Как сделать ракету в опен скаде

14

Как сделать ракету в опен скаде

Reddit and its partners use cookies and similar technologies to provide you with a better experience.

By accepting all cookies, you agree to our use of cookies to deliver and maintain our services and site, improve the quality of Reddit, personalize Reddit content and advertising, and measure the effectiveness of advertising.

By rejecting non-essential cookies, Reddit may still use certain cookies to ensure the proper functionality of our platform.

For more information, please see our Cookie Notice and our Privacy Policy .

Get the Reddit app

Share news, tips and tricks, and ask questions about how to use 3D CAD modelers for programmers, such as OpenSCAD, CoffeeSCAD, and ImplicitCAD

Имитация сборки и запуска модели ракеты с OpenRocket

Я помню, когда я учился в младших классах, один из моих любимых проектов магазина был, когда мы проектировали, изготавливали, строили, а затем запускали настоящую модель ракеты. Сама идея настройки различных параметров конструкции для достижения большей высоты или большей скорости действительно доставляет массу удовольствия, не говоря уже об отличном способе практического обучения физике и технике.

Мы любим делать модели здесь, в MUO. Вот почему мы рассказали такие истории, как создание макетов поездов модели. планы макетов поездов модели и поезд и веб-ресурсы для создания моделей. Одна из проблем с настройкой дизайна модели в реальном мире заключается в том, что для ее тестирования вам необходимо перестроить ракету с этими новыми параметрами, выполнить тестовый запуск, а затем вернуться к чертежной доске, чтобы еще больше улучшить свой дизайн.

Что если бы вы могли использовать компьютер для имитации запуска модельной ракеты с возможностью изменения и проверки всех возможных изменений, которые вы можете внести в конструкцию вашей ракеты? Существует только такое приложение, и оно называется OpenRocket.

Сборка испытательных ракет в OpenRocket

OpenRocket является Java-приложением, поэтому оно должно работать на большинстве платформ, на которых установлен Java-движок. Когда вы впервые запустите его, вы увидите, насколько очевидно, что тот, кто создал это приложение, был заядлым конструктором ракетных моделей. Приложение поставляется со всеми компонентами, материалами и даже марками и моделями двигателей, которые соответствуют типичной конструкции ракеты.

Проектирование вашей моделируемой ракеты

Когда вы впервые запустите приложение, вам нужно будет назвать свой дизайн и указать свое имя как дизайнера. В главном окне есть несколько основных панелей, включая дерево дизайна в верхнем левом углу, панель выбора компонентов в правом верхнем углу и экран отображения дизайна в нижней части.

Вы можете работать над созданием каждого компонента проекта, выбрав его в верхней части экрана, а затем заполнив все параметры проекта на экране конфигурации, который открывается для него. Вы назначите длину, диаметры, толщину стенки и даже материал, из которого сделан этот компонент, и какую отделку панели он будет иметь.

При разработке каждого компонента вы увидите два символа, расположенных вдоль корпуса, которые будут показывать вам центр тяжести ракеты (CG) и центр давления (CP). Вы пройдете через назначение параметров дизайна для конуса носа, тела и перехода. Затем вы даже можете назначить, какие аксессуары вы будете добавлять, например, парашют.

Как вы можете видеть здесь, дерево дизайна позволяет вам быстро и легко перемещаться по дизайну, так что вы можете настраивать элементы для каждого компонента без необходимости искать его в главном окне дизайна.

Говоря о главном окне дизайна, оно показывает вам все текущие «характеристики», которые соответствуют вашему текущему дизайну. Вы увидите CG, CP, длину и ширину. Кроме того, он даст вам текущую массу и диаметр, и вы увидите все предупреждения о дизайне, которые возникают в программном обеспечении, в правом нижнем углу окна дизайна. Обратите особое внимание на эти предупреждения, поскольку они указывают на некоторые недостатки дизайна, которые вы могли сделать.

Наряду с боковым видом ракеты, вы также можете нажать, чтобы увидеть вид сзади. Этот вид конструкции покажет вам все внутренние и внешние диаметры корпуса и блока цилиндров.

Как только вы убедитесь, что у вас есть дизайн, который будет хорошо работать, пришло время запустить его через симулятор. Для этого все, что вам нужно сделать, это нажать на вкладку « Симуляторы полета » в верхней части окна приложения.

Выполнение симулированных полетов

На данный момент, пришло время для классной части. Протестируйте свой дизайн, чтобы увидеть, насколько хорошо он работает и какие данные вы получите в отношении траектории полета, скорости, высоты и многого другого. Чтобы получить точное моделирование, попробуйте оценить параметры окружающей среды в вашей реальной испытательной зоне и включить их в кнопку « Условия запуска ». Добавьте скорость ветра, GPS-координаты вашего сайта и даже размеры вашего стартового стержня. Все эти вещи могут повлиять на желаемые результаты.

Вам также нужно будет использовать окно конфигурации двигателя, чтобы выбрать, какой двигатель вы хотите использовать в своей ракете и где вы хотите разместить его (или их). Как я уже упоминал ранее, OpenRocket поставляется с предустановленной комплектацией всех стандартных производителей двигателей и конструкций двигателей. Очевидно, что выбранный вами двигатель также повлияет на симуляцию полета, поэтому обязательно выберите двигатель, который вы используете в реальном мире.

Когда вы будете готовы запустить симуляцию, нажмите на вкладку « Данные графика », убедитесь, что вы выбрали конфигурацию графика, которую вы хотите изменить — например, вертикальное движение или фактическую траекторию полета — и затем нажмите « Выполнить симуляцию» . Затем нажмите на Plot flight, чтобы увидеть ваши данные.

Очевидно, что боковой профиль является ярким показателем поведения вашей ракеты. Вы точно увидите, какую высоту достигла ваша ракета, а также увидите траекторию параболического полета, включая пройденное расстояние, местоположение пика и зажигание парашюта.

Конечно, щелкнув по любому из других параметров в раскрывающемся списке, вы получите полное представление обо всех данных полета. Вы можете видеть все, что образует вертикальное движение, по сравнению с зажиганием и выгоранием двигателя, стабильностью, сопротивлением и многим другим. Это все данные, которые вы никогда не сможете получить из реального испытательного полета в любительской ситуации.

Составление графика этих тестовых полетов и изучение того, что вы можете по данным, позволяет вам придумать более эффективные и мощные конструкции, которые достигают желаемых результатов запуска. Прелесть этого в том, что вы можете разработать идеальную модель ракеты, используя свой компьютер, без необходимости тратить много времени и денег на создание прототипов. Вы можете позволить вашему компьютеру делать прототипы, а затем вы можете основать свой реальный проект на основе окончательных параметров симулятора.

Вы в создании моделей ракет? Как вы думаете, OpenRocket может помочь вам создать лучший дизайн? Попробуйте и посмотрите, что вы думаете! Поделитесь своим опытом и мыслями в разделе комментариев ниже.

Blogs

OpenSCAD file showing my OctoCopter. Parametric design so you can change it into a Tri/Quad/Hex/Y. Design based on the AGL Hobbies carbon fiber frame. I created it so that I could try different boom lengths and prop sizes.

You need to be a member of diydrones to add comments!

Comments

I need a diagram on autocad dwg to cut the machine plasma, need a scheme octocopter.se Would anyone can help me thank .

Is there any reason why the boom/arms need to be the same length? If every second arm was shorter, could you increase the prop size for a given footprint?

Per aspera ad astra, или как я строил ракету. Часть 1. Делаем движки и запускаем ракеты

Эту знаменитую фразу К.Э.Циолковского не забывают и по сей день. NASA, ESA, Роскосмос, SpaceX и множество других космических компаний отправляют автоматические миссии на другие планеты, запускают людей в космос и стремятся воплотить в жизнь слова Константина Эдуардовича.

Но что делать, если разработка новой ракеты занимает долгое время, а запустить ее хочется здесь и сейчас? Тогда стоит заняться ракетомоделированием и самим построить и запустить ракету мечты. А о своем опыте проектирования ракет я с удовольствием вам расскажу в этой статье.

Вступление

Всем привет! В этой серии статей я хотел бы поделиться с вами моим опытом разработки и запусков моделей ракет, рассказать о своих первых неудачах и головокружительных успехах, о том как надо делать и как не надо. Я не буду вдаваться в подробности того, как построить ракету, потому что в интернете есть много гайдов по этой теме, а сделаю упор именно на личный опыт, дабы уберечь вас от моих ошибок и показать несколько моих интересных находок и решений.

