Plataforma de lançamento de foguete modelo exagerado !: 11 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Há algum tempo, lancei uma postagem do Instructables sobre meu "Controlador de lançamento de foguete modelo Overkill" junto com um vídeo do YouTube. Eu fiz isso como parte de um grande projeto de modelo de foguete onde estou fazendo tudo o mais exagerado possível, na tentativa de aprender o máximo que posso sobre eletrônica, programação, impressão 3D e outras formas de fazer. O post do Instructables foi muito popular e as pessoas pareceram gostar, então decidi que valia a pena fazer um sobre minha nova plataforma de lançamento exagerada!

Um modelo típico de plataforma de lançamento de foguetes consiste em um trilho que guia o foguete e uma estrutura básica para segurá-lo. Mas como estou tentando fazer as coisas o mais exageradas possível, eu sabia que não poderia simplesmente ter um trilho. Depois de muita pesquisa, encontrei alguns modelos de plataformas de lançamento de foguetes semelhantes a plataformas de lançamento reais, embora fossem feitas de madeira e parecessem bastante bagunçadas.

Então, comecei a pensar em como poderia tornar a minha a mais avançada e complicada do mundo. Eu decidi que nenhuma ideia era 'muito louca' ou 'impossível para um jovem de 16 anos de idade realizar', então qualquer ideia que fosse acessível foi escrita e criada. Decidi desde o início que queria continuar o tema durão que é visto no meu foguete e controlador, então uma estrutura de aço e placas de alumínio era certamente o caminho a percorrer.

Mas Eddy, o que a plataforma de lançamento tem e o que ela faz que a torna tão diferente?

Bem, meu modelo de foguete não é exatamente um foguete típico com barbatana. Em vez disso, o foguete é preenchido com eletrônicos personalizados e equipamentos de controle de vetor de empuxo. O controle vetorial de empuxo, ou TVC, envolve mover o motor dentro do foguete para direcionar seu empuxo e, portanto, direcionar o foguete para sua trajetória apropriada. No entanto, isso envolve orientação por GPS, o que é ILEGAL! Então meu foguete usa TVC para mantê-lo superestável na posição vertical com um giroscópio no computador de vôo, sem equipamento GPS. A estabilização ativa é legal, a orientação não!

Depois dessa longa introdução, ainda não expliquei o que o pad realmente faz e quais são seus recursos! A plataforma de lançamento não é um trilho simples, mas sim um sistema muito complexo cheio de peças mecânicas, eletrônicas e pneumáticas. O objetivo era torná-lo semelhante a uma plataforma de lançamento real, o que explica muitos dos recursos. A almofada possui um pistão pneumático para retrair o contraforte, grampos superiores impressos em 3D e grampos de base, comunicação sem fio com o controlador, muita iluminação RGB (é claro!), Uma estrutura de aço, placa de alumínio cobrindo a base, laterais de alumínio escovado, uma trincheira de chamas e vários computadores personalizados para controlar tudo.

Estarei lançando um vídeo no YouTube sobre a plataforma de lançamento em breve, bem como muitos outros vídeos de coisas que fiz antes do primeiro lançamento em cerca de 2 meses. Outra coisa importante a notar é que este post do Instructables será menos um guia de como fazer e mais do meu processo e um pouco de alimento para reflexão.

Suprimentos

Como moro na Austrália, minhas partes e links provavelmente serão diferentes dos seus, recomendo fazer sua própria pesquisa para encontrar o que é certo para o seu projeto.

O básico:

Material para construir a moldura (madeira, metal, acrílico etc)

Botões e interruptores

Filamento PLA

Muitos parafusos M3

Eletrônicos

Você pode usar qualquer ferramenta que tiver, mas aqui está o que usei principalmente:

Ferro de solda

Furar

Isqueiro (para tubo termorretrátil)

Serra

Soldador MIG

Alicate

Chaves de fenda

Multímetro (foi um salva-vidas para mim!)

Etapa 1: primeiros passos

O que a plataforma de lançamento precisa fazer? Qual é a aparência necessária? Como posso fazer isso? Qual é o orçamento? Todas essas são perguntas muito importantes para se fazer antes de começar a lidar com essa tarefa. Portanto, comece pegando papel, desenhando alguns esboços e anotando ideias. Fazer muitas pesquisas também irá ajudá-lo muito, pode apenas lhe dar aquela ideia de ouro que o torna muito melhor!

Depois de ter pensado em tudo o que você quer fazer, divida em seções para que não seja tão opressor. Minhas 6 seções principais eram metalurgia, pinças de base, pneumática, software, eletrônica e iluminação. Dividindo-o em seções, consegui fazer as coisas em ordem e priorizar o que precisava ser feito o mais rápido.

