Purdue-Team entwirft Hightech-Taschenlampen für Indiana Bicentennial

Purdue-Team entwirft Hightech-Taschenlampen für Indiana Bicentennial

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Anonim

von Emil Venere, Purdue University

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Ein interdisziplinäres Team von Studenten und Fakultäten der Purdue University hat drei Arten von Taschenlampen entworfen und gebaut, die im nächsten Jahr im Mittelpunkt des zweihundertjährigen Staffellaufs von Indiana stehen werden.

Eine "Flaggschiff" -Fackel des Arbeitspferdes wird das Relais dominieren, wobei 24 hergestellt werden; Zwei Hochgeschwindigkeits-Taschenlampen, die im stürmischen Wind einer Achterbahn angezündet bleiben können, sind nur begrenzt einsatzbereit. und eine freundliche, sanftere Kinderfackel wird mit einer Reihe von LED-Lichtern angezündet.

Das Projekt umfasst acht Fakultätsmitglieder, drei Forschungsingenieure und etwa 30 Studenten in diesem Semester, obwohl die Arbeiten seit drei Semestern andauern, sagte Timothée Pourpoint, der außerordentliche Professor an der School of Aeronautics and Astronautics, der die Bemühungen leitet.

Die Flaggschiff-Fackel verbrennt eine Ethanol-Kraftstoffmischung namens E85, die aus in Indiana angebauten landwirtschaftlichen Produkten hergestellt wird. Die Verwendung von Flüssigbrennstoff stellt verschiedene konstruktive Herausforderungen dar, so Pourpoint, zu dessen Zusammenfassung die Forschung im Bereich Raketenantrieb gehört.

"Viele Fackeln verwenden entweder einen Kanister mit Gas wie Propan oder Butan oder ein Gel wie Sterno", sagte er. "Als wir uns für E85 entschieden haben, wusste ich, dass es einige Dinge aufwirft, auf die wir achten müssen. Zum einen haben Sie einen flüssigen Kraftstoff in etwas, das Sie in der Hand halten, also ziehen Sie ihn offensichtlich an will nicht, dass es ausläuft. "

Die Flaggschiff-Fackel wird im Verlauf des Staffellaufs von rund 1.800 Personen gehandhabt.

"Sicherheit und Robustheit stehen also an erster Stelle", sagte Pourpoint.

Die Taschenlampe enthält verschiedene Software-, Hardware- und Subsysteme, die nahtlos ineinander greifen müssen. Das von Schülern der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik (ECE) entwickelte elektronische Gehirn muss ordnungsgemäß mit Geräten wie Sensoren, einer Kamera, einem GPS-Modul und Mechanismen zur Steuerung der Flamme kommunizieren. Sechs Studententeams kümmerten sich um Elektronik, Materialien, strukturelles Design und andere Aspekte.

Zwei ECE-Teams nahmen informell an dem Projekt teil und reichten unterschiedliche Pakete für die Elektronik der Taschenlampe ein, sagte Mark Johnson, Direktor der ECE Instructional Laboratories.

Die Fackel verwendet die gleiche Art von Docht wie die Tiki-Fackeln und ist so konstruiert, dass eine Flamme von 20 cm Höhe erhalten bleibt. Der Kraftstoff wird kontinuierlich mit einer langsamen Geschwindigkeit gepumpt, um den Docht mit E85 gesättigt zu halten.

"Es pumpt ziemlich langsam, 3 oder 4 Milliliter pro Minute", sagte Matthew Elliott, ein Senior aus Independence, Kentucky, der Mitglied eines Teams von Luft- und Raumfahrtstudenten ist, die das Projekt koordinieren.

Eine weitere brennstoffbedingte Herausforderung ergibt sich aus der Farbe der E85-Flamme.

"Der E85 brennt zu sauber und erzeugt eine bläuliche Flamme, die bei hellem Tageslicht nicht gut sichtbar ist", sagte Nathan Mosier, Professor am Department für Agrar- und Biotechnik. "Also brauchte man ein Additiv, um die Flamme heller und gelber zu machen."

Die interne Gerüststruktur der Taschenlampe, die von Schülern der School of Materials Engineering entworfen wurde, wird mit einer Reihe von Verbindungsstangen und Metallringen zusammengehalten. Die Schüler mussten herausfinden, wie verschiedene Teile am besten miteinander verbunden werden können, und eine Mischung aus Klebstoff und mechanischen Verbindungselementen anstelle des Schweißens auswählen, um die Flexibilität bei der Konstruktion zu verbessern. Materialbezogene Elemente sind entscheidend für den Erfolg des Brenners, von der Dicke und Farbe der Metallhaut bis hin zu Fragen im Zusammenhang mit Gewicht und Festigkeit, sagte David Bahr, Professor und Leiter der School of Materials Engineering.