Космосом я увлекся после того как побывал на программе Большие Вызовы 2017 ОЦ Сириус на направлении “Космические технологии и робототехника”. На ней наша команда разработала первый российский школьный спутник SiriusSat, который в 2018 году вместе со своим братом-близнецом был запущен с МКС во время выхода в открытый космос. Полезная нагрузка спутника — детекторы заряженных частиц и гамма-излучения. Конкретно моей задачей на программе было проведение испытаний спутника. Так как в лаборатории космических систем были установлены вибростенд и термобарокамера, то мы решили “протрясти” и “запечь” наш аппарат. Все испытания прошли успешно, наша команда защитила проект, и все довольные разъехались по своим городам.

SiriusSat-1 и SiriusSat-2. Ручка нужна для того, чтобы космонавт держал спутник

В общем на этой смене я и заразился тематикой космоса. Потом в 10 классе мне пришла в голову идея собрать свою ракету с какой-нибудь электроникой.

Первые попытки собрать движок

Сердцем любой ракеты является ее двигатель, поэтому сперва нужно было собрать его. Среди ракетомоделистов очень популярно карамельное топливо, из-за того, что оно легко в изготовлении и его компоненты (сахарная пудра и калиевая селитра) можно найти в любом городе.

“Карамелька” относится к классу твердотопливных ракетных двигателей, для которых не нужна система трубопровода и насосы. Грубо говоря это тот же фейерверк, только с стабилизированным и управляемым полетом, ну и в конце полета в идеале ничего не взрывается, а медленно спускается на парашюте. Основной частью двигателя является бак с топливом, который одновременно выступает и камерой сгорания. Топливо, сгорая в баке, выпускает реактивную струю высокой скорости в одну сторону и, благодаря закону сохранения импульса, толкает ракету в противоположную. Вообще теорию реактивного движения впервые описали К.Э.Циолковский, Р.Годдард и Г.Оберт в 20 веке, но, как бы то ни было парадоксально, первыми применили ее на практике китайцы в 200-х годах до н.э., открыв порох и изобретя фейерверк. В современных твердотопливных двигателях используются более совершенные топлива, например в боковом ускорителе Спейс Шаттла использовалась смесь перхлорат аммония, алюминия и оксида железа.

Схема простейшего ТТРД . Как видно, камеры сгорания как таковой нет, топливо сгорает в баке и выпускает струю газа через сопло

Калиевую селитру купил в ближайшем магазине удобрений, а сахарную пудру в продуктовом магазине. На тот момент надпись N — 13,6% и K2O — 46% меня не смутила, но из-за нее потом было очень много проблем, о которых я расскажу чуть позже.

Для изготовления корпуса мне понадобилась пластиковая водопроводная труба длиной 100мм и диаметром 10 мм, бентонит (наполнитель для кошачьего туалета), чтобы сделать заглушки и для утрамбовки самого топлива нужно было найти любую палку, свободно входящую в двигатель. Селитру, бентонит и сахарную пудру я на всякий случай по отдельности перемолол в ступе. Затем смешал калиевую селитру и пудру в соотношении 70% к 30%. Теперь необходимо было забить все компоненты в трубу следующим образом:

1. Засыпаем в трубу ложку перемолотого бентонита
2. Забиваем бентонитовую заглушку примерно на 10мм, при необходимости досыпаем бентонит. Важно плотно его утрамбовать, чтобы он не крошился и не высыпался из трубы
3. Утрамбовываем топливо примерно на 80мм. Его также нужно утрамбовывать плотно, по максимуму заполняя отведенное ему пространство в трубе. Чем больше топлива, тем больше тяга
4. Забиваем последнюю бентонитовую заглушку до конца трубы, аналогичным образом, как и первую
5. Высверливаем по центру на малой скорости в любой из заглушек отверстие глубиной примерно 50-70 мм. Так мы делаем своеобразное сопло

/>
Серые части — бентонитовые заглушки, по центру — топливо

Для поджигания двигателя я сделал бикфордов шнур. Джутовую веревку отварил в растворе карамельного топлива, концентрацию взяв на глаз, примерно 2-3 чайных ложки на стакан воды. После варки необходимо дать шнуру высохнуть, и если пропорции раствора топлива были правильными, то на веревке будет белый налет карамельки. Двигатель и шнур для его поджига были готовы, а это значит, что предстояло провести его прожиг.

