模型火箭發(fā)動機(jī)試驗(yàn)臺開源分享

描述

你有沒有想過火箭發(fā)動機(jī)的推力是什么樣的？好吧，你可以自己找出來！使用稱重傳感器、HX711 稱重傳感器放大器和 Arduino Uno，您可以為自己制作一個(gè)測試臺。首先，我們將介紹它是如何工作的，然后我們將向您展示如何制作自己的。所以讓我們開始吧！

典型模型火箭發(fā)動機(jī)的推力如下所示：

如您所見，在大約 0.1 秒內(nèi)，推力出現(xiàn)了一個(gè)巨大的峰值，然后趨于平穩(wěn)。我們需要能夠準(zhǔn)確地衡量這一點(diǎn)。為此，我們將使用四線稱重傳感器。

問題是 Arduino 無法讀取稱重傳感器輸出的電信號。這就是稱重傳感器放大器的用武之地。稱重傳感器放大器將放大來自稱重傳感器的信號，因此 Arduino 數(shù)字引腳將能夠處理數(shù)據(jù)。對于這個(gè)項(xiàng)目，我們將不得不使用 Sparkfun HX711 放大器，因?yàn)樗梢宰屇鷮㈩l率從 10hz 更改為 80hz，而 10hz 不足以用于火箭測試臺。

那么讓我們開始使用這些材料：

此外，如果您想觀看一些鏡頭和數(shù)據(jù)分析，請查看這些視

材料：

帶有星星的那些意味著你需要得到那個(gè)特定的。除此之外，其他的都值得推薦。全部來自亞馬遜：

• 阿杜諾

• HX711 稱重傳感器放大器*

• 跳線

• 5公斤稱重傳感器

• 面包板

• 烙鐵+電線

• 熱收縮

• 公頭針

電子產(chǎn)品

首先，您需要將稱重傳感器的電線焊接到 Arduino 面包板跳線。您可能需要?jiǎng)內(nèi)シQ重傳感器的電線，以便輕松地將電線焊接在一起。

現(xiàn)在只需添加熱縮管也可以保護(hù)電線。

安裝稱重傳感器并制作秤盤：

現(xiàn)在電線已焊接并熱縮，我們可以將稱重傳感器連接到鉆機(jī)上。稱重傳感器上應(yīng)該有一個(gè)標(biāo)簽，顯示最大重量和一個(gè)箭頭。我們希望稱重傳感器的位置使箭頭指向下方，并且稱重板位于其正上方，如下所示。↓ 您可以使用木材或 3D 打印部件來連接稱重傳感器。

將稱重傳感器連接到 HX711，然后連接到 Arduino Uno：

首先，您需要準(zhǔn)備稱重傳感器。Sparkfun HX711 放大器的默認(rèn)設(shè)置為 10hz。您需要將其更改為 80 赫茲，以便每秒獲得更多讀數(shù)。為此，請使用 X-Acto 刀切割電路板背面的 RATE 線。此外，將公頭引腳焊接到 HX711 板上。

在板的左側(cè)，有引腳標(biāo)簽：RED、BLK、WHT、GRN 和 YLW。最后一個(gè)引腳 YLW 將不會被使用。使用面包板，將紅色、黑色、白色和綠色引腳連接到 HX711 上的 RED、BLK、WHT 和 GRN 引腳。現(xiàn)在，將 VCC 引腳連接到 Arduino 上的 5V 引腳，將 DAT 引腳連接到 Arduino 上的數(shù)字引腳 8，將 CLK 引腳連接到數(shù)字引腳 9，并將 GND 引腳連接到地。現(xiàn)在你已經(jīng)完成了電子設(shè)備。

現(xiàn)在我們需要構(gòu)建電機(jī)支架。

從 Estes 網(wǎng)站或其他火箭公司，購買發(fā)動機(jī)支架的零件并建造它。然后拿到發(fā)動機(jī)支架并將其連接到帶有環(huán)氧樹脂的 PVC 管中。確保一切都非常堅(jiān)固，因?yàn)槟赡軙﹄姍C(jī)支架進(jìn)行大量測試。之后，在 PVC 底部鉆一個(gè)大孔，以便可以安全地存放彈射裝藥。現(xiàn)在，將 PVC 管粘在秤上。如果 PVC 有點(diǎn)歪，不用擔(dān)心數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確的。

現(xiàn)在所有的建筑和電子設(shè)備都完成了。我們現(xiàn)在需要上傳軟件。

上傳代碼

轉(zhuǎn)到Arduino IDE 下載。按照下載說明安裝應(yīng)用程序。你也可以使用我個(gè)人的 IDE PlatformIO。

完成下載后，轉(zhuǎn)到此GitHub 存儲庫。

下載 Zip 文件并解壓縮。打開文件夾并轉(zhuǎn)到“Test Stand Calibration”，在文件夾內(nèi)，應(yīng)該有一個(gè)名為 Calibration21 的.ino 文件。使用 Arduino 應(yīng)用程序打開文件，它會要求您創(chuàng)建一個(gè)文件夾。單擊是并打開代碼。

打開代碼后，將 Arduino 連接到您的設(shè)備。現(xiàn)在轉(zhuǎn)到左上角的“工具”并選擇您的板作為“Arduino Uno”并選擇適合的串行監(jiān)視器。

現(xiàn)在單擊“文件”選項(xiàng)卡下方的上傳或帶有箭頭的按鈕。如果上傳有問題，請嘗試更改串口。

現(xiàn)在代碼已上傳到 Arduino，按 CTRL+SHIFT+M 或 CMMD+SHIFT+M 打開串行監(jiān)視器并將波特率更改為 57600。

現(xiàn)在我們可以開始校準(zhǔn)和測試電子設(shè)備了。

校準(zhǔn)

現(xiàn)在串行監(jiān)視器已啟動，它應(yīng)該啟動并要求您去皮重。將測試臺放在平坦的表面上，確保稱重傳感器上沒有負(fù)載。完成后，通過串行監(jiān)視器發(fā)送“t”。

之后，它會要求您提供校準(zhǔn)砝碼。使用單獨(dú)的秤或已知重量（例如 iPhone），將該重量放在秤上并輸入以克為單位的物體重量。然后串行監(jiān)視器將為您提供校準(zhǔn)值。將該值復(fù)制到剪貼板。

現(xiàn)在通過串行監(jiān)視器發(fā)送“y”。監(jiān)視器應(yīng)該開始輸出值。如果您取下校準(zhǔn)砝碼，串行監(jiān)視器應(yīng)立即讀取 0.0，如果您重新戴上或增加砝碼，串行監(jiān)視器應(yīng)增加該值。

• 如果串行監(jiān)視器讀取 n/a，則檢查引腳名稱和接線。

• 如果串行監(jiān)視器不是每秒讀取 90 個(gè)點(diǎn)，請切斷跳線。

現(xiàn)在您已經(jīng)復(fù)制了校準(zhǔn)值，轉(zhuǎn)到從 GitHub 下載的同一個(gè)文件夾，然后從該文件夾中打開 Measure.ino，然后使用 Arduino App 打開它。

現(xiàn)在將校準(zhǔn)值粘貼到變量槽中，如下所示。

現(xiàn)在您已經(jīng)復(fù)制了校準(zhǔn)值，轉(zhuǎn)到從 GitHub 下載的同一個(gè)文件夾，然后從該文件夾中打開 Measure.ino 并使用 Arduino App 打開它。

現(xiàn)在將校準(zhǔn)值粘貼到變量槽中，如下所示。

現(xiàn)在您已經(jīng)更改了校準(zhǔn)值，再次將代碼上傳到 Arduino，然后按 CTRL+SHIFT+M 或 CMMD+SHIFT+M 打開串行監(jiān)視器。顯示屏應(yīng)等待幾秒鐘并開始輸出數(shù)據(jù)。如果關(guān)閉，請確保您的校準(zhǔn)砝碼。

