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RM VRGA1 Casimiro - div

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Razzimodellismo

Studio di veicolo con stabilizzazione attiva

Nota divulgativa 1 - feb 2005

Casimiro è il primo razzomodello italiano dotato di sistemi attivi per la stabilizzazione del volo. Esso è il risultato di circa due anni di studi e sperimentazioni rivolti ai problemi della stabilizzazione di un piccolo veicolo dotato di propulsione a razzo SENZA l’impiego dei normali sistemi aerodinamici (alettoni) e SENZA ricorrere ad artifici dinamici (es. rotazione sull’asse di rollio). L’obiettivo diventa così la realizzazione di un veicolo molto più simile ai veri veicoli spaziali per lentezza del decollo e per numero di sistemi imbarcati. Per nulla facile da raggiungere, ma senz'altro stimolante ed istruttivo. Sto imparando moltissime cose nuove. Inoltre trovo l'appoggio di alcuni amici che si stanno prodigando nel fornirmi competenze e collaborazione. 

Utilizzando parti, componenti e accessori reperibili sul mercato nei campi del modellismo, dell’elettronica e della meccanica e inventando sistemi e tecnologie, sto studiando gli innumerevoli problemi e ho già sviluppato il prototipo, a seguito delle prime esperienze e dai dati dell'analisi del primo volo. Un secondo veicolo, dotato di un buon numero di novità direttamente derivate dal prototipo e suggerite dall’analisi dei problemi incontrati durante il progetto, la costruzione e il primo volo di Casimiro, è già in corso di realizzazione.

Il veicolo prototipo Casimiro, pur essendo uno studio di fattibilità tecnologica forzatamente ridotto nelle caratteristiche e nei compiti a causa della ridotta potenza del motore impiegato e per il non immenso budget finanziario, si è rivelato come un veicolo del tutto innovativo rispetto ai canoni “ortodossi” del razzimodellismo, sì da distinguersi, per contenuti tecnologici e per complessità totale del sistema, molto ma molto più sofisticato di qualsiasi razzomodello HPR convenzionale. Inoltre, il suo costo è elevatissimo a causa del numero di sistemi meccanici, strutturali, elettronici ed elettromeccanici necessari. Lo sviluppo del veicolo e la realizzazione del successivo (Sigismondo) saranno imprese altrettanto difficoltose e costose. Inoltre la difficoltà di reperimento di motori ed accessori sarà motivo di rallentamento nella progettazione e nella costruzione. Tuttavia, non c'è alcun motivo di avere fretta.

Una serie  incredibile di caratteristiche uniche e assolutamente inconsuete sono da rimarcare nel veicolo prototipo Casimiro; esse sono essenzialmente:

-         Assenza totale di colle per l’unione di parti strutturali e di fusoliera (1);

-         Costruzione interamente modulare (2);

-         Sospensione cardanica per il motore a due assi (3);

-         Impiego e modifica di circuiti elettronici analogici per la gestione dei sistemi necessari al volo (4);

-         Progetto, realizzazione e sviluppo di sistemi elettromeccanici per l’espletamento di funzioni necessarie indispensabili, di ideazione e costruzione autonoma (5);

-         Assenza di elementi aerodinamici per la stabilizzazione (6);

-         Assenza di artifizi dinamici per la stabilizzazione (7);

-         Assenza di sistemi di vincolo al decollo (8);

-         Elaborazione di procedure (checklists) per il corretto svolgimento del count-down con preciso ordine cronologico di attivazione dei sistemi di bordo (9);

-         Elaborazione di procedure (checklists) per il montaggio e lo smontaggio dei sistemi e dei segmenti del veicolo in operazioni pre- e post-volo (10);

       (3-6)

Casimiro, alla data del primo volo, era dotato dei seguenti sistemi:

-         Motore Estes E9-P (BP, 28 Ns).

