وب سایت موسسه فرهنگی و اطلاع رسانی تبیان
وب سایت موسسه فرهنگی و اطلاع رسانی تبیان
سه شنبه 3 اسفند 1395 - 24 جمادي الاول 1438 - 21 فوريه 2017
هدف این پروژه آشنا نمودن شما با برخی اصول اولیه برای ساخت مکانیزم حرکتی ضد هوایی و سپس ساخت یک نمونه ضد هوایی کوچک می باشد....
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :

ضد هوایی

نام پروژه: ضد هوایی

نوع پروژه: فنی

درجه سختی: دشوار

 

هدف پروژه: هدف این پروژه شنا نمودن شما با برخی اصول اولیه برای ساخت مکانیزم حرکتی ضد هوایی و سپس ساخت یک نمونه ضد هوایی کوچک می باشد.

 

خلاصه پروژه: در این پروژه ابتدا با مکانیزم های حرکتی و نحوه حرکت دادن یک میله برای این که قادر باشد به سمت سامان هدف گیری نماید، شنا خواهید شد و پس دستگاه را مرحله به مرحله خواهید ساخت و سپس کار سیم کشی و برق رسانی نرا انجام خواهید داد.

 

وسائل مورد نیاز: دو عدد موتور گیر بکس دار، جعبه، پلکسی گلاس، ورق فلزی،فنر، لوله.

 

1- مقدمه:

ضد هوایی نوعی جنگ افزار می باشد که می توان بوسیله آن اجسام در حال حرکت در آسمان مانند موشک و هواپیما، هلیکوپتر و... را هدف گیری نمود و مورد اصابت قرار داد.

اگر فیلم هایی که به جنگ ایران و عراق مربوط می شوند را دیده باشید حتماً ملاحظه نموده اید که یک فرد رزمنده بر روی وسیله ای می نشیند که مقادیر زیادی گلوله بصورت ردیفی از آن آویزان است و رزمنده می تواند با نشانه گیری هدف توسط دوربین و حرکت وسیله جسم مورد نظر را مورد اصابت قرار دهد. در زیر چند نمونه ضد هوایی مشاهده می کنیم:

ضدهواییضدهوایی
ضدهواییضدهوایی

این دستگاه ضد هوایی نام دارد. حال ما در این پروژه می خواهیم یک ضد هوایی مدل طراحی کنیم و بسازیم.

این ضد هوایی قادر خواهد بود هدف در حال پرواز را توسط لیزر نشانه بگیرد و آن را بر روی صفحه مانیتور با تلویزیون نمایش دهد. لازم به ذکر است که به دلیل ایمنی از قرار دادن تفنگ بر روی دستگاه خودداری نمایید.

 

در ابتدای طراحی این وسیله سوالاتی مطرح می کنیم:

1. به نظر شما با توجه به توضیحات بالا و خصوصیات حرکتی لازم برای یک ضد هوایی چگونه می توان چنین وسیله ای ساخت و برای ساختن آن چه ایده ای دارید؟

2. به نظر شما برای ساختن چنین وسیله ای که بتواند اجسام موجود در تمام آسمان را هدف گیری کند به چند نوع حرکتی نیاز داریم یا به بیان دیگر چند موتور الکتریکی نیاز داریم؟

3. به نظر شما چگونه می توان این وسیله را کمی پیشرفته نمود و کارآیی آن را بالا برد یا کار کردن با آنرا آسان نمود؟

 

2- آشنایی با مکانیزم حرکتی ضد هوایی

در اولین قدم، نیاز به ساخت وسیله ای مانند پایه تلسکوپ داریم تا بتوانیم سر آن را بر روی تمام نقاط موجود درآسمان حرکت دهیم. اگر چنین وسیله ای بسازیم، قادر خواهیم بود با وصل نمودن یک عدد لیزر بر روی آن، تمام اجسام در حال پرواز در آسمان را هدف گیری نماییم.