如果一切正常，您的測試臺已準(zhǔn)備就緒！

測試——在測試之前要非常小心并閱讀所有程序，并且只能使用經(jīng)過認(rèn)證的電機(jī)，例如 Estes 模型火箭發(fā)動機(jī)。

在測試之前，請確保電機(jī)安裝非常牢固，并且安全程序已到位。

設(shè)置：

將測試臺架安裝在室外的空曠區(qū)域，經(jīng)批準(zhǔn)可用于火箭測試。確保附近沒有易燃物品。現(xiàn)在使用電纜將您的設(shè)備連接到 Arduino 并上傳 Calibration21 代碼。確保您的設(shè)備位于安全可靠的區(qū)域。你可能需要用一些東西來保護(hù)它。現(xiàn)在校準(zhǔn)代碼已上傳，插入電機(jī)和點(diǎn)火系統(tǒng)。確保安全鑰匙在外面！

現(xiàn)在電機(jī)已就位，打開串行監(jiān)視器（CTRL+SHIFT+M，或 CMMD+SHIFT+M）并發(fā)送“t”來為秤去皮。皮重完成后，將校準(zhǔn)砝碼放在上面（越重越好）并將校準(zhǔn)砝碼的重量（以克為單位）輸入串行監(jiān)視器。

串行監(jiān)視器應(yīng)該給你一個(gè)校準(zhǔn)值。復(fù)制該值（像以前一樣）并在串行監(jiān)視器中輸入“y”以確保您的測試臺正常工作。在串行監(jiān)視器中輸入“y”后，串行監(jiān)視器應(yīng)準(zhǔn)確顯示稱重傳感器上的力值。

確保稱重傳感器正常工作后，打開通過 Arduino 應(yīng)用程序從 GitHub 下載的“Measuring.ino”代碼。將校準(zhǔn)值粘貼到代碼中（像以前一樣）并上傳代碼。現(xiàn)在代碼已上傳，打開串行監(jiān)視器（CTRL+SHIFT+M 或 CMMD+SHIFT+M）。確保串行監(jiān)視器顯示時(shí)間戳。現(xiàn)在串行監(jiān)視器將開始輸出稱重傳感器上的重量。不要在稱重傳感器上放置任何重量。

清除串行監(jiān)視器的輸出，盡快返回并啟動電機(jī)。電機(jī)完成燃燒后，跑回支架并按下 Arduino 板上的重置按鈕。

我們在啟動前清除輸出的原因是為了減少值（因?yàn)槊棵胗?80 個(gè)值需要排序），而我們顯示時(shí)間戳的原因是為了以后可以輕松地繪制數(shù)據(jù)。

現(xiàn)在將串行監(jiān)視器中的所有數(shù)據(jù)復(fù)制到剪貼板，并將其粘貼到 Word 文檔或注釋中。保存文檔，以便稍后查看數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)分析：

現(xiàn)在您已經(jīng)保存了數(shù)據(jù)，請打開它。將所有時(shí)間戳復(fù)制到 Excel 文檔中。您可能需要重新調(diào)整，因?yàn)榇斜O(jiān)視器的時(shí)間戳顯示實(shí)際世界時(shí)間 (HH:MM:SS)。現(xiàn)在將值輸入到 Excel 文檔中，完成后（應(yīng)該需要一段時(shí)間），制作一個(gè)圖表。它應(yīng)該看起來接近您可以在線查找的推力曲線。（我們目前正在開發(fā)一個(gè)新代碼，以便有更好的時(shí)間戳）

要將克轉(zhuǎn)換為牛頓，請將克轉(zhuǎn)換為千克，然后將千克乘以 9.807。

你應(yīng)該有一個(gè)很棒的圖表！

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