Projekt FURIA (FURORE) - rakieta FURIA XB - fi 19 mm

Piszemy tylko o własnych konstrukcjach modeli - ale nie o silnikach!
Awatar użytkownika
tineo
**
Posty: 33
Rejestracja: poniedziałek, 23 lip 2018, 06:36
Lokalizacja: Rypin na Marsie

Projekt FURIA (FURORE) - rakieta FURIA XB - fi 19 mm

Post autor: tineo » środa, 1 sie 2018, 10:15

Witam wszystkich miłośników modelarstwa rakietowego i techniki rakietowej!
Przedstawiam Wam projekt mojej nowej rakiety!

Projekt: „FURIA” („FURORE”)

Dewiza: BYŁEM BLIŻEJ NIEBA!

Motto: „Stojąc na ramionach gigantów widzisz dalej niż oni!” I. Newton

Obrazek Obrazek
Logo projektu Furia (łacińskie i polskie)

Cele:
Podstawowy: Udane zaprojektowanie i wystrzelenie rakiety własnej konstrukcji, jej prawidłowy lot oraz bezpieczny powrót na ziemię w celu odczytania parametrów lotu (wysokość). Zdobycie pierwszych doświadczeń.
Dodatkowy: Osiągnięcie możliwie maksymalnego pułapu. Zrobienie kroku milowego (a właściwie kilometrowego): osiągnięcie wysokości 1000 m (1 km) – od czegoś trzeba zacząć!

Założenia: Osiągnięcie celu przy minimalnym nakładzie środków finansowych, materiałowych i maksymalnie skracając czas operacyjny potrzebny na uruchomienie. Wykorzystanie prostych i tanich rozwiązań.

Projektowanie:
Głównym wytycznym jaki brałem pod uwagę przy projektowaniu rakiety były parametry silnika – jego średnica i ciąg maksymalny. Najmocniejszym silnikiem do jakiego mam aktualnie dostęp jest silnik klasy D9 i taki zostanie wykorzystany w projekcie. Drugim czynnikiem było osiągnięcie możliwie maksymalnej wysokości poprzez optymalizację elementów rakiety: minimalną średnicę oraz wydłużenie, odpowiedni kształt głowicy, zakończenia i stateczników.

I. Rakieta:
1. Korpus rakiety ze zwiniętego cienkiego papieru samoprzylepnego o gramaturze około 80g/m2 na rurce o średnicy 18 mm (średnica silnika), formatu A4, co da około 4 warstwy – grubość ścianki około 0,4 mm i średnicę zewnętrzną około 19 mm.
2. Stateczniki wykonane z takiego samego papieru, podklejonego do uzyskania właściwej sztywności (4 warstw papieru) i grubości około 0,4 mm. Przyklejane do korpusu za pomocą kleju cyjanoakrylowego (CA – SG).
3. Głowica wykonana (wytoczona) z twardego tworzywa przemysłowego – Ertalonu o gęstości 1,15 g/cm3, wygładzona i drążona w środku, gdzie znajdzie się miejsce na baterię zasilającą układ elektroniczny.
Całość rakiety również pokryta lakierem/farbą w celu wygładzenia powierzchni i zabezpieczenia przed wilgocią.

II. Silnik:
Silnik gotowy, fabryczny firmy Klima GmbH klasy D9-0 lub D9-P o parametrach: impuls całkowity: 19,5 Ns (20 Ns), ciąg maksymalny: 8,7 N (9 N), czas pracy silnika: 2,1 s, czas opóźnienia: 0 s, masa silnika: 26,3-26,5 g, masa paliwa 15,0-15,5 g, średnica zewnętrzna silnika: 18 mm, długość silnika: 70 mm. Cena: 15 - 20 zł sztuka.

III. Lądowania:
Tu jeszcze nie wiem co dokładnie zastosować i jak to uwalniać. Prawdopodobnie taśma wyzwalana ładunkiem... Sprawa otwarta do przeanalizowania...