یعنی در شکل مقابل اگر A سر لوله لیزر باشد، باید قابلیت هدف گیری بر روی تمام نقاط موجود بر روی نیم کره B را داشته باشد. با کمی دقت در می یابیم که اگر لوله مورد نظر قادر به حرکت در دو جهت را اشته باشد می توانیم به هدفمان برسیم. این دو جهت حرکت را می توانیم به چندین صورت اعمال نماییم. مثلاً اگر لوله لیزر حرکت چرخشی و عمودی به صورت شکل زیر را انجام دهد، می تواند به تمام نقاط موجود روی نیم کره B حرکت کند.

ضدهوایی

مدل اول
یا در حالت دیگر، اگر لوله لیزر قادر به حرکت در دو جهت عمودی مانند شکل زیر باشد، می توان توسط آن به هر نقطه بر روی نیم کره B حرکت نمود:
ضدهوایی

مدل دوم

روشهای دیگری نیز موجود می باشند که پیشنهاد دادن آن ها بر عهده شما می باشد. چون برای ساختن، مدل اولی ساده تر می باشد، ما از مدل اول استفاده می کنیم. مطلبی که در بالا مطرح نمودیم، به نوعی معرفی تعداد درجات آزادی می باشد. تعداد درجات آزادی در حقیقت برابر است با تعداد جهات مستقلی که یک جزء ماشین می تواند حرکت کند. مثلاً در مدل اول، اگر جلوی حرکت چرخشی لوله را با دست بگیریم، سر لوله با این که دیگر نمی تواند بچرخد ولی می تواند حرکت عمودی داشته باشد لذا مدل اول دو درجه آزادی دارد.

 

- سۆال: مدل دوم چند درجه آزادی دارد؟

لذا چون مدل مورد نظر ما دو درجه آزادی دارد، برای ساخت آن به دو عدد موتور الکتریکی نیاز داریم که هر موتور، یک نوع حرکت را تامین می کند. یعنی یکی مفصل را به صورت چرخشی و یکی به صورت عمودی حرکت می دهد.

در شکل زیر نیز که عکس ضد هوایی واقعی می باشد، می توانید درجات آزادی را که با فلش مشخص شده اند را مشاهده نمایید.

ضدهوایی

حالا که تا حدودی با مباحث تئوری آشنایی پیدا کردید، می توانید کم کم وارد مباحث عملی و ساختی شوید.

در قسمت های قبلی بیان کردیم که برای بدست آوردن دو نوع حرکت مورد نظر، به دو عدد الکترو موتور نیاز داریم ولی اگر از موتورهای الکتریکی عادی مانند موتور کوکر یا سشوار استفاده کنیم، چون سرعت حرکت آن ها بسیار بالاست، به هیچ وجه قادر نخواهیم بود نشانه گیری دقیقی انجام دهیم چون تا برق را به موتور متصل کنیم، شافت آن یعنی لوله نشانه گیر چندین دور می چرخد لذا قادر به استفاده از این نوع موتورها نخواهیم بود و به موتوری نیاز داریم که سرعت چرخش آن بسیار پایین و دقیق باشد زیرا اگر هدف مسافت زیادی را طی کند، ما با ایجاد تغییر کوچکی در زاویه لوله می توانیم هدف را مجدداً نشانه گیری کنیم. در نتیجه زوایای کم نیز بسیار در هدف گیری ما مهم می باشند در نتیجه باید از موتور دقیقی استفاده کنیم.

برای این منظور باید از موتورهای مخصوصی که بتوانند آرام و دقیق حرکت کنند مانند موتورهای گیربکس دار یا استپ موتورها استفاده نماییم.

 

استپ موتورها مکانیزم دقیقی دارند که می توان میزان چرخش شفت موتور را با دادن زاویه چرخش به آن ها تعیین نماییم و مثلاً با هر بار اتصال برق به آن، شفت نیم درجه بچرخد. هر چند این موتورها دقت خوبی دارند، ولی نصب و راه اندازی آن ها برای افراد تازه کار کمی پیچیده می باشد و در این پروژه از آن ها استفاده نخواهیم نمود.