К сожалению фотографий первого двигателя и видео его испытаний у меня нет, но по итогу он не взлетел, но знатно дымился на стартовом столе.

Выводы:

• Температура горения была высокой, из-за чего начала плавиться пластиковая труба, и было решено, что корпуса следующих движков нужно делать из металла
• Сопло постоянно забивалось остатками продуктов горения, из-за чего могло повыситься давление в двигателе и ракета просто взорвалась бы, а rapid unscheduled disassembly никому не нужна. На тот момент я подумал, что это из-за неправильной пропорции селитры и из-за того, что сахарная пудра была не чистой, поэтому в следующих движках решил поэкспериментировать с пропорциями и заменить сахарную пудру на чистый сахар

It’s alive!

Покопавшись в интернете, я примерно понял в чем была проблема первого движка. Из-за трамбовки топливо распределялось неравномерно, в нем образовывались полости, и оно было неоднородно из-за чего процесс горения был очень вялым и вместо ракеты получилась хорошая дымовая шашка. Решение проблемы было простое — забить в трубу сваренное карамельное топливо. В качестве корпуса взял металлическую штангу для ванной и решил поэкспериментировать с пропорциями топлива и с добавкой оксида железа 3 (то есть обычной ржавчины), потому что он должен был увеличить скорость горения.

Примеры чистого карамельного топлива и с добавлением ржавчины. Источник

Движки я сделал поменьше, так как не видел смысла в изготовлении полноразмерного варианта, так же, как и не видел смысла в заглушках и сопле, на скорость горения топлива повлиять они не должны были, потому что все испытуемые были в равных условиях окружающей среды.

Прежде чем варить топливо, поговорим о технике безопасности, ведь карамелька легко воспламеняется и горит очень резво. Варить топливо нужно только на электрической плите, на газовой плите или любом другом источнике открытого огня готовить топливо нельзя. Кстати, в недавнем взрыве склада пиротехники в Бейруте по официальным данным воспламенилась именно селитра, так что будьте крайне осторожны при варке.

Топливо варил на электрической плите в блиннице до цвета и консистенции сгущенки. Блинница тем хороша, что в ней все ингредиенты равномерно нагреваются и не пригорают.

В итоге у меня получилось несколько подопытных:

• Движки с перемолотым в ступке и сваренным карамельным топливом
• Движки с измельченным в кофемолке и сваренным карамельным топливом
• Движки с измельченным в кофемолке и сваренным карамельным топливом с добавлением 1% оксида железа 3

Выводы:

• В этот раз все движки загорелись и горели они очень хорошо, что конечно же порадовало
• Ржавчина увеличивает скорость горения. Для сравнения двигатель 55/45 горел примерно 35 сек, а 54/45/1 уже 26 сек;
• Измельчение в кофемолке существенно не прибавило скорости горения
• Даже с заменой сахара в двигателях оставалось много не сгоревшего вещества (черное и белое вещество в “бочонках” на последней фотографии), состав которого был не известен

Что в итоге?

А в итоге у нас плохо работающие движки. Основная их проблема — неполное сгорание топливной смеси (о последствиях этого я писал выше). Также подкачала и скорость горения. И вот тут-то всплывает злополучная надпись N — 13,6% и K2O — 46% на упаковке селитры, потому что, скорее всего калиевая селитра для удобрений нечистая, и оставшиеся 40,4% это какие-нибудь примеси, которые и стали причиной плохой работы двигателей.

Если вы смотрели недавнюю серию роликов Амперки Ракета против Лехи, то вы заметили, что они использовали химически чистую калиевую селитру. Благодаря ей у них прогорело все топливо, да и скорость горения была выше (2,85 мм/сек против моих 1-1,25 мм/сек). Ну и еще одним минусом самодельных движков является то, что неизвестна их тяга, а я в будущем хотел бы рассчитывать параметры полета ракеты.

По итогу могу сделать вывод, что на калиевой селитре для удобрений движок не построишь. В общем, на такой грустной ноте я закончил разработку своих движков, и стал искать тех, кто делает и продает готовые движки.

Строим ракету

Двигатели я купил на сайте Real Rockets. Так как вместе с этими двигателями поставляется и электрический воспламенитель, то нужно было собрать пульт для запуска, ну и саму ракету конечно же. В том же магазине приобрел картонные трубы для корпуса.

На просторах интернета нашел схему для пульта и немного переделал ее, чтобы от прозвонки случайно не зажегся движок, и в итоге схема получилась такой:

Корпус сделал из ПВХ листов, внутри разместил спаянную схему, провода к воспламенителю (на схеме R2) вывел на зажимы. К проводу зажигания припаял крокодильчики, которые и подключались к воспламенителю.

Внутренности пульта для запуска

Собранный пульт вместе с проводом зажигания

Ну и как любую космическую систему, пульт необходимо было испытать, да и неплохо было бы посмотреть как вообще работают готовые движки.

Чтобы ракета летела вертикально вверх я решил спроектировать ее в программе Open Rocket, а затем напечатать на 3D принтере все детали. С помощью функции оптимизации ракеты я подобрал форму и размеры обтекателя и стабилизаторов исходя из размеров картонной трубы, обтекателя (в него я хотел установить альтиметр, о котором расскажу в следующей части), массы и тяги двигателя и его крепления. Но сперва необходимо было добавить используемый движок.

Чертеж ракеты в Open Rocket

В базе данных Open Rocket есть только американские двигатели, но если вы хотите использовать двигатели других производителей, то можно добавить их в программу. Сделать это довольно просто, я бы даже сказал увлекательно:

1. Находим кривую тяги двигателя, в моем примере мы будем добавлять двигатель РД1-20-5 от Real Rockets
   «
   Кривая тяги двигателя РД1-20-5
2. Скачиваем программу ThrustCurve Tracer для рисования новой кривой тяги
3. Открываем программу и жмем кнопку Open Image в левом верхнем углу и выбираем фотографию кривой тяги нашего двигателя
4. Жмем кнопку Setup Grid и настраиваем оси следующим образом
   • В X axis вписываем начальное и конечное значение времени, в моем случае 0 — 1.2 с
   • В X sub-subdivisions вписываем число вертикальных линий между нулем и конечным временем, в моем случае 2
   • В Y axis аналогично X axis только вписываем значения тяги, в моем случае 0 — 30 Н
   • В Y axis sub-subdivisions аналогично X axis sub-subdivisions только вписываем количество горизонтальных линий, в моем случае 2

5. Выравниваем наложенную сетку с сеткой фотографии
6. Жмем кнопку Draw points и начинаем ставить точки на кривой. Вы увидите, что их будет соединять красная линия, которая и должна совпадать с кривой. Вы можете ставить точки в произвольном порядке, главное чтобы последняя точка была на нулевом значении тяги (просто на этом времени тыкните мышкой куда-нибудь за нижнюю границу сетки)
7. Если вы правильно расставили точки, то снизу увидите галочку

Найти подходящую форму обтекателя и стабилизаторов можно с помощью функции оптимизации ракеты (Анализ -> Оптимизация ракеты). Для этого их нужно сначала добавить к нашей ракете и указать их материал, чтобы программа учитывала и их массу.

Добавить свой материал тоже просто. Для этого в разделе материалы (Правка -> Настройки -> Материалы) нажимаем Новый и добавляем данные о материале. Если вы так же, как и я печатаете детали на 3D принтере, то плотность при данном заполнении пластиком можно узнать, вспомнив школьные лабораторные работы по физике: в мерный стакан наливаем воды, опускаем деталь и по разности объемов находим объем детали, на весах измеряем массу детали, делим второе на первое и получаем плотность.

В параметрах самих стабилизаторов и обтекателя выбираем наш материал и начинаем их оптимизировать. Конечно, иногда программа выдает страшные формы деталей, поэтому нужно ограничивать максимальные и минимальные значения, которые вы оптимизируете.

Также не стоит забывать о стабильности, потому что от нее зависит, завалится ли на бок ваша ракета во время полета или полетит строго вверх. Если не вдаваться в физические формулы, то стабильность — это расстояние в диаметрах корпуса (калибрах) от центра давления до центра тяжести. Open Rocket умная программа и за нас рассчитывает их положение, поэтому нам остается только следить за значением стабильности. В идеале стабильность вашей ракеты должна быть 2-3 калибра, поэтому в оптимизации ракеты не забываем поставить ограничения и на эту характеристику.

Когда форма стабилизаторов и обтекателя были рассчитаны, предстояло их смоделировать и отправить на печать. Также я смоделировал и крепление для двигателя.