typische Rakete mit Flosse. Stattdessen ist die Rakete mit kundenspezifischer Elektronik und Schubvektorsteuerung ausgestattet. Bei der Schubvektorsteuerung oder TVC wird der Motor innerhalb der Rakete bewegt, um seinen Schub zu lenken und damit die Rakete auf ihre geeignete Flugbahn zu lenken. Dies beinhaltet jedoch eine GPS-Führung, die ILLEGAL ist! Meine Rakete verwendet also TVC, um die Rakete mit einem Gyroskop auf dem Flugcomputer und ohne GPS-Ausrüstung super stabil aufrecht zu halten. Aktive Stabilisierung ist legal, Anleitung nicht!

Nach diesem langen Intro habe ich immer noch nicht erklärt, was das Pad eigentlich macht und was seine Funktionen sind! Die Startrampe ist keine einfache Schiene, sondern ein sehr komplexes System mit mechanischen Teilen, Elektronik und Pneumatik. Das Ziel war es, es einer echten Startrampe ähnlich zu machen, was viele der Funktionen erklärt. Das Pad verfügt über einen pneumatischen Kolben zum Zurückziehen des Strongbacks, 3D-gedruckte obere Klemmen und Basisklemmen, drahtlose Kommunikation mit dem Controller, viel RGB-Beleuchtung (natürlich!), einen Stahlrahmen, ein Riffelblech aus Aluminium, das die Basis bedeckt, Seiten aus gebürstetem Aluminium, ein Flammengraben und mehrere benutzerdefinierte Computer, um alles zu steuern.

Ich werde sehr bald ein YouTube-Video über die Startrampe veröffentlichen, sowie viele andere Videos von Dingen, die ich im Vorfeld des ersten Starts in etwa 2 Monaten gemacht habe. Eine weitere wichtige Sache zu beachten ist, dass dieser Instructables-Beitrag weniger eine Anleitung und mehr von meinem Prozess und einige Denkanstöße sein wird.

Lieferungen

Da ich in Australien lebe, werden sich meine Teile und Links wahrscheinlich von Ihren unterscheiden. Ich empfehle Ihnen, selbst zu recherchieren, um herauszufinden, was für Ihr Projekt richtig ist.

Die Grundlagen:

Material zum Bau des Rahmens (Holz, Metall, Acryl usw.)

Tasten und Schalter

PLA-Filament

Viele M3-Schrauben

Elektronik

Sie können alle Werkzeuge verwenden, die Sie haben, aber ich habe hauptsächlich Folgendes verwendet:

Lötkolben

Bohren

Zigarettenanzünder (für Schrumpfschlauch)

Fallsäge

MIG-Schweißer

Zange

Schraubendreher

Multimeter (das war ein Lebensretter für mich!)

Schritt 1: Erste Schritte

Was muss die Startrampe leisten? Wie muss es aussehen? Wie kann ich das schaffen? Wie hoch ist das Budget? Dies sind alles sehr wichtige Fragen, die Sie sich stellen sollten, bevor Sie diese Aufgabe in Angriff nehmen. Beginnen Sie also damit, Papier zu besorgen, einige Skizzen zu zeichnen und Ideen aufzuschreiben. Viel zu recherchieren wird dir auch sehr helfen, es könnte dir nur die goldene Idee geben, die es so viel besser macht!

Sobald Sie an alles gedacht haben, was Sie tun möchten, teilen Sie es in Abschnitte auf, damit es nicht so überwältigend ist. Meine 6 Hauptbereiche waren Metallarbeiten, Basisklemmen, Pneumatik, Software, Elektronik und Beleuchtung. Durch die Aufteilung in Abschnitte konnte ich die Dinge in einer bestimmten Reihenfolge erledigen und priorisieren, was am schnellsten erledigt werden musste.

Stellen Sie sicher, dass Sie alles sehr gut planen und Diagramme von jedem System erstellen, damit Sie verstehen, wie alles funktioniert. Sobald Sie wissen, was es tun muss und wie Sie es tun werden, ist es an der Zeit, es zu bauen!