IV. Elektronika:
Ponieważ głównym celem projektu jest jak najwyższy lot, parametr ten musi być jakoś zmierzony. Pomiar ten będzie realizowany przez prosty układ elektroniczny oparty na ARDUINO PRO MINI na razie tylko z jednym czujnikiem BMP180 mierzącym ciśnienie powietrza (wysokość względną), i/lub ewentualnie temperaturę powietrza i zapisujący odczytane wartości do pamięci EEPROM mikrokontrolera (dla Atmega328 – 1024 bajty). Zasilanie układu napięciem 3,3V z jednej baterii 4LR44 (o napięciu 6V). Pojemność nominalna: 105-185 mAh, zależnie od producenta, wymiary: 13,0x25,2 mm, waga: 10 g. Do tego mały włącznik zasilania. Układu działa wg algorytm:
1. Po uruchomieniu program wysyła zawartość pamięci na port szeregowy (Jeśli Monitor portu szeregowego nie będzie włączony ten krok nie wykona się).
2. Następnie obliczana jest wysokość odniesienia (poziom zerowy), czyli pułap z którego rakieta startuje. W ciągu 5 sekund układ pobiera z czujnika 100 próbek (co 50 ms) i oblicza z nich średnią arytmetyczną, która jest wysokością zerową.
3. Dalej rozpoczyna się właściwy pomiar i zapis danych. Układ co 50 ms (20 Hz) odczytuje z czujnika wysokość w pełnych metrach i zapisuję ją w pamięci EEPROM (pomniejszoną o wysokość odniesienia), której pojemność (1kB) pozwala zebrać 512 próbek (dwu bajtowych typu int - ponad 32 000 metrów) w czasie około 25 sekund co w zupełności wystarczy na prześledzenie lotu silnikowego i swobodnego, aż do momentu opadania rakiety. Można również mierzyć i zapisywać temperaturę powietrza (za pomocą tego samego czujnika), wówczas odczyt co 0,1 s (10 Hz). Układ w przyszłości będzie mógł być rozbudowany o akcelerometr i czytnik kart pamięci tak żeby móc zebrać więcej różnego rodzaju danych, a przede wszystkim potwierdzić osiągniętą wysokość lotu.

V. Start:
Prosta, lekka wyrzutnia rurowa z prętów średnicy fi7,8 mm osadzonych w stabilnej podstawie, odpalanie z lontu, śledzenie startu i lotu za pomocą kamery i obserwacji wizualnej. W dalszej perspektywie elektryczny zapalnik.

Obrazek
Silniki firmy Klima

Obrazek
Paln generalny

Obrazek
Projekt w OpenRocket. Symulacja dla wygładzenia części na poziomie 2um

Obrazek
Projekt w OpenRocket. Symulacja dla wygładzenia części na poziomie 60um

Obrazek
Arduino Pro Mini 3,3V z czujnikiem BMP180 w korpusie rakiety - jeszcze nie połączone.

Obrazek
Testy oprogramowania na Arduino Nano z zasilaniem 4xNiCd (4,8 V)
Ostatnio zmieniony wtorek, 18 wrz 2018, 14:58 przez tineo, łącznie zmieniany 3 razy.
BYŁEM BLIŻEJ NIEBA! - Pozdrawiam Tomek C.

Awatar użytkownika
yarco
Podniebny Filmowiec
Podniebny Filmowiec
Posty: 155
Rejestracja: niedziela, 13 lut 2011, 20:17
Lokalizacja: Płock
Kontakt:

Re: Rakieta FURIA

Post autor: yarco » środa, 1 sie 2018, 14:52

Przyglądam się i czegoś mi brakuje w twym projekcie a chodzi o element zasadniczy a mianowicie spadochron który sprowadzi to maleństwo bezpiecznie na ziemię. :) rysunek i obliczenia to nie wszystko musisz jeszcze raz przekonstruować swój model. Powodzenia
"Niebo jest czarne a Ziemia Niebieska"


Awatar użytkownika
Kacper
Supersonic PROFI
Posty: 737
Rejestracja: niedziela, 30 sty 2011, 18:30
Lokalizacja: Kraków

Re: Rakieta FURIA

Post autor: Kacper » środa, 1 sie 2018, 20:14

Kiedyś puszczałem model podobnej klasy. Papierowy model jest w stanie wytrzymać takie przyspieszenia i prędkości ale nic po tym bo przez to że jest mały natychmiast znika z oczu. Nie ma szans żeby go widzieć podczas lotu. Jeśli nie ma GPSa na pokładzie to szansa na znalezienie jest znikoma. Swoją rakietę zgubiłem. Polecam zbudować większą rakietę na ten silnik tak żeby mieć ją w zasięgu wzroku.
Tak z grubsza to na każdy centymetr kalibru mamy 100m pułapu z którego jeszcze widać model.

Awatar użytkownika
tineo
**
Posty: 33
Rejestracja: poniedziałek, 23 lip 2018, 06:36
Lokalizacja: Rypin na Marsie

Re: Projekt FURIA (FURORE)

Post autor: tineo » piątek, 3 sie 2018, 15:10

Przyznam, że opinia Kacpra bardzo mnie pocieszyła i zachęciła do dalszej pracy nad projektem takiej właśnie rakiety, bo myślałem, że nic z tego nie będzie! Ponadto Kacper opisał tu problem, ze śledzeniem małej rakiety lecącej wysoko, którego ja z braku doświadczenia nie brałem pod uwagę. Dziękuję!
yarco - plan poprawiłem (czujnik zmieści się nad arduino) tam jest mało miejsca ale jakaś taśma powinna się zmieścić...
Mogę zawsze zwiększyć wydłużenie przez co spadną nieco osiągi, ale będę miał miejsce na układ odzysku.
BYŁEM BLIŻEJ NIEBA! - Pozdrawiam Tomek C.

