Таймер для системы спасения модели ракеты

Предлагается несложный таймер, задерживающий срабаты­вание системы спасения модели ракеты после её запуска. Он выполнен на одном полевом транзисторе с изолированным затвором и имеет светодиодные индикаторы, позволяющие контролировать наличие питания, исправность электрозапала и состояние таймера.

Система спасения — чуть ли не самая важная в собранной своими руками модели ракеты. Обидно ли­шиться творения собственных рук в результате его падения на землю с высоты нескольких сотен метров Для замедления падения обычно исполь­зуют парашют, раскрываемый с помо­щью пиротехнического заряда. Важен правильный выбор момента срабатывания системы спасения. Если парашют раскроется ещё на стадии взлёта раке­ты, она не достигнет потенциального максимума высоты, а на стадии паде­ния слишком большой может оказаться скорость, которую парашют не выдер­жит.

Для определения оптимального мо­мента раскрытия парашюта применяют различные датчики — оптические, ба­рометрические, ускорения и др. Но системы с ними получаются довольно сложными, а главное — дорогими.

Простую модель достаточно оснастить таймером, который сформирует сигнал срабатывания системы спасения с фик­сированной задержкой относительно момента старта. Продолжительность работы двигателя известна — у распро­странённых модельных двигателей обычно около 2 с, длительность полёта ракеты вверх по инерции 5…8 с. Следовательно, таймер должен сформировать электрический импульс, под­жигающий электрозапал пиротехниче­ской системы спасения ракеты, при­мерно через 10 с после старта. Процесс изготовления запала из лампы накали­вания от ёлочной гирлянды описан, например, в статье «Как сделать заряд для системы спасения ракеты» http://www.mahis.ru/?p=2173 (18.11.16).

Принципиальная схема таймера для системы спасения ракеты показана на рис. 1. Необходимую выдержку времени формирует цепь R3С1. Пока ракета находится на стартовом устройстве, ко­нечный переключатель (датчик старта) нажат, его контакты 1 и 2 замкнуты, а контакты 1 и 3 разомкнуты. Если включить питание таймера выклю­чателем SА1, об этом подаст сигнал светодиод HL красного цвета свече­ния. Конденсатор С1 в этот момент раз­ряжен, а транзистор VT1 закрыт. Ток через электрозапал Е1 не течёт.

Рис. 1

В момент старта подвижный кон­такт 1 конечного переключателя SF1 изменит положение, замкнувшись с контактом 3. Будет включён светодиод HL2 жёлтого цвета свечения, сигнали­зирующий о старте, и начата зарядка конденсатора С1 через резистор R3. По достижении напряжением затвор-исток транзистора VT1 порогового значения канал транзистора начнёт открываться а ток через электрозапал Е1 станет быстро нарастать, что приве­дёт к воспламенению пиротехнического заряда и раскрытию парашюта.

Электрозапал — устройство однора­зовое, его нить накаливания при сраба­тывании перегорает. Поэтому закры­вать транзистор VT1 после старта раке­ты нет необходимости.

Светодиод HL4 зелёного цвета све­чения предназначен для контроля ис­правности цепи электрозапала. Резис­тор R4 подобран так, что обеспечивает в этой цепи ток 5…10 мА. достаточный для свечения светодиода, но слишком маленький для срабатывания электро­запала.

При нажатии на кнопку SB1 в цель стока транзистора VT1 вместо электрозапала Е1 включается сигнальная лам­па НL3, аналогичная той, из которой сделан запал. Если транзистор испра­вен, а ракета стоит на старте, то при нажатии на кнопку SВ1 и включении питания таймера выключателем SA1 лампа HL3 не должна зажечься.

Поскольку ток затвора транзистора VT1 пренебрежимо мал, выдержка вре­мени таймером от него не зависит. Ома определяется сопротивлением рези­стора R3, ёмкостью конденсатора С1, пороговым напряжением за­твор-исток транзистора VT1 и напряжением батареи GB1. Со свежей батареей GB1 (6F22, 6LR61, «Крона») и тран­зистором VT1 указанного на схеме типа получены выдерж­ки 3,6 с при R3=36 кОм и 9,8 с при R3=100 кОм.