Das Design war teilweise eine Herausforderung, da an der Stelle, an der der Griff mit der Krone verbunden ist, eine Vielzahl von elektronischen Bauteilen einschließlich einer Kamera vorhanden sein muss.

"Der Träger kann auf eine Schaltfläche klicken, um ein Bild aufzunehmen. Wenn Sie die Schaltfläche gedrückt halten, können Sie Videos aufnehmen, die über WLAN in das Internet hochgeladen werden", sagte Pourpoint.

Die Kamera kann 10 Minuten hochauflösendes Video und 500 Fotos aufnehmen. Die Daten werden über Funksignale an einen nahe gelegenen Lieferwagen weitergeleitet. Wenn das Signal jedoch verloren geht, werden die Daten zur späteren Übertragung gespeichert. Ein GPS-System verfolgt den Fortschritt des Relais und ein USB-Anschluss an der Unterseite des Griffs ermöglicht das Aufladen der Batterie.

"Übrigens ist es meines Wissens noch nie zuvor gelungen, eine Taschenlampe zu schaffen, die weiß, wo sie ist, eine Taschenlampe, die Fotos macht und so weiter", sagte Pourpoint.

Die Flaggschiff-Taschenlampe ist mit einem Sensor ausgestattet, der erkennt, wenn sie sich um mehr als 45 Grad neigt, was eine potenzielle Verbrennungsgefahr darstellt. Übermäßiges Kippen aktiviert einen Mechanismus, der eine "Schnupftabakplatte" auslöst, um die Flamme zu löschen und gleichzeitig die Lufteinlässe zu schließen.

Die Taschenlampe kann mindestens 45 Minuten brennen und hat eine Batterieleistung von drei Stunden.

Einige der Bauteile werden im 3-D-Druck hergestellt.

"Viele Luft- und Raumfahrtunternehmen verwenden den 3D-Druck, um Raketentriebwerke herzustellen. Daher ist es für mich sehr sinnvoll, ihn auf der Taschenlampe zu verwenden", sagte Pourpoint.

Die Teams arbeiteten unter einem engen Zeitrahmen: Sie sollten bis zum 11. Dezember einen fertigen Prototypen liefern, der mit dem Tag der Staatlichkeit in Indiana zusammenfällt.

Das Projekt war eine wertvolle Erfahrung für die Studenten, auch weil sie mit anderen Teams zusammenarbeiten mussten.

"Wenn man mit anderen Teams kommunizieren muss, wird es viel interdisziplinärer", sagte Archit Aggarwal, ein Senior aus Mumbai, Indien. "Meine anderen Projekte bezogen sich nur auf die Arbeit mit Leuten in meiner Abteilung, Elektrotechnik und Computertechnik, aber diese Arbeit beinhaltet die Kommunikation mit anderen Leuten, anderen Teams und den Versuch, ein optimiertes Design zu entwickeln, das ihren und unseren Bedürfnissen entspricht."

Die meisten Studenten erhalten für das Projekt Anerkennung.

Das Design der Flaggschiff-Fackel entspricht in ästhetischer Hinsicht der ursprünglichen Hadley-Fackel auf der Indiana State Flag, die 1917 angenommen wurde. Es sei wichtig, die historische Attraktivität der ursprünglichen Fackel beizubehalten, sagte Mark Newman, Geschäftsführer des Indiana Office of Tourism Development.

Die Fackel enthält 19 Sterne, darunter fünf Sterne auf einem unteren Ring, 13 Sterne auf dem oberen Ring und einen Stern auf der Oberseite der Fackel. Die Sterne am oberen Ring haben eine praktische Funktion: Sie dienen als Lufteinlass für die Flamme. Ein Stern auf dem unteren Ring dient als Ansichtsfenster für die Kamera und der Stern auf der Oberseite der Fackel repräsentiert den 19. Bundesstaat in der Union: Indiana.

Die Fackel wiegt 5 Pfund. Die Flamme muss Windgeschwindigkeiten von bis zu 60 km / h standhalten und bei leichtem Regen beleuchtet bleiben. Zu den ergonomischen Gesichtspunkten gehört die richtige Positionierung des Schwerpunkts, damit er leicht zu halten ist. Der Griff wurde für Träger mit verschiedenen Handgrößen entwickelt.

"Gleichzeitig haben Sie die wahrscheinlich technologisch fortschrittlichste Taschenlampe der Welt entwickelt. Das ist also eine schöne Zweiteilung", sagte Newman während eines Briefings zum Team.