Awatar użytkownika
tineo
**
Posty: 33
Rejestracja: poniedziałek, 23 lip 2018, 06:36
Lokalizacja: Rypin na Marsie

Re: Projekt FURIA (FURORE)

Post autor: tineo » wtorek, 7 sie 2018, 10:38

Ostatnie testy oprogramowania wykazały pewne błędy w algorytmie, tzn. algorytm jest poprawny, ale jest dość kłopotliwy w użytkowaniu. Zaraz po podłączeniu do komputera musimy być gotowi do odbioru danych z pamięci, bo inaczej te zostaną nadpisane. Może się zdarzyć, że po locie rakiety zasilanie zostanie wyłączone i ponownie włączone (np. układ się zresetuje) i dane z lotu zostaną utracone... Dlatego też przerobiłem program tak żeby możliwe były dwa tryby pracy (ZAPIS/ODCZYT) wybierane za pomocą zworki, w ten sposób dane po locie będą zabezpieczone poprzez wpięcie/wypięcie zworki po wylądowaniu, dopóki nie zostaną ściągnięte do komputera.

Obrazek
Nowy algorytm programu elektroniki rakiety

Powyższe kłopoty z użyciem pamięci EEPROM mikrokontrolera, takie jak niemożliwy ponowny lot dopóki dane z pamięci nie zostaną pobrane, jej ograniczona i mała pojemność, brak możliwości dalszego rozwoju programu, itp., skłoniły mnie do rozważenia już na tym etapie użycia karty pamięci SD do zapisu danych z lotu.
Nie chciałem tego robić w tym projekcie ze względu na wymiary gotowych czytników kart SD, które są sporo większe od przyjętej średnicy wewnętrznej korpusu - 18-18,4 mm

ObrazekObrazekObrazekObrazek
Od lewej: Arduino ProMini, Czytnik kart SD, Czytnik kart microSD, Adapter kart microSD -> SD

Wczoraj kombinowałem jak tu dociąć płytkę od czytnika microSD, żeby się zmieściła, ale okazało się to niemożliwe. Za to dziś rano wpadłem na pomysł, żeby obciąć adapter kart microSD do pożądanych wymiarów. Jest to możliwe ponieważ skrajne "piny" nie są wykorzystywane.
Obrazek

Polecam artykuł http://feriar-lab.pl/kurs-arduino-16-obsluga-kart-sd/

ObrazekObrazek
Tyle zostało z mojego adaptera (mam ich jeszcze ;)) Okazuję się, że młotek i przecinak są niezbędne w precyzyjnej technice rakietowej :D Nie wiem tylko czy to zadziała, jak polutuje i podłączę, dam znać!
BYŁEM BLIŻEJ NIEBA! - Pozdrawiam Tomek C.

Awatar użytkownika
tineo
**
Posty: 33
Rejestracja: poniedziałek, 23 lip 2018, 06:36
Lokalizacja: Rypin na Marsie

Re: Projekt FURIA (FURORE)

Post autor: tineo » piątek, 10 sie 2018, 14:09

Postępów z elektroniką ciąg dalszy. Myślę, że jeśli dodam kartę pamięci do układu, to i dołożę akcelerometr MPU6050. Docelowo miał on trafić do układu w dalszych bardziej zaawansowanych wersjach rakiety, ale myślę że uda mi się go zmieścić już w tym korpusie. Ponadto zastosuję czujnik BMP280 (zamiast BMP180), który tak jak MPU6050 miał być wykorzystany w kolejnych wersjach elektroniki. Masy wiele mi te układy nie dodadzą, a będę miał już gotowy docelowy zaawansowany układ elektroniczny z możliwością dalszej rozbudowy. Myślę jeszcze o dodaniu jakiegoś "piszczka" ale to jeszcze pomyślimy...

Obrazek
Schemat

Obrazek
Elementy elektroniki

Poza tym, mam już kilka zwiniętych korpusów i głowicę wstępnie wykonaną, do dalszego dopieszczenia... Zdjęcia wkrótce.
BYŁEM BLIŻEJ NIEBA! - Pozdrawiam Tomek C.

Awatar użytkownika
tineo
**
Posty: 33
Rejestracja: poniedziałek, 23 lip 2018, 06:36
Lokalizacja: Rypin na Marsie

Re: Projekt FURIA (FURORE)

Post autor: tineo » wtorek, 14 sie 2018, 14:08

ObrazekObrazek
To co dotychczas udało mi się polutować wg schematu z poprzedniego posta. Jest to już kompletny układ elektroniczny zawierający Arduino pro mini, akcelerometr/żyroskop MPU 6050, czujnik ciśnienia i temperatury BMP280, czytnik kart pamięci, oraz wyprowadzenia do programowania i odczytu danych z karty, jeszcze bez baterii. Kabelki łączące arduino z kartą pamięci można będzie skrócić, ale na razie chciałem mieć tu pewne pole manewru.