Как уже было сказано, в качестве основы для изготов­ления электрозапала и в каче­стве HL3 я использовал лам­пы из новогодней елочной гирлянды, перебрав их более полусотни штук. Холодное сопротивление нитей накала таких ламп лежит в пределах от 8 до 15 Ом, они нор­мально светятся при подключении к батарее напряжением 9 В. При этом напряжение батареи проседает на 1…2 В. Если «просадка» больше или лампа вообще не светится, такую бата­рею следует забраковать.

Полевой транзистор ISL9N306AD3 снят со старой компьютерной материн­ской платы — там такие транзисторы или их аналоги (например, FDB7030BLS) установлены в цепях питания. Допус­тимый ток стока этих транзисторов во много раз больше тока срабатывания электрозапала, а вот пороговое напря­жение затвор-исток может быть раз­ным. Поэтому для получения выдержки нужной длительности может потребо­ваться подборка резистора R3.

Таймер собран на фрагменте ма­кетной платы размерами 70×25 мм (рис. 2). Вытянутая форма платы позволяет без труда поместить его внутри корпуса ракеты диаметром 40 мм. При этом между платой и корпусом остаёт­ся место для батареи QB1. Напротив светодиодов HL1, HL2 и HL4, выключателя SА1 и кнопки SВ1 в корпусе ракеты просверлены отверстия. Контрольная лампа НL3 соединена с платой прово­дами и закреплена в отверстии подхо­дящего размера на корпусе ракеты. Фотоснимок корпуса ракеты с установ­ленной платой таймера показан на рис. 3.

Рис. 2

Штыревая часть разъема Х2 уста­новлена на верхнем по полету (левом на рис. 2) торце платы, что позволяет лег­ко подключать к ней гнездовую часть с электрозапалом Е1. Штыревая часть разъёма XI установлена на нижнем торце платы. Число контактов у обоих разъемов больше, чем изображено на схеме. Это потребовалось для того, чтобы лучше закрепить разъёмы на плате.

Рис. 3

Конечный переключатель SF1 раз­мещают в корпусе ракеты так, чтобы при её нахождении на пусковой направ­ляющей стартового стола его нормаль но разомкнутые контакты были замкну­ты. Удобно использовать в качестве SF1 геркон, при этом управляющий им маг­нит крепят на стартовой направляю­щей.

Налаживание таймера сводится к проверке монтажа и подборке резисто­ра R3 для достижения требуемой выдержки. При выполнении этих опера­ций вместо электрозапала к разъему Х2 подключите лампу накаливания или зафиксируйте кнопку SB1 в нажатом состоянии, а вместо конечного пере­ключателя SF1 подключите к разъему X1 обычный переключатель на два по­ложения.

Во время подготовки ракеты к пуску предполагается следующая последова­тельность действий. При отключённой выключателем SA1 батарее GB1 присо­едините к разъему Х2 электрозапал. Соберите ракету и установите ее на стартовую направляющую.

Удерживая нажатой кнопку SB1. включите питание таймера. Светодиод HL1 должен включиться (это означает, что батарея исправна, питание на тай­мер подано). Проверьте также отсут­ствие свечения светодиода HL2 (ракета на старте) и лампы HL3 (с транзистором VT1 всё в порядке). Если све­тодиод НL2 горит, нужно найти такое положение раке­ты на старте, при котором он погаснет. Светодиод НL4 дол­жен светиться, показывая, что лампа НL.3 исправна. Теперь отпустите кнопку SВ1. Светодиод НL4 должен про­должать светиться, показы­вая исправность электроза­пала. К пуску ракеты все гото­во.

Отойдите от ракеты подальше и запустите её. При сходе ракеты со стартовой направляющей конечный переключатель SF1 возвратится в исходное положение, разрешая тайме­ру начать отсчёт времени. Через про­межуток времени, заданный цепью R3С1, электрозапал Е1 приведёт пиро­техническую систему спасения ракеты в действие — раскроется парашют.

Таймер получился чрезвычайно простым и недорогим. Он практически не требует налаживания (за исключе­нием подборки резистора R3 для полу­чения нужной выдержки) и имеет минимальное число деталей, что поз­воляет сделать его весьма мало­габаритным. Кроме ракет, устройство можно использовать в иных ситуациях, когда требуется отмерить некоторый временной интервал, например, при варке яиц всмятку. В этом случае постоянный резистор R3 удобнее заменить переменным, а конечный переключатель SF1 — обычным выклю­чателем.

Автор: А. ПАХОМОВ, г. Владимир
Источник: журнал Радио №2/2017