Certifique-se de planejar tudo extremamente bem e fazer diagramas de cada sistema para que você possa entender como tudo funcionará. Depois de saber o que precisa ser feito e como você vai fazer, é hora de começar a construí-lo!

Etapa 2: Trabalho em metal

Decidi que esta plataforma de lançamento seria uma ótima oportunidade para aprender um pouco sobre o trabalho do metal, então foi o que fiz. Comecei projetando a estrutura de aço e incluindo todas as dimensões. Optei por um quadro bastante básico, mas decidi cortar as pontas em 45 graus onde quer que houvesse uma dobra de 90 graus, apenas para aprender um pouco mais e obter mais experiência. Meu projeto final foi a estrutura básica, com o contraforte montado em uma dobradiça. Ele então teria alumínio cobrindo-o e tiras de borda para torná-lo um pouco mais limpo. Também incluiria uma trincheira de chamas feita de tubos de aço com alguns cortes de 45 graus na extremidade, para que a chama saísse em um pequeno ângulo.

Comecei cortando todas as peças da moldura e depois soldando-as. Assegurei-me de que não havia soldas do lado de fora, caso contrário, as placas de alumínio não ficariam rentes à estrutura. Depois de muito aperto e imãs, consegui soldar a estrutura em linha reta. Em seguida, cortei todas as placas de alumínio no tamanho certo com uma grande tesoura de metal e cortei as tiras das bordas com alguns recortes de estanho. Uma vez feito isso, tudo foi parafusado no lugar, o que se provou mais difícil do que eu esperava que fosse.

As bordas de aço e alumínio do forte foram então pintadas de preto e o forte foi instalado em sua dobradiça. Por último, alguns suportes de aço simples foram feitos para o pistão, o que permitiu que ele puxasse o encosto e girasse em seu ponto de articulação.

Etapa 3: grampos de base

Com o quadro principal pronto e o pad começando a ficar parecido com algo, decidi que queria fazer com que segurasse o foguete o mais rápido possível. Portanto, os grampos de base e os grampos superiores eram os próximos da lista.

As braçadeiras da base precisavam ser capazes de segurar o foguete enquanto ele estava sob impulso e, em seguida, soltá-lo no momento exato. Com cerca de 4,5 kg de empuxo, o foguete destruiria os servo motores sg90 que são usados nos grampos de base. Isso significava que eu tinha que criar um projeto mecânico que tiraria todo o estresse do servo e, em vez disso, o colocaria em uma peça estrutural. O servo então tinha que ser capaz de retrair facilmente a braçadeira para que o foguete pudesse decolar. Decidi me inspirar em uma caixa inútil para este design.

Os servos e partes mecânicas também tiveram que ser completamente cobertos para que não ficassem em contato direto com o escapamento do foguete, então foram feitas tampas laterais e superiores. A tampa superior teve que se mover para fechar a 'caixa' quando a braçadeira se retraiu, eu simplesmente usei alguns elásticos para puxá-la para baixo. Embora você também possa usar molas ou outra parte mecânica para puxá-lo. Os grampos de base então tiveram que ser montados na plataforma de lançamento em um trilho ajustável para que sua posição pudesse ser ajustada, e eles poderiam potencialmente conter outros foguetes. A adaptabilidade era importante para os grampos de base.

Os grampos de base foram muito desafiadores para mim, pois não tenho experiência com peças mecânicas e tudo precisava ter tolerâncias de 0,1 mm para funcionar sem problemas. Levei 4 dias consecutivos desde que comecei os grampos até quando eu tive o primeiro grampo totalmente funcional, pois havia muito CAD e prototipagem envolvidos para fazê-los funcionar sem problemas. Foi então mais uma semana de impressão 3D, pois cada pinça tem 8 peças para trabalhar.

Mais tarde, quando instalei o computador pad, percebi que planejava usar apenas um pino do Arduino para controlar os quatro servos. Isso acabou não funcionando e eu também tive problemas com o regulador de tensão, então fiz um "servo computador" que fica embaixo da plataforma de lançamento e controla as pinças. Os reguladores foram então montados nas placas de alumínio das almofadas para serem usados como um grande dissipador de calor. O servocomputador também liga e desliga os servos com MOSFETs, para que eles não fiquem ligados sob estresse constante.