-         Sospensione cardanica XYZ a due assi con microcuscinetti a sfera, quarto stadio di sviluppo.

-         Servomotori (N.2) per l’azionamento della sospensione cardanica.

-         Giroscopi piezo per la rilevazione delle rotazioni del veicolo.

-         Elettronica analogica di controllo servomotori.

-         Elettronica analogica con sensore inerziale meccanico per la rilevazione del momento del burnout del motore per il deploy.

-         Impianto elettrico modulare con 3 diverse sorgenti di alimentazione per i diversi sistemi.

-         Pannello di controllo per la gestione separata dei sistemi elettronici (generatore di impulsi) ed elettromeccanici (sensore inerziale-deploy).

-         Fusoliera in segmenti con funzioni strutturali nelle sezioni motore e centrale e con semplice funzione contenitiva del paracadute in quella superiore.

-         Nose-cone smontabile con vano eventuale payload (non utilizzabile causa ridotta potenza propulsiva).

-         Possibilità reale di applicazione di sistema di stabilizzazione aerodinamica (alettoni smontabili) e di sistema di booster laterali (smontabili anch’essi e configurabili insieme con gli alettoni).

-         Sistema di slitta per lo spostamento della piattaforma inerziale allo scopo di raggiungere il CG a seconda delle diverse configurazioni di volo (per carico utile, per montaggio alettoni e booster, eccetera).

-         Sistema di appoggio a terra su basamento pianeggiante con piedini in legno leggero. Funge anche da paraurti per la meccanica della sospensione cardanica al momento dell’atterraggio.

Il peso totale del veicolo al momento del primo volo, senza verniciatura e mancante di qualche finitura elettrica, era di 710 grammi (compreso motore). Il volo è durato 4,3 secondi dal lift-off all’atterraggio compiendo una parabola con apogeo di circa diciotto metri e circa venti di distanza dal punto di decollo. Nessun danno grave è stato riportato dal veicolo in seguito al breve volo poco controllato. Evidenza di controllo appare chiara all’analisi del filmato del volo. Tutti i sistemi hanno funzionato esattamente come previsto.

       (7 – 10)

* * * * *

Casimiro, dopo il primo volo, è stato sottoposto a un programma di aggiornamento e modifica dei sistemi allo scopo di sopperire ai problemi riscontrati durante le operazioni pre- e post-volo e in seguito alla analisi del volo. I sistemi del veicolo sono stati mantenuti nella quasi totalità ma alcune funzioni aggiuntive ritenute necessarie o migliorative sono state implementate. Il programma di aggiornamento è iniziato nei giorni immediatamente successivi al primo volo e si è concluso in novembre 2004. Il peso totale del veicolo è arrivato a 920 grammi. Quindi alla data odierna i sistemi di Casimiro comprendono:

-         Motore Aerotech RMS F12  (propellente composito, 43 Ns).

-         Sospensione cardanica XYZ a due assi con microcuscinetti a sfera, quarto stadio di sviluppo.

-         Servomotori (N.2) per l’azionamento della sospensione cardanica.

-         Giroscopi piezo per la rilevazione delle rotazioni del veicolo.

-         Elettronica analogica di controllo servomotori.

-         Elettronica analogica con sensore inerziale meccanico per per la rilevazione del momento del burnout del motore per il deploy.

-         Impianto elettrico modulare con 4 diverse sorgenti di alimentazione per i diversi sistemi.

-         Pannello di controllo per la gestione totalmente indipendente dei sistemi elettronici (pulse generator, gyro e allineamento) ed elettromeccanici (sensore inerziale-deploy).

-         Fusoliera in segmenti con funzioni strutturali nelle sezioni motore e centrale e con semplice funzione contenitiva del paracadute in quella superiore; nel tubo superiore, sostituito con un elemento più lungo, è stato implementato un pistone per impedire la bruciatura del paracadute.

-         Nose-cone smontabile con vano eventuale payload di 50 grammi.

