¡Plataforma de lanzamiento de cohetes modelo Overkill !: 11 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:40

Hace un tiempo publiqué una publicación de Instructables sobre mi "Overkill Model Rocket Launch Controller" junto con un video de YouTube. Lo hice como parte de un enorme proyecto de cohete modelo en el que estoy haciendo todo lo más exagerado posible, en un intento de aprender todo lo que pueda sobre electrónica, programación, impresión 3D y otras formas de fabricación. La publicación de Instructables fue muy popular y a la gente pareció gustarle, ¡así que decidí que valía la pena hacer una sobre mi nueva plataforma de lanzamiento exagerada!

Una plataforma de lanzamiento de cohetes modelo típica consiste en un riel que guía el cohete y una estructura básica para sostenerlo. Pero como estoy tratando de hacer las cosas lo más exageradas posible, sabía que no podía simplemente tener un riel. Después de mucha investigación, encontré un par de plataformas de lanzamiento de cohetes modelo que son similares a las plataformas de lanzamiento reales, aunque estaban hechas de madera y parecían bastante desordenadas.

Así que comencé a pensar en cómo podía hacer que el mío fuera el más avanzado y complicado del mundo. Decidí que ninguna idea era "demasiado loca" o "imposible de lograr para un joven de 16 años", por lo que se escribió y se creó cualquier idea que fuera asequible. Decidí desde el principio que quería continuar con el tema rudo que se ve en mi cohete y controlador, por lo que un marco de acero y placas de aluminio eran sin duda el camino a seguir.

Pero Eddy, ¿qué tiene la plataforma de lanzamiento y qué hace que la haga tan diferente?

Bueno, mi modelo de cohete no es exactamente un cohete típico con aleta. En cambio, el cohete está lleno de electrónica personalizada y equipo de control de vector de empuje. El control del vector de empuje, o TVC, implica mover el motor dentro del cohete para dirigir su empuje y, por lo tanto, dirigir el cohete a su trayectoria adecuada. Sin embargo, esto implica una guía GPS que es ILEGAL. Entonces mi cohete usa TVC para mantener el cohete súper estable en posición vertical con un giroscopio en la computadora de vuelo, sin equipo GPS. La estabilización activa es legal, la orientación no lo es.

Después de esta larga introducción, todavía no he explicado qué hace realmente el pad y cuáles son sus características. La plataforma de lanzamiento no es un simple riel, sino un sistema muy complejo lleno de partes mecánicas, electrónicas y neumáticas. El objetivo era que fuera similar a una plataforma de lanzamiento real, lo que explica muchas de las características. La almohadilla cuenta con un pistón neumático para retraer el respaldo, abrazaderas superiores y abrazaderas de base impresas en 3D, comunicación inalámbrica con el controlador, mucha iluminación RGB (¡por supuesto!), Un marco de acero, placa de aluminio que cubre la base, lados de aluminio cepillado, una trinchera de llamas y varias computadoras personalizadas para controlar todo.

Muy pronto lanzaré un video de YouTube sobre la plataforma de lanzamiento, así como muchos otros videos de cosas que hice antes del primer lanzamiento en aproximadamente 2 meses. Otra cosa importante a tener en cuenta es que esta publicación de Instructables será menos un instructivo y más de mi proceso y algo para pensar.

Suministros

Como vivo en Australia, mis partes y enlaces probablemente serán diferentes a los suyos, le recomiendo que haga su propia investigación para encontrar lo que sea adecuado para su proyecto.

Los basicos:

Material para construir el marco (madera, metal, acrílico, etc.)

Botones e interruptores

Filamento PLA

Muchos tornillos M3

Electrónica

Puede usar cualquier herramienta que tenga, pero esto es lo que usé principalmente:

Soldador

Taladro

Encendedor de cigarrillos (para tubos termorretráctiles)

Sierra de caída

Soldador MIG

Alicates

Destornilladores

Multímetro (¡esto me salvó la vida!)

Paso 1: Comenzando

¿Qué debe hacer la plataforma de lanzamiento? ¿Cómo debe verse? ¿Cómo puedo hacer que haga esto? Cual es el presupuesto? Todas estas son preguntas muy importantes que debe hacerse antes de comenzar a abordar esta tarea. Empiece por conseguir papel, hacer algunos bocetos y escribir ideas. Investigar mucho también te ayudará mucho, ¡podría darte esa idea de oro que lo hace mucho mejor!

Una vez que haya pensado en todo lo que quiere que haga, divídalo en secciones para que no sea tan abrumador. Mis 6 secciones principales fueron trabajo en metal, abrazaderas de base, neumática, software, electrónica e iluminación. Al dividirlo en secciones, pude hacer las cosas en un orden y priorizar lo que debía hacerse lo antes posible.