Schritt 2: Metallarbeiten

Ich entschied, dass diese Startrampe eine großartige Gelegenheit wäre, etwas über Metallbearbeitung zu lernen, also habe ich das gemacht. Ich begann damit, die Stahlkonstruktion zu entwerfen und alle Abmessungen einzubeziehen. Ich habe mich für einen ziemlich einfachen Rahmen entschieden, obwohl ich beschlossen habe, die Enden auf 45 Grad zu schneiden, wo immer es eine 90-Grad-Kurve gab, nur um ein bisschen mehr zu lernen und mehr Erfahrung zu sammeln. Mein endgültiger Entwurf war der Grundrahmen, an dem der Strongback an einem Scharnier befestigt war. Es würde dann mit Aluminium bedeckt und mit Kantenstreifen versehen, um es etwas ordentlicher zu machen. Es würde auch einen Flammengraben aus Stahlrohr enthalten, der am Ende einige 45-Grad-Einschnitte hatte, damit die Flamme in einem leichten Winkel austritt.

Ich begann damit, alle Teile des Rahmens zu schneiden und sie dann zusammenzuschweißen. Ich habe darauf geachtet, dass es außen keine Schweißnähte gibt, sonst würden die Aluminiumplatten nicht bündig am Rahmen anliegen. Nach viel Klemmen und Magneten konnte ich den Rahmen gerade schweißen lassen. Ich schneide dann alle Aluminiumplatten mit einer großen Metallschere zurecht und schneide die Kantenstreifen mit einer Blechschere ab. Als das erledigt war, war alles festgeschraubt, was sich als schwieriger herausstellte, als ich erwartet hatte.

Die Stahl- und Aluminiumkanten des Strongbacks wurden dann schwarz lackiert und der Strongback wurde an seinem Scharnier montiert. Schließlich wurden einige einfache Stahlhalterungen für den Kolben hergestellt, die es ihm ermöglichten, den Strongback zurückzuziehen und sich an seinem Drehpunkt zu drehen.

Schritt 3: Basisklemmen

Als der Hauptrahmen fertig war und das Pad nach etwas aussah, beschloss ich, dass ich es so schnell wie möglich dazu bringen wollte, die Rakete zu halten. Als nächstes standen also die Basisklemmen und die oberen Klemmen auf der Liste.

Die Basisklemmen mussten die Rakete während des Schubs halten und dann zu einem genauen Zeitpunkt lösen können. Mit etwa 4,5 kg Schub würde die Rakete die sg90-Servomotoren zerstören, die an den Basisklemmen verwendet werden. Dies bedeutete, dass ich ein mechanisches Design erstellen musste, das die gesamte Belastung vom Servo wegnimmt und stattdessen durch ein Strukturteil führt. Das Servo musste dann die Klemme leicht zurückziehen können, damit die Rakete abheben kann. Ich beschloss, mich für dieses Design von einer nutzlosen Box inspirieren zu lassen.

Die Servos und mechanischen Teile mussten auch komplett abgedeckt werden, damit sie nicht in direkten Kontakt mit dem Raketenauspuff kommen, also wurden seitliche und obere Abdeckungen hergestellt. Die obere Abdeckung musste sich bewegen, um die "Box" zu schließen, wenn die Klemme zurückgezogen wurde, ich habe sie einfach mit einigen Gummibändern nach unten gezogen. Sie könnten jedoch auch Federn oder ein anderes mechanisches Teil verwenden, um es zu ziehen. Die Basisklemmen mussten dann auf einer verstellbaren Schiene an der Startrampe montiert werden, damit ihre Position fein abgestimmt werden konnte und sie möglicherweise andere Raketen halten konnten. Bei den Basisklemmen war die Anpassungsfähigkeit wichtig.

Die Basisklemmen waren für mich eine große Herausforderung, da ich keine Erfahrung mit mechanischen Teilen habe und alles eine Toleranz von 0,1 mm haben musste, um reibungslos zu funktionieren. Es dauerte 4 Tage in Folge von der Inbetriebnahme der Klemmen bis zu der ersten voll funktionsfähigen Klemme, da viel CAD und Prototyping erforderlich waren, um sie reibungslos zum Laufen zu bringen. Es war dann eine weitere Woche 3D-Druck, da jede Klemme 8 Teile zu bearbeiten hat.