 

موتورهای گیربکس دار: این موتورها از یک موتور الکتریکی عادی و یک عدد جعبه دنده تشکیل می شوند که در جعبه دنده، با استفاده از چرخ دنده های متوالی حرکت شافت خروجی موتور را نسبت به شافت موتور اصلی آرام و دقیق می کند. مثلاً در یک گیربکس ساده ورودی با موتور اصلی اگر 3 بار بچرخد، خروجی 1 دور می چرخد. این نسبت را می توان با قرار دادن چرخ دنده های متوالی به نسبت های 100 به 1 نیز رساند که در این صورت حرکت شافت خروجی بسیار دقیق و قابل کنترل می شود.

 

اگر اطراف خود را نگاه کنید، موتورهای گیربکس دار زیادی مانند موتور چرخ گوشت یا موتور برف پاک کن اتومبیل را مشاهده خواهید نمود. مثلاً گیربکس موتور چرخ گوشت به گونه ای است که هر بار 150 دور که موتور اصلی بچرخد، خروجی آن 1 دور می چرخد و لذا قدرت بالایی دارد.

به دلیل تنوع زیاد موتورهای گیربکس دار موجود در بازار، برای این که بتوانیم موتوری را که برای کارمان مناسب است را پیدا کنیم، باید موتورهای موجود را از جهات مختلف مانند سرعت، قدرت، ابعاد، وزن و قیمت مقایسه نماییم و موتور مناسب را انتخاب کنیم.

 

جالب برای انتخاب موتور مناسب برای این دستگاه، وظیفه شما تحقیق در مورد موتورهای گیربکس دار موجود در بازار می باشد. بدین منظور باید موتورهای موجود را از نظر قدرت، سرعت، ولتاژ و... بررسی نمایید و از تمامی آن ها فهرستی تهیه نمایید. جدولی تشکیل دهید و اطلاعات بدست آمده را در آن وارد کنید. سعی کنید موتورهای 12 ولت تا 24 ولت را انتخاب کنید.

برای تهیه موتورهای گیربکس دار در تهران می توانید به خیابان جمهوری- حوالی حافظ مراجعه نمایید.

نوعی از موتور گیربکسی را نیز که در برف پاک کن ماشین موجود است را می توانید با مراجعه به مغازه های لوازم یدکی فروشی اتومبیل هایی مانند پژو، پراید یا پیکان بازدید کرده و مشخصات آن ها را یادداشت کنید.

 

3- نحوه ساخت منبع تغذیه- آشنایی با محل خرید وسائل

برای ساخت ضد هوایی، نیاز به ساخت جعبه ای برای قرار دادن موتور در آن می باشیم که بتواند به عنوان پایه دستگاه نیز مورد استفاده قرار گیرد. برای ساخت جعبه به نکاتی باید توجه کنیم از جمله:

اندازه مناسب برای در برای در برگرفتن موتور اصلی و قطعات الکتریکی دستگاه

وزن مناسب

زیبایی ظاهری

استحکام مناسب

اندازه مناسب برای حفظ تعادل دستگاه

حال موارد بالا را به ترتیب بررسی می نماییم:

1. اندازه جعبه را باید طوری در نظر بگیریم که موتور و اجزا الکتریکی در آن جا بشوند.

لذا باید ابعاد تقریبی موتور و اجزا الکتریکی را داشته باشیم.

پس از مقایسه جداول موتورها، دو موتور مناسب انتخاب نموده و خریداری نمایید. حال برای این موتورها به منبع تغذیه نیاز داریم. پس ابتدا باید منبع تغذیه دستگاه را بسازید تا بتوانید با توجه به ابعاد آن جعبه دستگاه را بسازید.

 

ضدهوایی
 

برای ساخت منبع تغذیه ابتدا نیاز به یک عدد ترانس فورماتور داریم تا ولتاژ 220 ولت شهر را به ولتاژ 12 ولت مورد نیاز دستگاه تبدیل نماید. ولتاژی که ترانس را به ما می دهد ولتاژ AC یا متناوب می باشد در صورتی که برای راه اندازی موتور این دستگاه به ولتاژ مستقیم نیاز داریم. پس باید ولتاژ ترانس را به نحوی مستقیم نماییم تا مانند باطری یک قطب مثبت و یک قطب منفی داشته باشیم. این کار را به وسیله یک مجموعه یکسو کننده شامل چهار عدد دیود و یک عددخازن انجام می دهیم.
 

