Uživatelské nástroje

Nástroje pro tento web

Překlady této stránky?:

cs:rocket

Experimentální konstrukce rakety

Cílem konstrukce experimentální rakety je navrhrnout pokud možno univerzální stavebnici sondážní rakety s motorem pro opakované použití na tuhé palivo. Nápad na realizaci takového projektu vznikl na astronomické expedici 2014 v návaznosti na již několik let trvající starty malých primitivních raket bez užitečné zátěže.

 Funkční vzorek 3D tisknutelné rakety Jednotlivé díly tisknutelné rakety

Naopak tento projekt by měl přinést možnost na raketě pracovat dlouhodoběji a vytvořit návrh, který bude schopen nést alespoň částečně užitečnou zátěž.

Konstrukce rakety

Mechanická konstrukce rakety by měla být modulární pro přizpůsobení různým experimentům. Ideálně, kdyby jednotlivé části rakety byly tisknutelné na 3D tiskárně, nebo byly tisknutelné alespoň jejich modely.

Opakovatelně použitelný motor

Pro modelářské účely je dostupný opakovaně použitelný motor na tuhé palivo. Opakovaným použitím se myslí fakt, že pro další start jej stačí doplnit o palivovou patronu.

Raketové palivo

Tuhé palivo pro opakovatelně použitelný motor je ve formě patron s kanálkovým vyhoříváním. Do motoru na obrázcích výše se dávají dvě patrony nad sebe oddělené gumovými O-kroužky pro zamezení jejich volnému pohybu.

Raketový motor na jedno použití

Zajímavou větví vývoje sondážní rakety by mohl být vývoj raketového motoru na jedno použití. Navrženého tak, že by byl vytisknutelný na 3D tiskárně. Vývoj tímto směrem se odehrává v tomto githhub repositáři.

Návrh postupu vypadá následovně: na 3D tiskárně se vytiskne tělo motoru, kopyto pro trysku, píst na upěchování a víčko motoru. Do spodní části těla motoru se dá kopyto pro trysku potřené vazelínou, ze shora se nasype tmel na výrobu trysky (ZnCl - ZnO?), do těla motoru se zasune píst a tryska se upěchuje pravidelným mlácením do pístu po správný čas (tlačit heverem proti něčemu?). Po té so kopyto pro trysku vytáhne ven a motor se ze shora naplní palivem (válečky, na bázi sorbitolu?). Nakonec se navrh přilepí víčko (acetonem, nebo jiným rozpouštědlem?).

Vhodné pro inspiraci jsou tyto stránky: raketaci.cz - vlastní výroba motoru Project-X vs. Detonator

Na raketě musí být z bezpečnostních důvodů umístěno návratové zařízení, které je dopraví konstrukci rakety na zem, tak aby nemohlo dojít ke zranění nebo poškození.

Padák

Padák je nejklasičtější konstrukce návratového systému.

Výmetná slož padáku

Vyhození padáku bude realizováno náloží ze střelného prachu, která vystřelí špičku a vymete padák. Elektronika spouštěče bude v takovém případě využívat obvod 555 spojený s výkonovým tranzistorem HEXFET. Úlohou časovacího obvodu 555 je vytvořit časově posunutý jednotkový skok, který otevře výkonový tranzistor. Čas výbuchu by byl nastavitelný SMD trimrem na PCB. A jako spínač by byl použit HEXFET se spínacím napětím menším než 2V. V takovém případě by bylo možné celé zařízení spolehlivě napájet z jednoho lithiového článku o nominálním napětí 3,7V, protože napěťový úbytek na HEXFETu je zanedbatelný.

Takové řešení je lepší než klasický tyristorový časovač především v tom, že nepotřebuje na rozdíl od tyristoru vysoké napájecí napětí. Navíc je možno ve větším rozsahu měnit časování.

Jiné druhy návratových systémů

Podobně jako u stratosférického balonu by bylo vhodné použít jako návratové zařízení Rogallo. Takové řešení umožňuje řízený návrat na místo startu.

Další zajímavou možností je Helicopter recovery, která má podobné vlastnosti jako kluzák. Ale je konstrukčně jednodušší zvláště v případě použití 3Dtiskárny.

Stabilizační plochy

V klasickém návrhu modelářských raket je uvažováno o stabilizačních plochách běžné křidélkové konstrukce. Takový tvar je ale problematický pro vytištění na 3D tiskárně. Z technologických důvodů by bylo lepší použít Решётчатые рули. Tato konstrukce je testována i v podobném projektu kde je vyvíjen rocket guidance system.