Etapa 4: grampos superiores

Depois de semanas de trabalho nos grampos de base e na eletrônica relacionada, era hora de fazer mais grampos! Os grampos superiores têm um design muito simples, embora sejam muito fracos e certamente serão atualizados no futuro. Eles são apenas um suporte simples que é aparafusado no contraforte e segura os servo motores. Montados nesses servo motores estão os braços que têm um chifre de servo colado neles com epóxi. Entre esses braços e o foguete estão algumas peças pequenas e curvas que giram e se moldam ao formato do foguete.

Essas braçadeiras têm cabos que descem pelo fundo do cofre e chegam ao computador principal que os controla. Uma coisa a acrescentar é que demorou muito para ajustar suas posições aberta e fechada no software, pois eu estava tentando não travar os servos, mas ainda segurar o foguete com segurança.

Para projetar os grampos, desenhei uma vista 2D do topo do foguete e do contraforte, com as dimensões exatas entre eles. Eu fui então capaz de projetar os braços com o comprimento certo e os servos com a largura certa para segurar o foguete.

Etapa 5: Iluminação

A maioria das etapas a partir daqui não está realmente em qualquer ordem, eu poderia basicamente fazer o que quisesse naquele dia ou semana. No entanto, ainda me concentrei em apenas uma seção de cada vez. A plataforma de lançamento tem 8 LEDs RGB que estão conectados a três pinos do Arduino, o que significa que são todos da mesma cor e não podem ser endereçados individualmente. Ligar e controlar muitos LEDs RGB foi uma grande tarefa por si só, pois cada LED precisa de seu próprio resistor. O outro problema era que eles puxariam muita corrente se estivessem em um pino do Arduino por cor, então precisavam de uma fonte de tensão externa, regulada para a tensão correta.

Para fazer tudo isso, fiz outro computador chamado ‘Placa LED’. É capaz de alimentar até 10 LEDs RGB, todos com resistores próprios. Para alimentar todos eles, usei transistores para tirar energia da tensão regulada e ligar as cores como eu queria. Isso me permitiu usar apenas três pinos do Arduino, mas não puxar muita corrente para fritar a placa.

Todos os LEDs estão em suportes impressos em 3D personalizados que os mantêm no lugar. Eles também têm cabos Dupont feitos sob medida que se conectam à placa de LED e são roteados de forma organizada através da estrutura da plataforma de lançamento.

Etapa 6: Penumática

Sempre me interessei por pneumática e hidráulica, embora nunca tenha entendido totalmente como os sistemas funcionavam. Ao comprar um pistão barato e acessórios baratos, pude aprender como a pneumática funcionava e aplicá-los ao meu próprio sistema. O objetivo era retrair suavemente o dorso com o pistão pneumático.

O sistema exigiria um compressor de ar, restritores de fluxo, um tanque de ar, válvulas, uma válvula de alívio de pressão e uma série de acessórios. Com um design inteligente e um monte de suportes impressos em 3D personalizados, eu mal conseguia encaixar tudo isso dentro do pad.

O sistema que projetei era bastante básico. Uma bomba de compressor de ar enche um tanque de ar e um manômetro é usado para visualizar a pressão (alvo de 30 PSI). Uma válvula de alívio de pressão seria utilizada para ajustar a pressão dos tanques, segurança e liberar o ar quando não estiver em uso. Quando o cofre está pronto para retrair, uma válvula solenóide é ativada pelo computador, deixando o ar entrar no pistão e empurrando-o para trás. Os restritores de fluxo seriam usados como uma forma de desacelerar esse movimento de retração.

O tanque de ar não está sendo usado no momento, pois ainda não tenho os acessórios necessários para ele. O tanque é apenas um extintor de incêndio pequeno e antigo, e usa um tamanho de encaixe muito especial. E sim, isso é um haltere de 2Kg, se não estivesse lá a almofada iria tombar quando o encosto se retraísse.

Etapa 7: Eletrônica

A parte mais importante, a parte principal e a parte com intermináveis problemas. Tudo é controlado eletronicamente, mas alguns erros de projeto e esquemáticos simples, mas estúpidos, causaram pesadelos. O sistema sem fio ainda não é confiável, certas entradas estão com defeito, há ruído nas linhas PWM e um monte de recursos que eu planejei não funcionam. Vou refazer todos os eletrônicos no futuro, mas vou viver com isso por enquanto, pois estou ansioso para o primeiro lançamento. Quando você é um jovem de 16 anos totalmente autodidata, sem qualificações e sem experiência, as coisas estão fadadas a dar errado e falhar. Mas o fracasso é como você aprende e, como resultado dos meus muitos erros, pude aprender muito e aprimorar minhas habilidades e conhecimentos. Eu esperava que a parte eletrônica levasse cerca de duas semanas, depois de 2,5 meses ele ainda mal funciona, é por isso que falhei neste.