Asegúrese de planificar todo extremadamente bien y haga diagramas de cada sistema para que pueda comprender cómo funcionará todo. Una vez que sepa lo que debe hacer y cómo lo va a hacer, ¡es hora de comenzar a construirlo!

Paso 2: trabajo en metal

Decidí que esta plataforma de lanzamiento sería una gran oportunidad para aprender un poco sobre el trabajo del metal, así que eso es lo que hice. Empecé diseñando la estructura de acero e incluyendo todas las dimensiones. Opté por un marco bastante básico, aunque decidí cortar los extremos a 45 grados donde hubiera una curva de 90 grados, solo para aprender un poco más y obtener un poco más de experiencia. Mi diseño final fue el marco básico, con el respaldo montado sobre una bisagra. Luego tendría aluminio cubriéndolo y tiras de bordes para hacerlo un poco más ordenado. También incluiría una trinchera de llamas hecha de tubería de acero que tuviera algunos cortes de 45 grados en el extremo, de modo que la llama salga en un ligero ángulo.

Comencé cortando todas las piezas del marco y luego soldandolas juntas. Me aseguré de que no hubiera soldaduras en el exterior, de lo contrario, las placas de aluminio no quedarían al ras contra el marco. Después de muchas sujeciones e imanes, pude soldar el marco en línea recta. Luego corté todas las placas de aluminio a la medida con unas tijeras de metal grandes y corté las tiras de los bordes con unas tijeras de hojalatero. Una vez hecho esto, todo quedó atornillado en su lugar, lo que resultó más difícil de lo que esperaba.

El borde de acero y aluminio del respaldo se pintó de negro y el respaldo se instaló en su bisagra. Por último, se hicieron algunos soportes de acero simples para el pistón, lo que le permitió tirar hacia atrás del respaldo y girar en su punto de pivote.

Paso 3: Abrazaderas de base

Con el marco principal listo y la almohadilla comenzando a verse como algo, decidí que quería que sostuviera el cohete lo antes posible. Entonces, las abrazaderas de la base y las abrazaderas superiores fueron las siguientes en la lista.

Las abrazaderas de la base necesitaban poder sostener el cohete mientras se empuja, y luego soltarlo en el momento exacto. Con aproximadamente 4,5 kg de empuje, el cohete destruiría los servomotores sg90 que se utilizan en las abrazaderas de la base. Esto significaba que tenía que crear un diseño mecánico que quitara toda la tensión del servo y, en su lugar, lo pasara por una parte estructural. El servo tenía que poder retraer fácilmente la abrazadera para que el cohete pudiera despegar. Decidí inspirarme en una caja inútil para este diseño.

Los servos y las partes mecánicas también tenían que estar completamente cubiertos para que no estuvieran en contacto directo con el escape de los cohetes, por lo que se hicieron cubiertas laterales y superiores. La tapa superior tuvo que moverse para cerrar la "caja" cuando la abrazadera se retrajo, simplemente usé unas bandas elásticas para tirar hacia abajo. Aunque también podrías usar resortes u otra pieza mecánica para tirar de él. Luego, las abrazaderas de la base tenían que montarse en la plataforma de lanzamiento en un riel ajustable para que su posición pudiera ajustarse con precisión y pudieran sostener otros cohetes. La adaptabilidad fue importante para las abrazaderas de la base.

Las abrazaderas de la base fueron un gran desafío para mí, ya que no tengo experiencia con piezas mecánicas y todo lo necesario para tener tolerancias de 0,1 mm para funcionar sin problemas. Me tomó 4 días seguidos desde que comencé con las abrazaderas hasta que tuve la primera abrazadera completamente funcional, ya que hubo mucho CAD y prototipos involucrados para que funcionaran sin problemas. Luego fue otra semana de impresión 3D, ya que cada pinza tiene 8 partes para trabajar.

Más tarde, cuando instalé la computadora pad, me di cuenta de que solo había planeado usar un pin Arduino para controlar los cuatro servos. Esto terminó no funcionando y también tuve problemas con el regulador de voltaje, así que hice una "computadora servo" que está debajo de la plataforma de lanzamiento y controla las abrazaderas. A continuación, los reguladores se montaron en las placas de aluminio de las almohadillas para usarlos como un gran disipador de calor. La servocomputadora también enciende y apaga la alimentación de los servos con MOSFET, por lo que no están bajo tensión constante.

Paso 4: Abrazaderas superiores

Después de semanas de trabajo en las abrazaderas de la base y los componentes electrónicos relacionados, ¡llegó el momento de hacer más abrazaderas! Las abrazaderas superiores tienen un diseño muy simple, aunque son muy débiles y sin duda se actualizarán en el futuro. Son solo un soporte simple que se atornilla al respaldo y sostiene los servomotores. Montado en estos servomotores están los brazos que tienen una bocina de servo pegada en ellos con epoxi. Entre estos brazos y el cohete hay unas pequeñas piezas curvas que giran y se amoldan a la forma de los cohetes.