دیود وسیله ای است که الکتریسیته تنها از یک طرف می تواند جریان یابد. دیود را در مدارات الکتریکی به صورت

ضدهوایی

نشان می دهند. که این دیود در جهتی که فلش سمبل نشان می دهد جریان را هدایت می کند. می دانیم ولتاژ برق شهر یا به طور کلی ولتاژ متناوب به صورت

ضدهوایی

 

 

می باشد در هر ثانیه 50 بار مثبت و منفی جای خود را تعویض می کنند. در صورتی که ما می خواهیم بوسیله دیود آن را به صورت

ضدهوایی

در بیاوریم. برای این منظور، باید دیودها را به صورت زیر به هم متصل نماییم:

ضدهوایی

که به این وسیله پل دیود می گویند که آماده آن نیز در بازار موجود می باشد و به صورت زیر می باشد:

ضدهوایی

که باید برق AC را به دو سری که روی آن ها علامت (~) موجود می باشد متصل کنیم و از دو سر دیگر ولتاژ مستقیم شده را دریافت نماییم. با توجه به مشخصات موتور، برای بهبود کار این دستگاه، باید به پل دیود یک عدد خازن نیز به صورت موازی یعنی به صورت زیر متصل نماییم:

ضدهوایی

که با توجه به موتورهای موجود، خازن ما باید 24 ولت و 4700 میکرو فاراد باشد.

حال باید دو سر ورودی ترانسفورماتور را به برق شهر و خروجی آن را به دو سر (~) پل دیود متصل کنیم و دو سر خروجی پل دیود را به دو سر موتور گیربکس دارمان متصل نماییم و خواهیم دید که موتور به کار خواهد افتاد.

حال باید وارد مرحله ساخت و خرید بشویم.

ابتدا مشخصات ترانسفورماتور، پل دیود و خازن مورد نظر را یادداشت نمایید و برای خرید آن ها به خیابان جمهوری- تقاطع خیابان حافظ و جمهوری مراجعه نمایید.

پاساژ های زیر مرکز فروش لوازم الکترونیکی می باشند و می توانید تمام لوازم الکترونیکی مورد نیاز را از آن جا تهیه نمایید:

ضدهوایی

وقتی که منبع تغذیه دستگاه را ساختید و موتورها را خریداری نمودید، باید شروع به ساخت جعبه نمایید. ابتدا ابعاد را مشخص می کنیم. ابعاد جعبه باید به گونه ای باشد که موتور، ترانس و پل دیود را بتوانیم به راحتی در آن جای دهیم و کمی هم جای اضافی داشته باشیم.

 
ضدهوایی
 

جعبه نباید آنقدر کوچک باشد که کار کردن درون آن سخت شود و نه آنقدر بزرگ باشد که جای خالی زیادی در آن بماند. برای ساخت جعبه دو گزینه مناسب در پیش رو دارید: 1- می توانید جعبه را توسط ورق پلکسی گلاس (طلق) بسازید که از مزیت های این روش، تنوع رنگ، ضخامت و اندازه را می توان نام برد که تمام مشخصات را شما انتخاب خواهید نمود.

گزینه دوم که بهتر نیز می باشد این است که جعبه آماده را از بازار تهیه نمایید و تنها رویه آن را از طلق بسازید. جعبه های موجود در بازار، به رنگ سیاه و سفید می باشند. شما می توانید درب آن را از طلق بی رنگ بسازید.

در صورتی که بخواهید جعبه بسازید، برای تهیه طلق می توانید به خیابان پامنار مراجعه نمایید:

 

ضدهوایی
همان گونه که گفته شد روش دوم برای تهیه جعبه، خریدن جعبه آماده می باشد که می توانید آن را در طبقه دوم پاساژ امجد پیدا نمایید. به این جعبه فروشی بروید و مناسب ترین جعبه را از لحاظ زیبایی، اندازه و قیمت انتخاب نمایید. لازم به ذکر است که حتماً باید از جعبه پلاستیکی استفاده نمایید زیرا با برق سروکار داریم و در صورت استفاده از جعبه پلاستیکی امکان برق گرفتگی وجود خواهد داشت.

لازم به ذکر است تا در هنگام خرید جعبه و ترانس، اتصالات ترانس به جعبه (مثل پیچ و مهره ها)، سیم برق (سیم سفید 3 متر)، دو شاخه برق و اقلامی که به عنوان طراح به ذهنتان می رسد را تهیه نمایید. در جلسه آینده ساخت دستگاه را ادامه خواهیم داد.

اگر در این جلسه نکات نامفهومی برایتان باقی ماند، مانند: انواع طلق، چگونگی خرید پل دیود، مشخصات آن ها هیچ نگران نباشید و سعی کنید با مراجعه به بازار و جمع آوری اطلاعات این نکات نامفهوم را برطرف نمایید.

4- ساخت دستگاه

حال که تا حد زیادی با مقدمات و تئوری پروژه آشنا شدید، می توانید قدم های بعدی را بردارید، ابتدا طبق آن چه که در تئوری آورده شده منبع تغذیه دستگاه را بوسیله ترانس و پل دیود و خازن آماده کنید، حال باید موتور اول که حرکت افقی و 360 درجه دستگاه را ایجاد می کند را نصب نمایید. این موتور را باید به گونه ای نصب کنید که اولاً در وسط جعبه قرار بگیرد و ثانیاً جای منبع تغذیه دستگاه را اشغال ننماید. بدین منظور، ابتدا توسط خط کش، مرکز جعبه را پیدا کنید و سوراخی در آن نقطه بزنید به گونه ای که قطر سوراخ از قطر شافت موتور حدود پنج میلی متر بزرگتر باشد.

 

ضدهوایی
 

قبل از این که موتور را به درب جعبه پیچ کنید، مناسب ترین موقعیت را برای آن به گونه ای پیدا کنید که جای کافی برای نصب ترانس درون جعبه باقی بماند. مثلاً مانند:

ضدهوایی

پس از انجام مراحل فوق، می توانید موتور را در موقعیت مناسب نصب نمایید و توسط 3 پیچ آن را محکم کنید. پس از نصب موتور، منبع تغذیه ای را که ساخته اید (شامل ترانس، پل دیود و خازن) در مکان مناسب داخل جعبه نصب کنید و با پیچ محکم نمایید. پس از نصب قطعات اصلی باید کلیدهای کنترل دستگاه را روی دستگاه نصب نماییم. بدین منظور دو عدد کلید تعویض جهت کار نیاز داریم که می توانیم آن ها را به سادگی بسازیم. ابتدا دو کلید دو حالته دو پل (شش پایه) تهیه نمایید.

طرز کار این کلید به صورت زیر است:

ضدهوایی

اگر شاسی کلید را به سمت راست حرکت دهیم، با پایه 1 به 3 و پایه 2 به 4 متصل می شود و اگر به چپ حرکت دهیم، پایه 1 به 5 و 2 به 6 متصل می شود. در حالت وسط نیز اتصالات قطع می شوند و وضعیت خاموش تشکیل می دهد. حال اگر ما پایه 4 و 5 را توسط سیم به هم و پایه 3 و 6 را نیز به هم متصل کنیم و پایه 1 و 2 را به برق DC تهیه شده متصل کنیم و پایه (5 و 6) یا (4 و 3) را به ورودی موتور متصل نمائیم، با حرکت شاسی کلید به سمت راست و چپ می توانیم جهت چرخش موتور را تعویض نمائیم و بدین ترتیب قادر خواهیم بود دستگاه ضد هوائی را کنترل کنیم.