Longe de todos os problemas, vamos falar sobre o que funciona e o que foi / deve ser feito. O computador foi originalmente projetado para servir a muitos propósitos. Isso inclui controle de LED, controle de servo, controle de válvula, controle de ignição, comunicação sem fio, comutação de modo com entradas externas e a capacidade de alternar entre alimentação por bateria e alimentação externa. Muito disso não funciona ou está com defeito, embora as versões futuras do Thrust PCB irão melhorar esta situação. Também imprimi em 3D uma capa para o computador impedir o contato direto com o escapamento.

Houve uma grande quantidade de solda envolvida ao longo do processo, pois eu fiz dois computadores principais, um servo computador, duas placas de LED, muita fiação e cabos Dupont personalizados. Tudo também foi isolado adequadamente com tubulação termorretrátil e fita isolante, embora isso não impedisse que os curtos ainda acontecessem!

Etapa 8: Software

Programas! A parte da qual falo o tempo todo, mas estou relutante em liberar neste estágio. Todos os softwares de projetos serão lançados eventualmente, mas eu estou segurando isso por enquanto.

Eu projetei e produzi um software muito complicado e extenso para fazer uma interface perfeita com o controlador. Embora problemas de hardware sem fio me obrigaram a refazer o software extremamente básico. Agora o pad é ligado, ele define e os grampos para segurar o foguete e espera por um sinal do controlador que diz para ele começar a contagem regressiva. Em seguida, ele passa automaticamente pela contagem regressiva e inicia sem sinais de acompanhamento sendo recebidos. Isso torna o botão de parada de emergência no controlador inútil! Você pode pressioná-lo, mas uma vez iniciada a contagem regressiva, não há como pará-la!

É minha maior prioridade consertar o sistema sem fio logo após o primeiro lançamento. Embora demore cerca de um mês e meio de trabalho (em teoria) e centenas de dólares, é por isso que não estou consertando agora. Já faz quase um ano desde que comecei o projeto e estou tentando lançar o foguete no céu durante ou antes do aniversário de um ano (4 de outubro). Isso me forçará a lançar com sistemas terrestres parcialmente incompletos, embora o primeiro lançamento seja mais focado no desempenho dos foguetes de qualquer maneira.

Estarei atualizando esta seção no futuro para incluir o software final e uma explicação completa.

Etapa 9: Teste

Testando, testando, testando. NADA que eu faço funciona perfeitamente na primeira tentativa, é assim que aprendo! É nesta fase que você começa a ver fumaça, tudo para de funcionar ou as coisas estalam. É só uma questão de ser paciente, encontrar o problema e descobrir como resolvê-lo. As coisas vão demorar mais do que você espera e serão mais caras do que você pensava, mas se você quiser construir um foguete exagerado sem experiência, então você apenas tem que aceitar isso.

Depois que tudo estiver funcionando perfeitamente e sem problemas (ao contrário do meu), você está pronto para usá-lo! No meu caso, lançarei meu modelo de foguete exagerado, em torno do qual todo o projeto se baseia …

Etapa 10: lançar

Qualquer pessoa que se lembre da minha última postagem no Instructables saberá que esse é o ponto em que eu o decepcionei. O foguete ainda não foi lançado, pois é um grande projeto! No momento, estou planejando o dia 4 de outubro, mas veremos se vou cumprir esse prazo. Antes disso, tenho muito mais coisas para fazer e muitos testes para fazer, o que significa que há mais postagens do Instructables e vídeos do YouTube a caminho nos próximos dois meses!

Mas enquanto você espera por aquela linda filmagem de lançamento, por que não acompanhar o progresso e ver onde estou com tudo isso:

YouTube:

Twitter (atualizações diárias):

Instagram:

Controlador Instructables:

Meu site duvidoso:

Adesivos:

No momento, estou trabalhando no vídeo da plataforma de lançamento que estará no YouTube em algumas semanas (espero)!

Etapa 11: Um passo adiante !?

Obviamente, ainda tenho um longo caminho a percorrer até que tudo funcione como desejo, embora já tenha uma lista de ideias futuras de como poderia torná-lo melhor e mais exagerado! Bem como algumas atualizações importantes.

- Grampos superiores mais fortes

- Amortecimento do Strongback

- Backup com fio (para quando o wireless está sendo um problema)

- Opção de alimentação externa

- Modo de exibição

- Lançamento umbilical

- E, claro, consertar todos os problemas atuais

Falando de problemas atuais:

- Sistema sem fio defeituoso

- Problemas de MOSFET

- ruído PWM

- Atuação de reforço de 1 via

Obrigado por ler meu post, espero que você se inspire nele!