Арго; Велосипедист
Изградба и момински лет на крут модел на авион
Написот како PDF: Die_Argo
Зошто да се гради авион?
Арго не е обичен авион, тој е планиран како крут авион. Тоа значи, како и старите цепелини, тој има крута, аеродинамична, покриена надворешна структура со неколку вреќи за гас внатре. Ова има некои предности во однос на вообичаените балони, но исто така и низа недостатоци што го прават градењето на ваков модел голем проблем. Во оваа мала проектна документација, ние покажуваме како некои од овие проблеми се решени добро, а други се делумно решени.
Во исто време „Арго“ е експериментален воздушен брод во кој се тестира форма на труп што ги интегрира весмите директно во обликот, слично на кану. Ова ја зголемува аеродинамиката и обемот на бродот. Во исто време, Арго треба да користи два мали дијагонално ротирачки мотори без четки со цел да совлада екстремно тесни вртења или паркирање наназад покрај летот напред.
За да се направи целата приказна уште повозбудлива, „Арго“ треба да го изведе својот прв лет со фрегата за воздушни бродови на Здружението за воздушни бродови во Сасекс, Велика Британија. Тоа значи дека готовиот, екстремно филигрански авион мора некако да дојде неповреден од Германија, преку земјите од Бенелукс и каналот до Велика Британија. Но, прво треба да се испланира Арго.
План:
Арго е изведен од неговиот претходник „Хугин“, кој сепак имал 4 крути кормилорни коњи на стрмнината, кои се извлекуваат од обликот на трупот. Самиот Арго е редизајниран да има 3 поголеми кормилости површини, од кои секоја води во подвижна површина што ја контролира серво. Со 3 весла, бродот заштедува малку тежина во споредба со варијантата 4 весла и во принцип не губи никаков степен на слобода. Контролирањето на овој камион ламбда е малку потешко, но бидејќи ќе се користи микроконтролер, ова не е голем проблем.
Веќе на сликата е видливо демонтирањето на лушпата во одделни пресеци што подоцна ќе послужи како основа за рамката. Рамката ќе биде изработена од балса дрво со дебелина од 1 мм во ленти ширина од 3 мм, залепена со Понал, а потоа покриена со исклучително тенка хартија. Гасните кеси се направени од ќебе за спасување и неформално се полнат во пликот и се полнат со хелиум. Електрониката доаѓа од бавни флаери и се контролира преку микро-контролер Panstamp од компјутер користејќи џојстик. Конечно, превозот до Англија треба да се одвива во кутија по мерка. Па, да дојдеме до реализација.
Арго е пресметано како што следува. Со должина од 2,4 м и најголем дијаметар од приближно 0,6 м, има теоретски внатрешен волумен од 470 литри. Со инфериорен балон-гас, ова одговара на практична пловна моќност од 470 g. Тежината на различните склопови се распределува на овие 470 g на следниов начин:
Рамка - 100 гр
Покривање - 64 гр
Гасни кеси - 80 гр
Електроника - 80 гр
Ова одговара на вкупна тежина од 324 g. Бидејќи ова е оптимистичка пресметка и е фундаментално полошо во пракса, претпоставивме вишок од над 150 g тежина за конструкцијата, така што крајната структура може да лебди дури и ако се појават проблеми. Тоа ќе се исплати, како што ќе видиме подоцна.
Фази на изградба:
Скелето
Рамката за филигран е изградена во два дела, горен и долен дел, кои потоа се лепат во средината. 13 плочи од МДФ кои беа исечени за да одговараат на 3Д моделот служат како образец. Со цел да се пренесат пресеците од компјутерот до табличките МДФ, упатената слика беше фрлена врз дрвените плочи со светло и се нацрта.
Сега се произведува градежниот материјал, огромен куп филигрански греди балса се исечени од не баш 3 плочи од балса дрво дебели 1 мм 10 х 100 см, кои ги формираат потпорите за рамката. Една од овие греди од дрво балса тежи околу 0,8 g и е само кревка и флексибилна самостојно.
Композитот на гредите во голема конструкција со попречни и надолжни членови е изненадувачки стабилен и може да издржи голем стрес. Во исто време, материјалот е флексибилен и може да се обликува на посебен начин, што е совршено за градење на Арго со неговата комплицирана форма на школка. Како прв чекор, надолжните рамки се фиксираат на шаблонот. Во вториот чекор, формата на вкрстените ребра е свиткана и залепена на неа. Така што ребрата ја чуваат правилната форма, тие се ставаат во вода и потоа се свиткуваат во точките на свиткување над рачка за лемење. Оваа техника е донекаде модифицирана во градењето на бродови и затоа дрвото може да биде трајно обликувано. Исушените и обликувани крстовидни ребра сега се едноставно залепени на надолжните ребра на точките на премин со Понал. За фиксација користиме стеги од материјали за градинарство, со кои всушност се добиваат качувачки растенија за да останат на нивните столбови. Овие клипови се лесни и имаат добар контакт, и имавме многу од нив. Во овој дел, брзината на конструкцијата во основа се одредува само според бројот на спојници и сушењето на лепилото.