 
ضدهوایی
 

دو کلید را در مکانی مناسب بر روی دستگاه نصب نمایید. کلید اول را طبق آن چه گفته شد به موتور اول موجود درون جعبه نصب نمایید، حال باید قادر باشید با حرکت کلید، جهت چرخش موتور را تعویض کنید. پس از انجام این مرحله باید حرکت موتور دوم را به گونه ای با حرکت موتور اول ترکیب نمائید، بدین منظور، یک صفحه دایره ای از آهن تهیه نمایید، شعاع صفحه باید از طول موتور کمی بیشتر باشد. مرکز این صفحه را به گونه ای حدیده نمایید که بتواند به شافت موتور پیچ شود. در صورت امکان از دستگاه استفاده نمایید تا سوراخ مرکز صفحه به صورت کاملاً عمودی زده شود. ضخامت صفحه 2 میلی متر از طول حدیده شده شافت موتور بیشتر باشد.

ضدهوایی

در این مرحله موتور دوم را بر روی این صفحه به گونه ای نصب نمایید تا با چرخش این صفحه، موتور دوم یک حرکت- 360 درجه افقی پیدا کند. برای نصب موتور دوم می توانید از یک فلز L شکل به صورت زیر استفاده کنیم.

 
ضدهوایی

بهتر است موتور دوم را به گونه ای نصب کنید که شافت آن در حدود مرکز چرخان قرار گیرد. مانند شکل فوق. در این مرحله به یک مشکل برمی خوریم و آن برق رسانی به موتور 2 می باشد. چون این موتور ثابت نیست و دائماً در حال چرخش می باشد، اگر برق آن را توسط سیم تامین کنیم، پس از چند دور چرخش، سیم پاره خواهد شد.

از مکانیزم زیر برای برق رسانی به جای سیم استفاده می کنیم. ابتدا ضلع زیری صفحه چرخان را کاملاً عایق نمایید. (توسط مقوا با طلق) سپس دو حلقه فلزی به عرض 5/1 سانتی متر مانند شکل بر روی آن نصب کنید.

ضدهوایی

ما برق را توسط دو عدد جاروبک مانند شکل زیر به این صفحه ها منتقل می کنیم و از این صفحه ها برای برق رسانی به موتور شماره 2 استفاده می کنیم.

ضدهوایی

در آخرین مرحله باید یک عدد لیزر (و یک عدد دوربین) به شافت موتور 2 نصب کنیم. برای این منظور، قطعه ای به صورت زیر بسازید و به شافت موتور 2 پیچ کنید.

ضدهوایی

و لیزر و دوربین را به صورت زیر بر آن نصب کنید.

ضدهوایی

لازم به ذکر است که لیزر را می توانید از اسباب بازی فروشی تهیه کنید و لیزر عادی برای کار ما کفایت می کند. برای تهیه دوربین نیز می توانید به آدرس زیر مراجعه کنید:

ضدهوایی

یک دوربین عادی برای کار ما کفایت می کند.

بهتر است دوربین کوچک انتخاب شود. قیمت آن نیز از 12-10 هزار تومان تجاوز نمی کند.

حال کار ساخت دستگاه به پایان می رسد. در این مرحله باید بتوانید با استفاده از کلیدهای دستگاه،لیزر را به سمت تمام نقاط اتاق نشانه گیری نمایید و آن نقطه را پس از اتصال دوربین به تلویزیون، در تلویزیون مشاهده کنید. در صورت تمایل می توانید سیستم های دیگر مانند سیستم دنبال کردن نور را نیز به ضد هوایی خود اضافه نمایید.

 

تکلیف: از نحوه عملکرد ضد هوایی ساخته شده فیلم کوتاهی تهیه نمایید و برای ما ارسال کنید.

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان

تنظیم: اعظم اژدری

مطالب مرتبط:

ضد هوایی

 

تلفن : 81200000
پست الکترونیک : public@tebyan.com
آدرس : بلوارکشاورز ، خیابان نادری ، نبش حجت دوست ، پلاک 12

ارتباط با ما

روابط عمومی

درباره ما

نقشه سایت

تعدادبازدیدکنندگان
افراد آنلاین