ObrazekObrazekObrazekObrazekObrazekObrazekObrazekObrazekObrazekObrazek
Kilka zdjęć wykonanej przeze mnie głowicy. Nie jestem z niej do końca zadowolony, nie jest idealna, gdzieś tam ma bicie, ale jak na ręczną robotę nie jest źle... Jednak, będę próbował wykonać jeszcze co najmniej jedną.
BYŁEM BLIŻEJ NIEBA! - Pozdrawiam Tomek C.

Awatar użytkownika
tineo
**
Posty: 33
Rejestracja: poniedziałek, 23 lip 2018, 06:36
Lokalizacja: Rypin na Marsie

Re: Projekt FURIA (FURORE)

Post autor: tineo » piątek, 17 sie 2018, 21:33

Okazało się, że wiertarka stołowa to jednak za mało by zrobić dobrą głowicę do rakiety. Nie obędzie się bez tokarki. Po konsultacjach z fachowcami toczącymi od lat X z hakiem zmieniłem materiał na głowicę na tzw. Poliamid 6G (lub G6) twardy, który lepiej od ertalonu poddaje się obróbce skrawaniem. Gęstości teoretycznej tak jak ertalon 1,15 g/cm3 ale wydaje się jednak twardszy. Głowica z ertalonu którą "wytoczyłem" powinna mieć wagę teoretyczną 7,5 g, a rzeczywista jest 5,0 g. Mam już wstępnie wtoczoną jedną sztukę do dalszej obróbki i polerowania, a kolejne 3 przygotowane do zaostrzenia w ostrołuk (wykonane zatoczenie i otwory). A to wszystko wykonane na zwykłej, starej, analogowej tokarce z lat '70tych, przez człowieka, który pamięta lot Sputnika! Niestety nie mam (jeszcze) zdjęć...

W międzyczasie zaprojektowałem wyrzutnie, a właściwie, miałem ją już zaprojektowaną wcześniej, więc wrzucam plan. Jest to mini wyrzutnia rurowa wykonana z prętów, ni to prętowa, ni to rurowa ;). Nie chciałem obarczać rakiety dodatkową prowadnicą do wyrzutni prętowej, dlatego od początku był taki plan, żeby startować z wyrzutni "czteroprętowej" rurowej. Konstrukcja to 3 profile na krzyż i 4 gwintowane pręty z naspawanym profilem 10x10 dokręcane do podstawy przez dwie podkładki i nakrętki samokontrujące. Można by te pręty pospawać na stałe, ale jednak mniej miejsca zajmuje osobno...
Obrazek

Moja aktywność w tym wątku może nieco zwolnić z powodów rodzinnych. Dlatego też nieco literatury tu polecę, a przede wszystkim na początek naszą rakietową Biblię stary i jeszcze starszy testament:
ObrazekObrazek
W które sam zaopatrzyłem się na allegro. Miłej lektury!
BYŁEM BLIŻEJ NIEBA! - Pozdrawiam Tomek C.

Awatar użytkownika
jaskiniowiec
Administrator
Posty: 2274
Rejestracja: niedziela, 30 sty 2011, 18:30
Lokalizacja: Kraków
Kontakt:

Re: Projekt FURIA (FURORE)

Post autor: jaskiniowiec » sobota, 18 sie 2018, 17:49

Dziś mogło być łatwiej znaleźć kogoś z drukarką 3D by wydrukować głowicę.

Awatar użytkownika
tineo
**
Posty: 33
Rejestracja: poniedziałek, 23 lip 2018, 06:36
Lokalizacja: Rypin na Marsie

Re: Projekt FURIA (FURORE)

Post autor: tineo » sobota, 18 sie 2018, 19:43

Masz rację jaskiniowiec. Nawet miałbym taką możliwość, ale i tak musiałaby taka głowica być dodatkowo szlifowana i polerowana a może nawet i szpachlowana, ze względu na samą technikę druku 3d. Kto widział wydruki ten wie, że nawet przy bardzo wysokiej rozdzielczości to zawsze jest widoczna i wyczuwalna struktura. Dodatkowo czas druku byłby pewnie dużo dłuższy, a takie toczenie jednej sztuki zajęło nam tak naprawde jakieś 5-7 minut (Bez szlifowania na gładko i polerki). Kwestia wprawy i ogromnego doświadczenia operatora.
BYŁEM BLIŻEJ NIEBA! - Pozdrawiam Tomek C.

ODPOWIEDZ

Kto jest online

Użytkownicy przeglądający to forum: Obecnie na forum nie ma żadnego zarejestrowanego użytkownika i 10 gości