Nový přistup byl proto testován na zmenšeném modelu.

Každý z výtisků na fotografii výše má hmotnost 7g. Jejich pevnost je pravděpodobně větší, než při stejné konstrukci vytvořené z papíru. Pevnost výtisku s grid-finem je navíc podstatně větší, nez u verze s klasickými křidélky. Problémem gridfinu je požadavek na jeho pravidelnost, který není tiskem jednoduché splnit, proto bude pravděpodobně využíván hybridní design obou konceptů.

Kamera

Pro první starty bude pro záznam letu jako payload umístěna kamera se záznamem na mikroSD kartu.

Dohledávací vysílač

Ještě během Astronomické expedice byla otestována konstrukce dohledávacího vysílače složeného ze součástek zaletovaných do vzduchu. Konstrukce fungovala ale nebyla dostatečně odolná pro použití v raketě.

Jako další krok je proto navrhován plošný spoj, který má sloužit jako mechanická podpora celého vysílače. Použitý plošný spoj bude dvouvrstvý s tloušťkou laminátu 0.3mm.

Anténa takového vysílače má být tažena volně podél trupu rakety ve vodících trubičkách. Vysílač by měl být umístěn ve špičce a během vymetení špičky by se anténa měla vytáhnout z vodících trubiček.

Telemetrický vysílač

V další fázi vývoje rakety, kdy bude natrénováno odpalováni opakovaně použitelného motoru bude dohledávací vysílač nahrazen komplikovanějším modulem schopným vysílat telemetrii ze základních čidel. Vysílač bude proto spojen s mikroprocesorem, který bude mít možnost řídit výmět padáku podle odhadnuté výšky, změřeného zrychlení atd.

Podpůrný software

Simulace parametrů rakety

Pro simulaci aerodynamiky letu rakety je použit program OpenRocket.

Zdrojové soubory simulace jsou uloženy v Github repozitáři.

Zpracování telemetrických dat

Měření motorů

Přípravek pro měření tahu

Pro měření tahu opakovaně použitelných motorů by bylo potřeba navrhnout přípravek využívající tenzometrický element z elektronických vah. Tento tenzometr by pak byl v můstkovém zapojení připojen k ADC, přes které by byl vyčítán tah motoru.

Na měřící stolici by měl být k dispozici i výstup pro připojení palníku s autodiagnostikou podobně, jako na odpalovací rampě.

Technické parametry:

  • Nutnost začít měření synchronizovaně se zážehem motoru.
  • Časové rozlišení měření křivky ideálně 10ms, maximálně však 100 ms. Doba hoření motoru je přibližně 1,5 s

Úkoly k vyřešení:

  • Nalézt tenzometrický element do elektrické váhy s dostatečným měřícím rozsahem.
  • Navrhnout připojení ADC k můstkovému zapojení rezistorů v tenzometru.

Existující řešení

Záznamy z vývoje

První start

Celý článek o prvním pokusu je Expedičním blogu. Elektroniku v tomto případě konstruoval Ondra Šesták a skládala se ze dvou částí. Telemetrického vysílače a časovače pro odpálení padáku. Technická výkresová dokumentace k oboum zařízením je v Git repozitáři.

Využití konstrukce

  • instantní aerometrická měření spouštěná okolními podmínkami.
  • Bezdrátový přenos dat - Jednorázové dosažení přímé viditelnosti přijímací stanice pro odeslání balíku naměřených dat ze stanice.
  • Snímkování a skenování jednorázové události z velkých výšek. (Větších než je dosažitelné např. kvadrokoptérou)

Fyzikální měření

Demonstrace silového a tlakového působení sil na raketu. Testování senzorů.

Meteorologické aplikace

Měření vertikálních profilů proudění v atmosféře

Kouřová stopa může být použita jako měřící objekty pro zobrazení vertikální změny proudění. Jde o komplementární měření k datům získaným z wind-profileru. Data získaná tímto způsobem jsou využitelná v detekční síti meteorů Bolidozor

Studium bleskových výbojů

Raketa může vygenerovat bleskový výboj vytvořením vodivé cesty v atmosféře. Například uhlíkovou stopou, tenkým vodivým drátkem atd..

Reference

cs/rocket.txt · Poslední úprava: 2016/03/22 00:13 autor: kaklik