Gerris USV - hidrodron iz nič!

Danes gre pri »V delavnici« za nekoliko večji projekt – torej za plovilo brez posadke, ki se uporablja na primer za batimetrične meritve. O našem prvem katamaranu, prilagojenem radijsko vodeni različici, si lahko preberete v 6. številki »Mladi tehnik« za leto 2015. Tokrat se je ekipa MODELmaniak (skupina izkušenih modelarjev, povezanih s skupino Kopernik Model Workshops Group v Wrocławu) soočila s prijaznim izzivom oblikovanja iz nič lebdeče merilne platforme, še bolje prilagojene gramoznim razmeram. kamnolom, razširljiv v samostojno različico, ki daje operaterju več prostora za dihanje.

Začelo se je s prilagajanjem ...

S to težavo smo se prvič srečali, ko so nas pred nekaj leti povprašali o možnosti uvedbe aktuatorjev in prilagoditev na radijsko krmiljenje vlečna batimetrična (tj. merilna ploščad, ki se uporablja za merjenje globine vodnih teles).

1. Prva različica merilne platforme, prilagojena samo različici RC

2. Pogoni prvega hidrodrona so bili nekoliko spremenjeni akvarijski pretvorniki - in delovali so precej dobro, čeprav zagotovo niso imeli "konstrukcijske odpornosti".

Naloga simulacije je bila načrtovanje in izdelava aktuatorjev za montažne PE raztegljivo pihano oblikovane plovce (RSBM – podobno kot PET plastenke). Po analizi delovnih pogojev in razpoložljivih možnosti smo izbrali precej nenavadno rešitev - in brez poseganja v trupe pod vodno črto smo vgradili akvarijske obtočne inverterje kot pogone z dodano možnostjo vrtenja za 360 ° in dviga (npr. , ko trči ob oviro ali med prevozom) ) . Ta rešitev, dodatno podprta z ločenim krmilnim in napajalnim sistemom, je omogočala nadzor in vrnitev k operaterju tudi v primeru okvare ene od sekcij (desne ali leve). Rešitve so bile tako uspešne, da katamaran še vedno obratuje.

3. Pri pripravi lastnega projekta smo podrobno analizirali (pogosto osebno!) Številne podobne rešitve - na tej ilustraciji nemški ...

4.…tukaj je Američan (in še nekaj deset). Enojne trupe smo zavrnili kot manj vsestranske, pogone, ki štrlijo pod dnom, pa kot potencialno problematične pri delovanju in transportu.

Vendar pa je bila pomanjkljivost občutljivost diskov na onesnaženost vode. Čeprav lahko po zasilnem plavanju na obalo hitro odstranite pesek iz rotorja, morate biti pri tem vidiku previdni pri spuščanju in plavanju blizu dna. Ker pa vključuje širitev merilnih zmogljivosti in se je v tem času tudi razširila. obseg hidrodrona (na rekah) je naš prijatelj pokazal zanimanje za novo razvojno različico platforme, ki je bila zasnovana posebej za ta namen. Sprejeli smo ta izziv – v skladu z didaktičnim profilom naših studiev in hkrati dali možnost preizkusa razvitih rešitev v praksi!

5. Hitro zložljivi modularni kovčki so bili zelo navdušujoči s svojo vsestranskostjo in enostavnostjo transporta 3 (foto: materiali proizvajalca)

Gerris USV - tehnični podatki:

• Dolžina/širina/višina 1200/1000/320 mm

• Konstrukcija: kompozit iz epoksi stekla, povezovalni okvir iz aluminija.

• Nosilnost: 30 kg, vključno z nosilnostjo: najmanj 15 kg

• Pogon: 4 motorji BLDC (vodno hlajeni)

• Napajalna napetost: 9,0 V… 12,6 V

• Hitrost: delovna: 1 m/s; največ: 2 m/s

• Čas delovanja z enim polnjenjem: do 8 ur (z dvema baterijama po 70 Ah)

• Spletna stran projekta: https://www.facebook.com/GerrisUSV/

Nadaljevale so se vaje – torej predpostavke za nov projekt

Vodilna načela, ki smo si jih zastavili pri razvoju lastne različice, so bila naslednja:

• dvotrupni (kot v prvi različici, ki zagotavlja največjo stabilnost, potrebno za natančne meritve z odmevnim zvočnikom);
• redundantni pogonski, napajalni in krmilni sistemi;
• premik, ki omogoča namestitev opreme na vozilu, ki tehta min. 15 kg;
• enostavna demontaža za prevoz in dodatna vozila;
• dimenzije, ki omogočajo prevoz v običajnem osebnem avtomobilu, tudi v sestavljenem;
• zaščiteni pred poškodbami in kontaminacijo, podvojeni pogoni v obvodu telesa;
• univerzalnost platforme (zmožnost uporabe v drugih aplikacijah);
• možnost nadgradnje na samostojno različico.