Вкупна тежина во овој момент: 60 g (Проценето 80 g)
Облогата:
Откако беше нанесена обвивката, воздушниот брод стана премногу тежок за точните фини ваги, но достапните скали на Икеа направија само неточни проценки. Се чини дека тежината е далеку над проценетата вредност и бродот тежи приближно 220 g со готовиот капак и претходно изграденото скеле. Веќе се вклучени 3 микросервиси кои треба да го придвижат кормилото на опашката. Значи, дојдовме до следната фаза на изградба, електрониката на Арго.
Гасните кеси:
Пловидбата на Арго доаѓа од две вреќи за гас изработени од тенок алуминиумски обложен пластичен филм (16 g/m²). Овие беа грубо исечени и поврзани со двострана леплива лента, што овозможува исклучително силни и тесни гасовити врски. Во принцип, голем дел од фолија е едноставно преклопен во средината и залепен на рабовите. Претходно вметната филмска цевка е вратот за полнење и е затворен со леплива лента по полнењето. Бидејќи обликот на Арго се одредува според неговата рамка и обвивката, воздушното перниче може неформално да ја наполни внатрешноста, што го прави производството многу полесно.
Електронската:
Грубо скицирана, електрониката на бродот се состои од следниве компоненти:
- Литиум-полимерна батерија од 3,7 V 1S на лакот, која го снабдува целиот брод со енергија
- Модул за пантомарки кој, од една страна, ја воспоставува радио врската со земјата и, од друга страна, ги контролира сервосите, во основа преземајќи ја улогата на флексибилен приемник што може да пресметува и пренесува истовремено. Овој модул за маркирање ги контролира другите компоненти:
- 2 микро мотори без четки со ESC на лакот, кои можат да се контролираат индивидуално
- 2 сервоа, кои секој го контролира правецот на моторите без четки и дозволува да се сврти потисниот авион од напред кон назад.
- 3 сервоа на строгата, секој контролира еден кормило.
Значи, вкупно 7 канали за далечинско управување треба да бидат доделени и контролирани доста сложени, но повеќе за тоа подоцна.
Седиштата на опашката
Моторите:
Користевме најмали прифатливи мотори без четки (2,3 g) што може да ги добиеме на пазарот. Овие се контролираат од ситни ESC (0,2 g), кои се снабдуваат со енергија преку серво-жицата. Целокупната вградена мрежа е директно и нерегулирана на батеријата, така што сервосите и контролорите на брзината работат со струја од 3,7 V - 4,2 V, во зависност од полнењето на батеријата, што работи многу добро во експериментот. Бидејќи моторите се доста моќни и извлекуваат до 2 ампери, решивме да користиме подебели и изолирани кабли со пресек од 0,14 м² за напојување, додека сигналот повторно се насочува кон ESC преку емајлирана бакарна жица. Малите пропелери со бавно летање беа залепени директно на вратилото на моторот за да се заштеди тежината за спинерот. Двата мотори заедно развиваат многу потисок и покрај малата големина и звучат одлично благодарение на огромната звучна кутија на воздушниот брод.
Моторни сервиси:
Две помоќни 5g серво го регулираат правецот на потиснувањето на моторот. Ова е за подобра маневрирање и работи според следниов принцип. Моторите се далеку напред во бродот и нивните погонски оски се подредени под агол. Ако елисите дуваат напред, бродот лета наназад, ги дува наназад, лета напред. Во средната позиција, тие се насочени надолу и нанадвор. Значи, дел од нагонот се спушта, друг лево и десно. Ако сакате да летате нагоре, ја изберете оваа поставка, ако сакате да летате настрана, еден од моторите е свртен надолу, така што другиот мотор генерира сила настрана. Бидејќи моторите се напред, бродот се врти на самото место. Приклучоците на сервосите и држачите за мотори беа дизајнирани во FreeCAD и отпечатени на Ultimaker. Бидејќи компонентите треба точно да се извршат и поради силата на моторот мора да бидат доста робусни, се решивме против конструкцијата на дрво балса и печатената пластична варијанта. Комплетниот мотор со пропелер, мотор, ESC, серво, држач и кабли на крај тежи 15 g. Ова додава 30 g на тежината на бродот за двете мешунки.
Батерија:
Со цел да се задржи тежината на бродот мала, се користат најмалите прифатливи батерии. Бидејќи моторите не бараат многу електрична енергија, а воздушните бродови се исклучително економични летала, бидејќи не трошат енергија на лебдењето, батериите 1S 300mAh се совршени и тежат по 8,5 g.