Estas abrazaderas tienen cables que bajan a través del respaldo hasta la computadora de la almohadilla principal que las controla. Una cosa para agregar es que tomó mucho tiempo ajustar sus posiciones abierta y cerrada en el software, ya que estaba tratando de no detener los servos, pero aún así sostener el cohete de forma segura.

Para diseñar las abrazaderas, dibujé una vista 2D de la parte superior del cohete y el respaldo, con las dimensiones exactas entre ellos. Luego pude diseñar los brazos con la longitud correcta y los servos con el ancho adecuado para sostener el cohete.

Paso 5: Iluminación

La mayoría de los pasos a partir de aquí no están realmente en ningún orden, básicamente podría hacer lo que quisiera ese día o esa semana. Sin embargo, todavía me concentré en una sección a la vez. La plataforma de lanzamiento tiene 8 LED RGB que están conectados a tres pines Arduino, lo que significa que todos son del mismo color y no se pueden direccionar individualmente. Encender y controlar tantos LED RGB fue una gran tarea por sí sola, ya que cada LED necesita su propia resistencia. El otro problema era que extraerían demasiada corriente si estuvieran en un pin Arduino por color, por lo que necesitaban una fuente de voltaje externa, regulada al voltaje correcto.

Para hacer todo esto, hice otra computadora llamada "LED Board". Es capaz de alimentar hasta 10 LED RGB, todos con sus propias resistencias. Para alimentarlos a todos, usé transistores para tomar energía del voltaje regulado y encender los colores como quería. Esto me permitió seguir usando solo tres pines Arduino, pero sin extraer demasiada corriente que freiría la placa.

Todos los LED están en soportes impresos en 3D personalizados que los mantienen en su lugar. También tienen cables Dupont hechos a medida que se conectan a la placa LED y se enrutan ordenadamente a través de la estructura de la plataforma de lanzamiento.

Paso 6: Penumática

Siempre me interesaron tanto la neumática como la hidráulica, aunque nunca entendí completamente cómo funcionaban los sistemas. Al comprar un pistón barato y accesorios baratos, pude aprender cómo funcionaba la neumática y aplicarlos a mi propio sistema. El objetivo era retraer suavemente el respaldo con el pistón neumático.

El sistema requeriría un compresor de aire, limitadores de flujo, un tanque de aire, válvulas, una válvula de alivio de presión y una serie de accesorios. Con un diseño inteligente y un montón de soportes impresos en 3D personalizados, apenas pude encajar todo esto dentro de la almohadilla.

El sistema que diseñé era bastante básico. Una bomba de compresor de aire llena un tanque de aire y se usa un manómetro para ver la presión (objetivo de 30PSI). Se usaría una válvula de alivio de presión para ajustar la presión de los tanques, la seguridad y liberar el aire cuando no se esté usando. Cuando el respaldo está listo para retraerse, la computadora activará una válvula solenoide, permitiendo que entre aire en el pistón y empujándolo hacia atrás. Los limitadores de flujo se utilizarían como una forma de ralentizar este movimiento de retracción.

El tanque de aire no se está utilizando actualmente, ya que todavía no tengo los accesorios necesarios. El tanque es solo un extintor de incendios pequeño y viejo, y usa un tamaño de accesorio muy exclusivo. Y sí, esa es una mancuerna de 2 kg, si no estuviera allí, la almohadilla se inclinaría cuando el respaldo se retraiga.

Paso 7: Electrónica

La parte más importante, la parte principal y la parte con un sinfín de problemas. Todo está controlado electrónicamente, pero algunos errores esquemáticos y de diseño de PCB simples pero estúpidos causaron pesadillas. El sistema inalámbrico aún no es confiable, algunas entradas están defectuosas, hay ruido en las líneas PWM y muchas de las funciones que había planeado no funcionan. Voy a rehacer toda la electrónica en el futuro, pero voy a vivir con eso por ahora ya que estoy ansioso por el primer lanzamiento. Cuando eres un joven de 16 años totalmente autodidacta, sin cualificaciones ni experiencia, es probable que las cosas salgan mal y fracasen. Pero el fracaso es la forma de aprender y, como resultado de mis muchos errores, pude aprender mucho y ampliar mis habilidades y conocimientos. Esperaba que la electrónica tardara unas dos semanas, después de dos meses y medio todavía apenas funciona, así de mal fallé este.

Lejos de todos los problemas, hablemos de lo que funciona y lo que se supone que debe hacer. La computadora fue diseñada originalmente para varios propósitos. Estos incluyen control de LED, servocontrol, control de válvulas, control de encendido, comunicación inalámbrica, cambio de modo con entradas externas y la capacidad de cambiar entre energía de batería y energía externa. Mucho de esto no funciona o es defectuoso, aunque las versiones futuras del Thrust PCB mejorarán esta situación. También imprimí en 3D una cubierta para que la computadora detuviera el contacto directo con el escape.

Hubo una gran cantidad de soldadura involucrada durante todo el proceso, ya que hice dos computadoras principales, una servocomputadora, dos placas LED, mucho cableado y cables Dupont personalizados. Todo también fue aislado apropiadamente con tubos termorretráctiles y cinta aislante, ¡aunque eso no impidió que siguieran ocurriendo cortocircuitos!

Paso 8: software

¡Software! La parte de la que hablo todo el tiempo pero que me resisto a publicar en esta etapa. Todo el software de proyectos se lanzará eventualmente, pero me lo estoy guardando por ahora.

Había diseñado y producido un software muy complicado y extenso para conectarlo perfectamente con el controlador. Aunque los problemas del hardware inalámbrico me obligaron a rehacer el software de forma extremadamente básica. Ahora la almohadilla se enciende, se configura y las abrazaderas para sostener el cohete y espera una señal del controlador que le dice que comience la cuenta regresiva. Luego pasa automáticamente por la cuenta regresiva y se inicia sin recibir señales de seguimiento. ¡Esto hace que el botón de parada de emergencia del controlador sea inútil! Puede presionarlo, pero una vez que se inicia la cuenta regresiva, ¡no hay forma de detenerlo!

Mi mayor prioridad es arreglar el sistema inalámbrico inmediatamente después del primer lanzamiento. Aunque tomará alrededor de un mes y medio de trabajo (en teoría) y cientos de dólares, es por eso que no lo estoy arreglando en este momento. Ha pasado casi un año desde que comencé el proyecto y estoy tratando de lanzar el cohete al cielo antes del primer aniversario (el 4 de octubre). Esto me obligará a lanzar con sistemas terrestres parcialmente incompletos, aunque el primer lanzamiento está más centrado en el rendimiento de los cohetes de todos modos.

Actualizaré esta sección en el futuro para incluir el software final y una explicación completa.

Paso 9: prueba

Pruebas, pruebas, pruebas. NADA de lo que hago funciona perfectamente al primer intento, ¡así es como aprendo! Es en esta etapa cuando comienzas a ver humo, todo deja de funcionar o las cosas se rompen. Es solo una cuestión de ser paciente, encontrar el problema y descubrir cómo solucionarlo. Las cosas tomarán más tiempo de lo que esperabas y serán más caras de lo que pensabas, pero si quieres construir un cohete exagerado sin experiencia, entonces solo tienes que aceptarlo.

Una vez que todo funcione perfectamente y sin problemas (a diferencia del mío), ¡estará listo para usarlo! En mi caso, lanzaré mi cohete modelo exagerado, que es en lo que se basa todo el proyecto …

Paso 10: ¡Lanzamiento

Cualquiera que recuerde mi última publicación de Instructables sabrá que este es el punto en el que te decepcioné. ¡El cohete aún no se ha lanzado, ya que es un proyecto enorme! Actualmente estoy apuntando al 4 de octubre, aunque veremos si cumplo con ese plazo. Antes de eso, tengo muchas más cosas que hacer y muchas pruebas que hacer, lo que significa que habrá más publicaciones de Instructables y videos de YouTube en camino durante los próximos dos meses.

Pero mientras espera ese dulce video de lanzamiento, ¿por qué no seguir el progreso y ver dónde estoy con todo?

YouTube:

Twitter (actualizaciones diarias):

Instagram:

Instructables del controlador:

Mi sitio web poco fiable:

Pegatinas:

¡Actualmente estoy trabajando en el video de la plataforma de lanzamiento que estará en YouTube dentro de un par de semanas (con suerte)!

Paso 11: ¿¡Un paso más allá !?

Obviamente, todavía tengo un largo camino por recorrer hasta que todo funcione como quiero, aunque ya tengo una lista de ideas futuras de cómo podría hacerlo mejor y más exagerado. Además de algunas actualizaciones importantes.

- Abrazaderas superiores más fuertes

- Amortiguación de espalda fuerte

- Copia de seguridad con cable (para cuando la conexión inalámbrica es un problema)

- Opción de alimentación externa

- Modo de visualización

- Lanzamiento umbilical

- Y por supuesto, solucionar todos los problemas actuales.

Hablando de problemas actuales:

- Sistema inalámbrico defectuoso

- Problemas de MOSFET

- Ruido PWM

- Accionamiento de respaldo de 1 vía

Gracias por leer mi publicación, ¡espero que te inspire mucho!