6. Prvotna različica našega projekta je vključevala modularno razdelitev na odseke, zgrajene z različnimi tehnologijami, ki pa jih je bilo mogoče sestaviti tako enostavno kot priljubljene bloke in jih uporabljati v različnih oblikah: od radijsko vodenih reševalnih modelov, preko platform USV, do električnih pedalinov

Oblikovanje proti tehnologiji, tj. učenje iz napak (ali do trikrat več kot umetnost)

Sprva so bile seveda študije - veliko časa je bilo porabljenega za iskanje podobnih modelov, rešitev in tehnologij po internetu. Zelo so nas navdihnili hidrodronija različne aplikacije, kot tudi modularni kajaki in male potniške ladje za samomontažo. Med prvimi smo našli potrditev vrednosti dvotrupne postavitve enote (vendar v skoraj vseh so bili propelerji nameščeni pod morskim dnom – večina jih je bila zasnovana za delo v čistejših vodah). Modularne rešitve industrijski kajaki so nas spodbudili, da razmislimo o razdelitvi modela trupa (in dela v delavnici) na manjše kose. Tako je nastala prva različica projekta.

7. Zahvaljujoč urejevalniku Jakobsche so bile hitro ustvarjene naslednje možnosti 3D oblikovanja - potrebne za implementacijo v tehnologijo tiskanja z nitmi (prva dva in zadnja dva segmenta telesa sta rezultat omejitev prostora za tiskanje tiskalnikov v lasti).

Sprva smo sprejeli mešano tehnologijo. Pri prvem prototipu sta morala biti premca in krme izdelana iz najmočnejšega materiala, ki smo ga našli (akrilonitril-stiren-akrilat – krajše ASA).

8. Ob pričakovani natančnosti in ponovljivosti povezav modulov so srednji deli (dolžine pol metra, na koncu tudi en meter) zahtevali ustrezno opremo.

9. Naš vrhunski tehnolog za plastiko je izdelal vrsto testnih modulov, preden je bil natisnjen prvi ekstremni ASA element.

Končno smo po dokazu koncepta, da bi hitreje realizirali naslednje primere, razmišljali tudi o uporabi odtisov kot kopit za izdelavo kalupov za laminacijo. Srednje module (dolge 50 ali 100 cm) je bilo treba zlepiti iz plastičnih plošč - za kar je naš pravi pilot in specialist za tehnologijo plastike Krzysztof Schmit (znan bralcem "V delavnici", tudi kot soavtor ( MT 10 / 2007) ali radijsko voden stroj-dvoživka-kladivo (MT 7/2008).

10. Tiskanje končnih modulov je trajalo nevarno dolgo, zato smo začeli izdelovati pozitivne body šablone - tukaj v klasični, falcani izvedbi.

11. Obloga iz vezanega lesa bo zahtevala nekaj kitanja in končnega barvanja - vendar, kot se je izkazalo, je bila to dobra zaščita v primeru morebitne okvare navigacijske brigade ...

3D dizajn novega modela za tisk, urednik Bartłomiej Jakobsche (serijo njegovih člankov o 9D elektronskih projektih najdete v številkah "Młodego Technika" z dne 2018/2–2020/XNUMX). Kmalu smo začeli tiskati prve elemente trupa - potem pa so se začeli prvi koraki ... Natančno natančno tiskanje je trajalo dvoumno dlje, kot smo pričakovali, pojavile pa so se tudi drage napake, ki so bile posledica uporabe veliko močnejšega materiala od običajnega ...

12. …ki je naredil podobno kopito iz ohišja XPS pene in CNC tehnologije.

13. Očistiti je bilo treba tudi penasto jedro.

Ker se datum prevzema bliža zaskrbljujoče hitro, smo se odločili, da se odmaknemo od modularne zasnove in 3D tisk za trdo in bolj znano tehnologijo laminata - in začeli smo delati v dveh ekipah vzporedno na različnih vrstah pozitivnih vzorcev (kopita) корпус: tradicionalni (konstrukcija in vezan les) in pena (z uporabo velikega CNC usmerjevalnika). Na tej dirki je "ekipa novih tehnologij" pod vodstvom Rafala Kowalczyka (mimogrede, multimedijskega predvajalnika na državnih in svetovnih tekmovanjih za konstruktorje radijsko vodenih modelov - vključno s soavtorjem opisanega "Na delavnici" 6/ 2018) pridobil prednost.

14. ... biti primeren za izdelavo negativne matrike ...

15. …kjer so bili kmalu narejeni prvi stekleni epoksidni odtisi. Uporabljen je bil en gel coat, ki je dobro viden na vodi (ker smo module že opustili, ni bilo razloga, da bi motili delo z dvobarvnimi dekoracijami).

Zato je nadaljnje delo delavnice potekalo po tretji Rafalovi oblikovalski poti: od ustvarjanja pozitivov, nato negativov – prek odtisov ohišij iz epoksi stekla – do že pripravljenih platform IVDS (): najprej popolnoma opremljen prototip. , nato pa naslednje, še naprednejše kopije prve serije. Tu so bili oblika in podrobnosti trupa prilagojeni tej tehnologiji - kmalu je tretja različica projekta dobila edinstveno ime od svojega vodje.