Печатот:
Срцето на електрониката и контролниот центар на целиот воздушен брод е модул за марки со станица. Овие мали радио модули доаѓаат од проект за автоматизација на домот, се бесплатен и се програмираат преку Arduino. Одлучивме за ова решение затоа што Арго треба да се контролира со софтвер преку компјутер со цел да се напише комплексната контрола на моторите и кормилата на целосно слободно програмиран начин. Во исто време, протоколот за пренос на контролниот сигнал може слободно да се запише, со што ќе се овозможи вградување на кој било број на канали и функции. На крајот, сепак, тежината од само 2,2 g се реши во корист на Panstamp како решение, како и ниската цена. Panstamp беше раздвоен од напојувањето на Арго со електричен напон од 3,3 V и беше поврзан со сигналните кабли на серво. Тенка емајлирана бакарна жица антена ја формира лесната единица за приемник и ние никогаш не влеговме во празни места за прием до растојание од приближно 100 м додека лета врана.
Програмирањето:
Прилично едноставен само-напишан фирмвер на Arduino работи на модулот panstamp, кој користи неколку библиотеки со отворен извор и во принцип не прави ништо друго освен постојано да чека радио сигнали од земјата станица. Во исто време, тој ги запишува последните разумни сигнали до соодветните сервиси и мотори. Ова се одвива со фреквенција од околу 16 ms на циклус, што е малку побрзо од 20 ms што можат да ги постигнат стандардните далечински управувачи. Вистинската аритметика и контролата се вршат на теренот. Друг модул за маркирање е поврзан со тетратка како предавател. Овој лаптоп работи софтвер што е напишан на отворен програмски јазик Обработка и зема контролни сигнали од џојстик, ги претвора во команди за одделни сервоа и мотори на Арго и потоа ги испраќа како пакет до бродот.
Бидејќи даночниот код е доста сложен, тука само грубо се дискутира. Вистинската поента на кодот е да ги претвори движењата на сите сервоа и мотори во контролните команди на пилотот. Ако пилотот се насочи надесно, 3-те сервоа на опашката кормило соодветно се движат и положбата на моторните сервоси, како и нафрлувањето на моторите автоматски се прилагодуваат на движењето на управувачот. Постојат два режима, лебди и режим на крстарење. Во режимот на крстарење моторите се насочуваат цврсто кон задниот дел и се користат само потисната моќ и кормилата за управување. Значи, можен е само лет напред, сличен на авион. Ако режимот се префрли во режим на лебдење со притискање на копче, моторите се насочени надолу, а бродот лебди на самото место, а исто така може да лета наназад со движења на управувачот или да сврти точка. Контролната програма вклучува кориснички интерфејс што ги прави влезовите и излезите видливи и овозможува отсекување. Арго е теоретски подготвен да лета и веќе успеа неколку суви тест летови на жиците што висат од таванот. Сепак, пред првиот лет, Арго сепак треба да оди на долг пат.
Кутијата
Во ноември 2013 година, Здружението на авиони одржа симпозиум, кој исто така вклучуваше и фрегата за авиони за модели. Таму Арго требаше да лета како крут авион и да ја претстави својата иновативна форма и контрола на трупот. Покрај тоа, само би откриле таму дали е доволно лесен, бидејќи само таму би пополнувале хелиум во вреќи за гас за прв пат. Требаше да се изгради транспортна кутија за да може филигранот Арго да се пробие до регатата. Епските димензии на оваа кутија од 2,6 x 0,6 x 0,6 метри се тешки за разбирање и се вклопуваат на околу 5 см точно во товарниот простор на Булис со долго меѓуоскино растојание и продолжено седиште на задната клупа. Дури и продавницата за градежни работи тешко можеше да испорача панели во вистинска големина. Всушност, за изградбата на кутијата беа потребни двојно повеќе пари отколку за изградба на Арго, но кутијата може да биде во иднина
Моделите на авиони се прилагодуваат и затоа се вистинска инвестиција. Бидејќи станува збор за авион, а не за кутија, методот на конструкција овде е само грубо опишан. 6 мултиплекс панели, засилени со дрвени летви, беа залепени и зашрафувани, а потоа беа обоени неколку пати со надворешна боја. Во принцип, кутијата може да се користи дури и како кровна кутија. Рачките и затворачите на кутијата се вратија од 3Д печатачот и го носеа "W" како амблем на велосипедистот.
Првиот лет
Како крут авион, Арго е слаб, но многу чувствителен на управување. Преносот Panstamp работи исклучително брзо, така што се можни прецизни контроли. Прекинувачот од крстарење во лебдат ви овозможува да застанете во воздухот и да се свртите на самото место, што ги воодушевува посетителите. Самиот брод има неколку недостатоци, се разбира, како што е внатрешниот притисок на гасните кеси што ја деформираа структурата, а непривлечните набори го искривуваа трупот. Ова беше придружено со некои недоследности во однесувањето на летот, како тежина на опашката при побрз лет, што лесно може да се надмине од прекрасното лизгање на бродот. Првиот лет беше одличен, уникатен и премногу краток. Уште нешто, Арго учествуваше во трката, но во оваа големина Блимпс се супериорни во однос на Цепелините и убедливо го победија Арго. Патувањето и изградбата сè уште вредеа, а Арго сега чека, заштитено во својата кутија, за авантурите што може да дојдат.
Во ПДФ-документацијата има повеќе слики од првиот лет: