Ik heb via Rene, die op de route van mijn woon-werkverkeer in Katwijk de Eurospace Technology modelraketshop heeft, twee Klima Andromeda modelraket bouwpakketten en een hoop 18mm motoren gekocht. Ik ga deze gebruiken als testraket, en daarom uitbreiden met een extra stuk buis om ruimte te maken voor allerlei elektronische snufjes en een drogue parachute. Omdat ik deze raketten bouw in de werkplaats van ons bedrijf Falco Systems heet de testraket de FalcoSat M1 (modelraket 1).
De FalcoSat M1 krijgt een Arduino nano 33 BLE sense boordcomputer, die voorzien is van allerlei sensoren, zoals voor druk, versnelling, rotatie, temperatuur, luchtvochtigheid, etc. Arduino is een uitgebreid platform dat vooral gebruikt wordt in de maker community, maar ook wel professioneel. Je kunt de computer op de printplaat programmeren via een USB-kabel. De software omgeving is van Arduino zelf, en erg makkelijk te gebruiken. De boordcomputer wordt in de FalcoSat M1 uitgebreid met een L80 GPS module en een HC12 zendontvanger met een frequentie van 433 - 440MHz. Ik ben gelicenseerd radioamateur F, dus ik mag zware zenders gebruiken. Voor deze zender is die licentie echter niet nodig, dit is een laagvermogen, maximaal 100mW, licentievrije zender.
Nadat de kleine Eridanus raket van Matthijs bij de laatste FttS door een windvlaag in een boom verdween ben ik overtuigd van de noodzaak van een drogue parachute. Ik heb bij Ben Albers de kunst afgekeken van het maken van een uitdrijflading met behulp van flash watten van de Dynamite Magic Shop. De raket krijgt een dual deployment systeem, gecontroleerd via de boordcomputer. De digitale uitgangen van de computer kunnen een power MOSFET (elektronische schakelaar component) aansturen, die de batterij over een standaard Klima ontsteker met wat flash watten schakelt.
De basisraket is een 18mm vier-cluster, geschikt voor motoren van vier keer B tot vier keer D. Eerst heb ik het motorhuis gebouwd. De raket heeft aan de bovenkant van de onderste buis een baffle waardoor het gas van een standaard uitdrijflading in de motor wordt afgekoeld voor het de parachute bereikt. Zo hoef je geen prop houtwatten te gebruiken. Hoewel ik deze vanwege de elektronische deployment niet per se hoef te gebruiken heb ik de baffle toch opgebouwd, zodat ik per lancering kan kiezen hoe de parachute wordt uitgedreven.
Het motorhuis en de baffle worden in de onderste buis gelijmd. Deze heeft heeft al sleuven voor de vinnen. De vinnen gaan door de buis heen en worden vastgelijmd op de buis, maar ook binnenin op het motorhuis, zo zitten ze beter vast.
Tot slot van deze post alvast een mock-up met de rest van de buizen en de neuskegel. Deze moeten nog verder worden afgebouwd. De volgende stap is het elektronica-compartiment.
Wow, dat is een mooi project. Ben erg benieuwd hoe jullie de dual deployment gaan uitvoeren
Ik heb eindelijk wat tijd gevonden voor de volgende stap. Ik heb op internet wat ontwerpjes bekeken en een eigen ontwerp gemaakt voor het elektronica compartiment. Na behoorlijk wat overredingskracht te hebben losgelaten op de CNC-freesmachine heeft deze voor mij de onderdelen in 6mm dik multiplex uitgespuugd.
De elektronica wordt gemonteerd op het min of meer rechthoekige plankje. De twee M5 schroefdraad stangen houden de boel bij elkaar. Tussen de twee stangen past precies een 9V batterij. Aan de andere kant van het plankje kan de printplaat worden gemonteerd.
Beide ronde eindplaten hebben een haakje om een parachute aan te bevestigen. De ene ronde eindplaat is vastgelijmd in de kartonnen houder. Het rechthoekige plankje zit vastgelijmd tegen de andere ronde eindplaat. Als de schroeven worden losgedraaid kan het plankje hiermee in en uit de kartonnen houder worden geschoven.
De volgende keer ga ik de elektronica monteren. De hele raket is nu wit gespoten. De blauwe accenten volgen binnenkort. Als dat lukt voor de volgende FttS kan de raket in ieder geval alvast met normale motoren zonder elektronische besturing vliegen.
@vspengen Leuk..... Even mn video terug kijken.
In mijn lanceerlijst had ik voor Jasper en jou de zelfde 4 motoren: 2x C6-P en 2 D9-7....klopt dat?
Aad
Paar tips bij het gebruik van schietkatoen:
- zorg dat het schietkatoen kurkdroog is. Levering is vochtig, de inhoud van het zakje rustig laten drogen. Als het nog een beetje vochtig is werkt het niet. Na drogen uiteraard secuur en veilig bewaren.
- gebruik weinig schietkatoen. 0,2-03g is genoeg. Best verstandig om een test te doen in de achtertuin ofzo voordat je lanceert.
- je moet wel degelijk je parachute beschermen. Er zitten weliswaar geen gloeiende delen in de ontstane gassen zoals bij buskruit, maar de wolk is wel heet, dus zonder bescherming beschadigt je chute, die hete gassen koelen denk ik niet voldoende af door de baffle.
Op de houder heb ik aan de ene kant een 9V batterij gemonteerd en aan de andere zijde een gaatjesprint met hierop de kleine printplaatjes en de losse onderdelen. De Arduino boordcomputer en de zender zitten er al op, de GPS paste niet meteen, daar moet ik nog iets op verzinnen. Omdat de elektronica het liefste een 5V power supply heeft zit er ook een 7805 regelaar op die de ongeveer 9V van de batterij verlaagt naar een stabiele 5V. Er zitten ook nog wat condensatoren op de print (de zwarte cilinders en het kleine bruine onderdeeltje) om de spanning stabiel te houden als de gebruikte stroom sterk varieert. Op de ronde bovenplaat zit een aan/uit schakelaar.
Nog net voor de FttS was de raket geschilderd en bestickerd. Het zwaartepunt werd bepaald door de raket te balanceren. Voor de bepaling van het drukpunt vond ik de locatie van het drukpunt van de originele Klima Andromeda raketontwerp op internet. Ik heb de helft van het extra stuk buis erbij opgeteld en daar de drukpuntsticker aangebracht.
Omdat de software nog niet helemaal af was bij de FttS is de elektronica meegeweest op de eerste vlucht als zware ballast zonder dat deze aan stond. De eerste vlucht had inderdaad 2x C6-P en 2x D9-7 motoren, zoals Aad hierboven vroeg. Deze werden als cluster ontstoken met Klima tapematch en aansteekstaafjes. Dat werkte perfect, getuige deze mooie foto van Ben met vier vuurstralen. Verbeeld ik het me of zie ik supersone Mach diamantjes in de stralen van de D-motoren, maar niet in die van de C-motoren?
Wat stills van de video van Matthijs laten zien dat de raket mooi stabiel vliegt.
De eerste vlucht ging best goed. Op het hoogste punt kwamen de hoofd- en drogeparachute beide naar buiten. De hoofdparachute vouwde niet helemaal uit, ik zal hem de volgende keer netter opvouwen. Toch landde de raket niet te hard. Na afloop bleek de retainer schroef van het motorhuis eruit geslagen. Ik hoorde al wat kraken toen ik de motoren vastzette met de schroef. Blijkbaar is er toen wat beschadigd en kon de schroef daarna het geweld van de uitdrijflading niet weerstaan... Ik ga een extra plaatje van aluminium of printplaat (glasvezelversterkte epoxy) achter het motorhuis lijmen met een nieuwe schroef erin. Dan zal hij voortaan wel blijven zitten.
De batterij was verschoven door de versnelling tijdens de lancering en tussen twee van de houten geleiders van de schroefdraad stangen terechtgekomen. Ik ga de twee houten geleiders vervangen door een enkel houten plaatje, dan houdt deze de batterij automatisch op z'n plaats. De baffle hielp afdoende om de parachute te beschermen bij gebruik van een gewone uitdrijflading in de motoren, de parachute was onbeschadigd. Maar de schietkatoen/flash watten zitten straks niet achter de baffle maar aan de kant van de elektronica. Dan zijn de parachutes niet beschermd. Wat zouden jullie voorstellen om de parachute in dat geval te beschermen? Een propje, een doek om de parachute, of...?
Volgende keer wil ik de elektronica gaan testen om te zien wat voor output de sensoren geven (versnelling, rotatie, luchtdruk, etc) om te kiezen wat de beste manier is om de start van de lancering, de momentane hoogte en de apogee te detecteren. Die data kan dan gebruikt worden om de parachutes op het juiste moment uit te werpen. Dat lijkt me leuker en preciezer dan een timer te gebruiken.
Als er de volgende keer wat minder wind staat, is het tijd voor 4x D-motoren.
Leuk verslag, en leuk te zien hoe iedereen weer zijn eigen manier van werken heeft.
Jouw vraag over de shock diamonds: de D motor heeft natuurlijk een andere brandstofsamenstelling dan een C motor. Het is tenslotte bij beide een 18 mm huis, terwijl de een gemiddel 9N levert en de ander 6N. Dus ook een andere uitstroomsnelheid en een ander beeld. Het is mij ook al eens opgevallen bij een model met zowel D9 als D3 motoren waar alleen de D9 de schock diamonds toont.
Wat betreft het uitbreken van het draadeind: op je foto lijkt het dat er wat weinig lijm te zien is. Het hart van het motorhuis heeft natuurlijk maar dun materiaal tussen de motorbuizen, dus de sterkte komt pas als de 4 buizen en het hout zeer goed met elkaar verlijmd zijn...
Groet, Ben
De FalcoSat M1 is inmiddels gerepareerd en klaar voor de volgende stap. Eerst moest het motorhuis gerepareerd worden. Met de CNC frees heb ik eerst van glasvezel printplaat geprobeerd een nieuwe achterkant te maken. Maar het ontwerp van Klima is bij de randen zo dun, dat dit met een vezelplaat niet ging (zie foto). Dan maar uit aluminium, en nu met veel lijm tussen de buizen...
De batterij zit nu ook beter vast. Hij zit in het nieuwe ontwerp achter een doorlopend houten plaatje waardoor hij niet meer kan verplaatsen als de raket versnelt.
So far, so good, de raket kan weer vliegen. Tijd om de elektronica verder uit te bouwen. Ik heb GPS module op de printplaat van de raket gesoldeerd en een aparte zendontvanger voor de computer gebouwd met dezelfde technologie als die in de raket.
Al snel had ik contact tussen de zender en de ontvanger. Daardoor kreeg ik het idee dat alles snel zou werken. Maar helaas, niets was minder waar...
De HC-12 transceiver is gespecificeerd tot wel 1800 meter bereik in een speciale zendmodus waarbij de overdrachtssnelheid beperkt wordt. Voor mensen die het ook willen proberen: mode FU4, P8 (100mW), 1200 Baud. Maar ongeacht de modus bleef het bereik beperkt tot ongeveer 30 meter, wat ik ook probeerde. Volgens het altijd wijze internet zijn er heel veel 'clones' van de HC-12 in omloop. Deze werken prima als vervanger voor het origineel als de applicatie bijvoorbeeld de afstandsbediening voor een garagedeur is, maar lijken niet goed te functioneren als lange-afstandszender. Die van mij blijkt ook zo'n kloon te zijn. Ik heb nu ergens andere HC-12 printplaten besteld die (hopelijk) wel van het originele merk HC01 zijn. Wordt vervolgd...
Met het beperkte bereik van de fake zender is het originele doel om gedurende de hele vlucht van de raket data door te sturen voorlopig even uit beeld geraakt. De software workaround is als volgt. De computer stuurt een commando uit dat de raket klaarmaakt voor lancering. De raket begint dan met het verzamelen van vluchtdata tot z'n geheugen vol is, dit duurt ongeveer 2 minuten. Daarna overschrijft hij het geheugen met nieuwe data. De raket detecteert met z'n versnellingssensoren zelf dat hij gelanceerd wordt en zet dan een software vlag dat hij moet stoppen met het overschrijven van zijn geheugen zodra hij het geheugen nog 1x heeft volgeschreven. De laatste paar seconden van voor de lancering worden ook bewaard. Als de raket na de vlucht is teruggebracht bij de zender kan met een tweede cumputercommando het geheugen met de vluchtdata worden uitgelezen en verwerkt tot grafieken. Ready for launch.
Hopelijk gaat de lanceerdag morgen door!
In de winter heb ik eindelijk de lange radiografische afstandsverbinding werkend gekregen. Een nieuwe set HC-12 zenders hielp niet echt, maar goede antennes wel. In de raket heb ik een kleine zwarte losse antenne aan de buitenkant van het elektronica compartiment gezet, richting de neuskegel. De ontvanger bij de computer gebruikt nu een 'echte' kwart golflengte omnidirectionele antenne met radialen schuin naar beneden. Die laatste zijn erg belangrijk, omdat ze het aardoppervlak nabootsen. Een antenne met radialen straalt horizontaal, je kunt hem dus het beste een beetje kantelen als je een raket wil volgen. Daarom heb ik hem op een fotostatief gezet zodat hij in elke oriëntatie gebruikt kan worden.
Bij de Fly to the Sky van mei 2023 was het zo ver. De Arduino in de raket was zo geprogrammeerd dat hij de druksensor uitlas en deze in realtime naar de computer stuurde tijdens de vlucht. De raket vloog prachtig op een cluster van 2xC6-P en 2xD9-7.
De data kwam bijna perfect door. Vanuit de seriële monitor van de Arduino software omgeving werd de meetdata gekopieerd naar Igor Pro dataverwerkings software. Met deze software kun je goed grafieken maken en bewerkingen op de meetdata uitvoeren. Onderstaande grafiek geeft de gemeten druk als functie van de tijd. Je ziet duidelijk dat de druk afneemt naarmate de raket hoger komt. Na de apogee komt de parachute naar buiten en zweeft de raket langzaam weer naar beneden, waarbij de druk weer toeneemt.
In de volgende stap willen we natuurlijk de hoogte van de raket weten. Er is een formule voor de 'standaard atmosfeer' die een goede schatting geeft van de hoogte versus de druk. Deze formule kan worden gegeven als functie van de hoogte of als functie van de druk.
Met als variabelen
Als je de druk op elk punt van de vlucht weet kun je de bovenste formule gebruiken om voor elk meetpunt de hoogte te bepalen. Deze berekening kan Igor Pro makkelijk doen door er een macro voor te schrijven. Het resultaat is een grafiek van de hoogte van de raket als functie van de tijd. De raket heeft een hoogte van ongeveer 300 meter bereikt.
Igor Pro kan ook differentiëren. De snelheid van de raket is de afgeleide van de hoogte, en de versnelling is de afgeleide van de snelheid. Hieronder staat de snelheid in km/uur. We halen meer dan 200km/uur!
De maximale versnelling van de raket is 6 g. Dat is nog net te overleven als mens, mits je in de juiste houding zit.
Na deze metingen hadden we de smaakt te pakken, maar toen sloeg het noodlot toe...
De Klima motoren had ik bij de eerste vlucht al aardig moeten aanduwen omdat ze eigenlijk net te breed waren voor de bijbehorende (eveneens Klima...) motorhouders in de raket. Ook bij de tweede vlucht moest ik ze weer hard aanduwen. Of er hierbij een breuk in de brandstof is ontstaan, of dat een van de motoren vanuit de fabriek al niet goed was zullen we nooit weten. In ieder geval ontplofte een van de motoren bij de start, wat een zijwaartse rookpluim en wat rommel zoals afgescheurde staartvinnen opleverde. Een klassieke CATO dus.
De raket vloog ondanks de schade nog redelijk stabiel tot een behoorlijke hoogte, maar niet zo hoog als bij de goede vlucht. Er kwam geen parachute naar buiten omdat de buis was opengescheurd en er dus geen druk kon worden opgebouwd. Toen de raket (snel) weer beneden was en zich met de neus in het weiland had geboord bleek de schade aanzienlijk.
Het elektronicacompartiment was, op de antenne en de aan/uit schakelaar na, nog heel. Dat was overigens wel het enige goede nieuws, want van de rest van de raket is niet veel over. Gelukkig heb ik nog materiaal liggen voor een tweede identieke FalcoSat.
De zender had zijn werk wel voortreffelijk gedaan tijdens de vlucht. In onderstaande grafiek is de hoogte als functie van de tijd gegeven. Omdat de parachute niet uitgestoten werd was de raket bijna net zo snel weer beneden als hij naar boven ging. Toch nog bijna 120m gehaald, dat wel.
Nu dus maar weer flink aan de slag om de nieuwe FalcoSat (we zullen hem maar versie M1a noemen) op tijd gereed te hebben voor de volgende lanceerdag. Dan kunnen we misschien ook meer sensoren gaan testen. De Arduino heeft van alles aan boord: versnellingsensor, gyroscoop, temperatuursensor, hygrometer, microfoon... De grote uitdaging wordt het om deze data snel genoeg over te zenden, gegeven de beperkte bandbreedte van de radioverbinding van de HC-12 in long range modus.
De FalcoSat is dood, leve de FalcoSat! De tweede versie van de FalcoSat M1 is identiek aan de eerste, op wat blauwe ringen en een blauwe neus na.
De nieuwe raket vliegt prima, en ook de realtime radioverbinding is in orde. Op de laatste FttS gevlogen op 3xC6-P en 1xC6-7. De apogee is op 160m hoog. De vertragingstijd is net wat lang zonder D-motoren, dus de raket begint al met de vrije val voor de parachute uitgestoten wordt. Gelukkig gebeurt dit uiteindelijk toch nog op tijd... In onderstaande grafiek staan de drie gemeten vluchten tot nu toe. Volgens de simulator zou de raket op 4xD motoren rond de 450m moeten uitkomen, dat gaan we de volgende keer zien.
Mooi ontwikkelproject!
Laatste bericht: Hoogtemeting Ons nieuwste lid: FritsGroen Recente berichten Ongelezen berichten