Später, als ich den Pad-Computer installiert hatte, wurde mir klar, dass ich nur einen Arduino-Pin verwenden wollte, um die vier Servos zu steuern. Dies funktionierte nicht und ich hatte auch Probleme mit dem Spannungsregler, also habe ich einen "Servocomputer" gebaut, der sich unter der Startrampe befindet und die Klemmen steuert. Die Regler wurden dann auf die Aluminiumplatten der Pads montiert, um als großer Kühlkörper verwendet zu werden. Der Servocomputer schaltet auch die Stromversorgung der Servos mit MOSFETs ein und aus, damit sie nicht unter ständiger Belastung eingeschaltet werden.

Schritt 4: Obere Klemmen

Nach wochenlanger Arbeit an den Basisklemmen und der dazugehörigen Elektronik war es an der Zeit, weitere Klemmen herzustellen! Die oberen Klemmen sind ein sehr einfaches Design, obwohl sie sehr schwach sind und in Zukunft sicherlich verbessert werden. Sie sind nur eine einfache Halterung, die auf den Strongback geschraubt wird und die Servomotoren hält. Auf diesen Servomotoren sind die Arme montiert, in die ein Servohorn mit Epoxid eingeklebt ist. Zwischen diesen Armen und der Rakete befinden sich einige kleine, gebogene Teile, die sich drehen und sich der Raketenform anpassen.

Diese Klemmen haben Kabel, die durch den Strongback und in den Haupt-Pad-Computer laufen, der sie steuert. Eine Sache, die ich hinzufügen muss, ist, dass es lange gedauert hat, ihre offenen und geschlossenen Positionen in der Software fein abzustimmen, da ich versuchte, die Servos nicht abzuwürgen, sondern die Rakete trotzdem sicher zu halten.

Um die Klemmen zu entwerfen, habe ich eine 2D-Ansicht der Oberseite der Rakete und des Strongback mit den genauen Abmessungen dazwischen gezeichnet. Ich konnte dann die Arme auf die richtige Länge und die Servos in der richtigen Breite konstruieren, um die Rakete zu halten.

Schritt 5: Beleuchtung

Die meisten Schritte von hier aus sind nicht wirklich in einer bestimmten Reihenfolge, ich konnte an diesem Tag oder in dieser Woche im Grunde tun, was immer ich wollte. Trotzdem habe ich mich immer nur auf einen Abschnitt konzentriert. Das Launchpad verfügt über 8 RGB-LEDs, die mit drei Arduino-Pins verbunden sind, dh sie haben alle die gleiche Farbe und sind nicht einzeln adressierbar. Die Stromversorgung und Steuerung dieser vielen RGB-LEDs war eine große Aufgabe für sich, da jede LED einen eigenen Widerstand benötigt. Das andere Problem war, dass sie zu viel Strom ziehen würden, wenn sie an einem Arduino-Pin pro Farbe wären, also brauchten sie eine externe Spannungsquelle, die auf die richtige Spannung geregelt war.

Um all dies zu tun, habe ich einen anderen Computer namens "LED Board" gebaut. Es kann bis zu 10 RGB-LEDs mit Strom versorgen, die alle über eigene Widerstände verfügen. Um sie alle mit Strom zu versorgen, habe ich Transistoren verwendet, um Strom von der geregelten Spannung zu nehmen und Farben einzuschalten, wie ich es wollte. Dadurch konnte ich immer noch nur drei Arduino-Pins verwenden, aber nicht zu viel Strom ziehen, um das Board zu braten.

Alle LEDs befinden sich in kundenspezifischen 3D-gedruckten Halterungen, die sie an Ort und Stelle halten. Sie haben auch maßgeschneiderte Dupont-Kabel, die in die LED-Platine eingesteckt und sauber durch die Startrampenstruktur geführt werden.

Schritt 6: Penumatics

Ich habe mich schon immer sowohl für Pneumatik als auch für Hydraulik interessiert, aber nie ganz verstanden, wie die Systeme funktionieren. Durch den Kauf eines billigen Kolbens und billiger Fittings konnte ich die Funktionsweise der Pneumatik kennenlernen und auf mein eigenes System anwenden. Ziel war es, den Strongback mit dem pneumatischen Kolben sanft einzufahren.

Das System würde einen Luftkompressor, Durchflussbegrenzer, einen Lufttank, Ventile, ein Überdruckventil und eine Reihe von Armaturen erfordern. Mit etwas intelligentem Design und einer Reihe von benutzerdefinierten 3D-gedruckten Klammern konnte ich all das kaum in das Pad passen.

Das von mir entwickelte System war ziemlich einfach. Eine Luftkompressorpumpe füllt einen Lufttank und ein Manometer wird verwendet, um den Druck (30PSI Zielwert) anzuzeigen. Ein Überdruckventil würde verwendet, um den Tankdruck, die Sicherheit und das Ablassen der Luft bei Nichtgebrauch einzustellen. Wenn der Strongback bereit ist, sich zurückzuziehen, wird vom Computer ein Magnetventil aktiviert, das Luft in den Kolben lässt und ihn zurückdrückt. Durchflussbegrenzer würden verwendet, um diese Rückzugsbewegung zu verlangsamen.

Der Lufttank wird derzeit nicht verwendet, da ich noch nicht die benötigten Armaturen dafür habe. Der Tank ist nur ein alter, kleiner Feuerlöscher, und er hat eine sehr einzigartige Einbaugröße. Und ja, das ist eine 2-Kg-Hantel, wenn sie nicht da wäre, würde das Pad kippen, wenn sich der Strongback zurückzieht.

Schritt 7: Elektronik

Der wichtigste Teil, der Hauptteil und der Teil mit endlosen Problemen. Alles wird elektronisch gesteuert, aber einige einfache, aber dumme PCB-Design- und Schaltplanfehler verursachten Albträume. Das Funksystem ist immer noch unzuverlässig, bestimmte Eingänge sind fehlerhaft, es gibt Rauschen in den PWM-Leitungen und einige der Funktionen, die ich geplant hatte, funktionieren nicht. Ich werde in Zukunft die gesamte Elektronik neu machen, aber ich werde damit vorerst leben, da ich auf den ersten Start scharf bin. Wenn Sie ein 16-jähriger Autodidakt ohne Qualifikationen und Erfahrung sind, können Dinge schief gehen und scheitern. Aber Scheitern ist, wie man lernt, und durch meine vielen Fehler konnte ich viel lernen und meine Fähigkeiten und mein Wissen erweitern. Ich habe erwartet, dass die Elektronik ungefähr zwei Wochen braucht, nach 2,5 Monaten funktioniert sie immer noch kaum, so stark habe ich diese versagt.

Lassen Sie uns abseits aller Probleme darüber sprechen, was funktioniert und was es tun sollte / soll. Der Computer wurde ursprünglich für viele Zwecke entwickelt. Dazu gehören LED-Steuerung, Servosteuerung, Ventilsteuerung, Zündsteuerung, drahtlose Kommunikation, Modusumschaltung mit externen Eingängen und die Möglichkeit, zwischen Batteriestrom und externer Stromversorgung umzuschalten. Vieles davon funktioniert nicht oder ist fehlerhaft, obwohl zukünftige Versionen des Thrust PCB diese Situation verbessern werden. Ich habe auch eine Abdeckung für den Computer in 3D gedruckt, um den direkten Kontakt mit dem Auspuff zu verhindern.

Während des gesamten Prozesses war eine große Menge an Lötarbeiten erforderlich, da ich zwei Hauptcomputer, einen Servocomputer, zwei LED-Platinen, viele Kabel und kundenspezifische Dupont-Kabel herstellte. Alles war auch entsprechend mit Schrumpfschlauch und Isolierband isoliert, was jedoch nicht verhinderte, dass immer noch Kurzschlüsse auftreten!

Schritt 8: Software

Software! Der Teil, über den ich die ganze Zeit rede, aber zu diesem Zeitpunkt nur ungern veröffentlichen möchte. Die gesamte Projektsoftware wird irgendwann veröffentlicht, aber ich halte sie vorerst fest.

Ich hatte sehr komplizierte und langwierige Software entworfen und produziert, um sie perfekt mit dem Controller zu verbinden. Obwohl drahtlose Hardwareprobleme mich zwangen, die Software extrem einfach zu machen. Jetzt schaltet sich das Pad ein, stellt es ein und hält die Rakete fest und wartet auf ein Signal vom Controller, das ihm sagt, dass der Countdown beginnen soll. Es durchläuft dann automatisch den Countdown und startet, ohne dass weitere Signale empfangen werden. Damit ist der Not-Aus-Knopf am Controller nutzlos! Sie können es drücken, aber sobald der Countdown gestartet ist, gibt es kein Halten mehr!

Es ist meine höchste Priorität, das drahtlose System direkt nach dem ersten Start zu reparieren. Obwohl es ungefähr anderthalb Monate Arbeit (theoretisch) und Hunderte von Dollar dauern wird, weshalb ich es jetzt nicht repariere. Es ist fast ein Jahr her, seit ich das Projekt gestartet habe und ich versuche, die Rakete am oder vor dem einjährigen Jubiläum (4. Oktober) in den Himmel zu bringen. Dies wird mich zwingen, mit teilweise unvollständigen Bodensystemen zu starten, obwohl der erste Start ohnehin mehr auf die Raketenleistung ausgerichtet ist.

Ich werde diesen Abschnitt in Zukunft aktualisieren, um die endgültige Software und eine vollständige Erklärung aufzunehmen.

Schritt 9: Testen

Testen, testen, testen. NICHTS, was ich mache, funktioniert beim ersten Versuch perfekt, so lerne ich! In diesem Stadium fangen Sie an, Rauch zu sehen, alles funktioniert nicht mehr oder Dinge knacken. Es ist nur eine Frage der Geduld, das Problem zu finden und herauszufinden, wie man es beheben kann. Die Dinge werden länger dauern als erwartet und teurer als gedacht, aber wenn du ohne Erfahrung eine Overkill-Rakete bauen willst, dann musst du das einfach akzeptieren.

Sobald alles perfekt und reibungslos funktioniert (im Gegensatz zu meinem), können Sie es verwenden! In meinem Fall werde ich meine sehr übertriebene Modellrakete starten, auf der das ganze Projekt basiert…

Schritt 10: Starten

Jeder, der sich an meinen letzten Instructables-Beitrag erinnert, wird wissen, dass dies der Punkt ist, an dem ich Sie im Stich gelassen habe. Die Rakete ist immer noch nicht gestartet, da es sich um ein riesiges Projekt handelt! Ich strebe derzeit den 4. Oktober an, aber wir werden sehen, ob ich diese Frist einhalte. Davor habe ich noch viel mehr zu machen und viel zu testen, was bedeutet, dass in den nächsten zwei Monaten mehr Instructables-Posts und YouTube-Videos auf dem Weg sind!

Aber während Sie auf dieses süße Startmaterial warten, verfolgen Sie den Fortschritt und sehen Sie, wo ich mit all dem stehe:

YouTube:

Twitter (tägliche Updates):

Instagram:

Controller-Anleitungen:

Meine zwielichtige Website:

Aufkleber:

Ich arbeite gerade an dem Launchpad-Video, das in ein paar Wochen (hoffentlich) auf YouTube erscheinen wird!

Schritt 11: Einen Schritt weiter!?

Natürlich habe ich noch einen langen Weg vor mir, bis alles so funktioniert, wie ich es möchte, obwohl ich bereits eine Liste mit zukünftigen Ideen habe, wie ich es besser und übertriebener machen könnte! Sowie einige wichtige Upgrades.

- Stärkere obere Klemmen

- Strongback-Dämpfung

- Kabelgebundenes Backup (wenn das WLAN lästig ist)

- Externe Stromversorgungsoption

- Anzeigemodus

- Nabelschnur starten

- Und natürlich alle aktuellen Probleme beheben

Apropos aktuelle Probleme:

- Fehlerhaftes Funksystem

- MOSFET-Probleme

- PWM-Rauschen

- 1-Wege Strongback-Betätigung

Danke, dass du meinen Beitrag gelesen hast, ich hoffe, du bekommst ein paar tolle Inspirationen davon!