-         Possibilità reale di applicazione di sistema di stabilizzazione aerodinamica (alettoni smontabili) e di sistema di booster laterali (smontabili anch’essi e configurabili insieme con gli alettoni).

-         Sistema di slitta per lo spostamento della piattaforma inerziale allo scopo di raggiungere il CG a seconda delle diverse configurazioni di volo (per carico utile, per montaggio alettoni e booster, eccetera).

-         Sistema di appoggio a terra su basamento pianeggiante realizzato in elementi di vetronite e tubi di alluminio e ottone. Funge anche da paraurti per la meccanica della sospensione cardanica al momento dell’atterraggio.

-         Sistema di controllo elettromeccanico dell’allineamento del motore, con segnalazione visiva dell’OK e acustica di allarme per lo scostamento, sui due assi.

-         Verniciatura del veicolo in bianco con bande verticali nere per facilitare l’analisi della documentazione fotografica-video del volo (serve per evidenziare le eventuali rotazioni durante il volo).

-         Collaborazione alla finitura di Riccardo Paleari (Paleair) sotto forma di tutorial e consigli.

 (11)

Note al testo:

1.        L’assenza di colle nella costruzione di razzomodelli è dettata dalla volontà di intendere il razzomodello come una MACCHINA, cioè un manufatto completamente smontabile, come nella realtà. La stragrande maggioranza dei rm non comprende ciò.

2.        Ciò è conseguente a 1 e voluto. Il veicolo può essere smontato e modificato in parte per necessità di missione, per riparazione o per ispezione interna e dei suoi sistemi. I normali razzomodelli non sono in grado di consentire simile versatilità.

3.        Ideazione, costruzione e sviluppo Criscaso-Xyz.

4.        Circuiti elettronici disponibili in kit sono stati adattati ai compiti necessari, alcuni sono stati inventati da Criscaso appositamente per la bisogna a seguito di studi precedenti (riversamento di esperienze).

5.        Un esempio di sistema necessario e inesistente sul mercato è il sensore inerziale per il deploy. Qualunque apparato commerciale non sarebbe stato efficace e Criscaso ha inventato e sviluppato tale sistema nato precedentemente per altri compiti nel razzimodellismo.

6.        Casimiro non ha e non impiega alettoni, neppure trasparenti per ingannare l’osservatore ignaro; evidentemente è più simile a un veicolo spaziale reale.

7.        Casimiro non deve ruotare su se stesso per stabilizzarsi. Alcuni modelli di razzo lo fanno per poter rinunciare agli alettoni o per minimizzarli in dimensione.

8.        Casimiro decolla da solo senza ausilio di aste o rotaie. Il sistema di controllo è effettivo dal momento del lift-off e QUESTO è l’obiettivo da raggiungere.

9.        Non è possibile lanciare Casimiro senza una lunga procedura, altrimenti i suoi sistemi non funzionerebbero nell’esatto ordine e sicuramente il risultato sarebbe un disastro. Il count-down è molto lungo ed elaborato.

10.     Le stesse operazioni di manutenzione, di preparazione al lancio, di ispezione e di modifica devono essere eseguite seguendo appositi manuali, allo scopo di impedire danneggiamenti ai sistemi e alle strutture. Tutto il veicolo è smontabile in parti elementari e i componenti sono numerosissimi. Un ordine nelle operazioni di montaggio e smontaggio è necessario, come nella realtà dei veicoli spaziali.

Fotografie:

Barbara C.: (1) Casimiro a Cape Cadaveral pochi minuti prima del lancio, sera del 19 agosto 2004.

Giovanni B.: (8-9-10) Fotogrammi dal filmato dello storico primo volo.

Rossana C.: (7) Casimiro in volo.

Criscaso: (2) Test Statico 15.08.04; (3-4-5-6) particolari di alcuni sistemi elettronici-strutturali; (11) Casimiro dopo le modifiche.

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