16. Predpostavka tega izobraževalnega projekta je bila uporaba javno dostopne modelirne opreme – vendar to ne pomeni, da smo takoj imeli idejo za vsak element – ​​nasprotno, danes je težko prešteti, koliko konfiguracij je bilo preizkušenih – in izboljšava dizajna se tu ni končala.

17. To je najmanjša uporabljena baterija - omogoča, da platforma deluje štiri ure pod delovno obremenitvijo. Obstaja tudi možnost podvojitve zmogljivosti – na srečo servisne lopute in večja plovnost omogočajo veliko.

Gerris USV je živahen, delaven otrok (in s svojim umom!)

Garris to je latinsko generično ime za konje - verjetno znane žuželke, ki najbrž hitijo po vodi na široko razmaknjenih okončinah.

Target Hydrone Hulls Izdelano iz večslojnega steklenega epoksidnega laminata – dovolj močnega za težke, peščene/prodnate pogoje predvidenega dela. Povezani so bili s hitro razstavljivim aluminijastim okvirjem z drsnimi (za lažjo nastavitev ugreza) nosilci za montažo merilnih instrumentov (ehosonda, GPS, potovalni računalnik itd.). Dodatne ugodnosti pri transportu in uporabi so zajete v orisih etuijev. diskov (dva na plovko). Dvojni motorji pomenijo tudi manjše propelerje in večjo zanesljivost, hkrati pa lahko uporabljajo še več simulacije kot industrijski motorji.

18. Pogled na salon z motorji in električno omarico. Vidna silikonska cev je del vodnega hladilnega sistema.

19. Za prve poskuse na vodi smo obtežili trupe, da bi se katamaran obnašal primerno za pogoje predvidenega dela - vedeli pa smo že, da platforma to zdrži!

V naslednjih različicah smo testirali različne pogonske sisteme, postopoma povečevali njihovo učinkovitost in moč - zato se naslednje različice platforme (za razliko od prvega katamarana izpred mnogih let) z varno rezervo hitrosti spopadejo tudi s tokom vsake poljske reke.

20. Osnovni komplet - z enim (tu še ne priklopljenim) sonarjem. Dva montažna nosilca po naročilu uporabnika omogočata tudi podvajanje merilnih naprav in s tem večjo zanesljivost samih meritev.

21. Delovno okolje je običajno gramoz z zelo motno vodo.

Ker je enota zasnovana za neprekinjeno delovanje od 4 do 8 ur, s kapaciteto 34,8 Ah (oziroma 70 Ah v naslednji različici) - po eno v vsakem primeru. Pri tako dolgem času delovanja je očitno, da je treba trifazne motorje in njihove krmilnike ohladiti. To se naredi z uporabo tipičnega vodnega kroga za modeliranje, vzetega izza propelerjev (izkazalo se je, da dodatna vodna črpalka ni potrebna). Druga zaščita pred morebitno okvaro zaradi temperature v notranjosti plovcev je telemetrično odčitavanje parametrov na upravljalski plošči (tj. oddajnik, značilen za sodobne simulacije). Redno se diagnosticirajo zlasti vrtljaji motorja, njihova temperatura, temperatura regulatorjev, napetost napajalnih baterij itd.

22. To ni kraj za elegantne skrajšane modele!

23. Naslednji korak v razvoju tega projekta je bil dodatek avtonomnih nadzornih sistemov. Po sledenju zadrževalnika (na zemljevidu Google ali ročno - glede na tok okoli konturne enote izmerjenega zadrževalnika) računalnik preračuna pot glede na ocenjene parametre in po vklopu avtopilota z enim stikalom lahko operater udobno sedi in z brezalkoholno pijačo v roki opazuj delovanje naprave ...

Glavna naloga celotnega kompleksa je izmeriti in v ločenem geodetskem programu shraniti rezultate meritev globine vode, ki se kasneje uporabijo za določitev interpolirane skupne akumulacijske kapacitete (in s tem npr. za preverjanje količine izbranega gramoza od zadnja meritev). Te meritve se lahko izvedejo z ročnim upravljanjem čolna (identično kot pri običajnem daljinsko vodenem plavajočem modelu) ali s popolnoma avtomatskim delovanjem stikala. Nato se trenutni odčitki sonara glede globine in hitrosti gibanja, statusa misije ali lokacije objekta (od izjemno natančnega RTK GPS sprejemnika, pozicioniranega s 5 mm natančnostjo) prenašajo na operaterja v teku. na podlagi dispečerja in kontrolne aplikacije (lahko nastavi tudi parametre načrtovane misije) .

Vadite različice izpita in razvoja

opisano hidrodron Uspešno je prestal številne teste v različnih, tipično delovnih pogojih, končnemu uporabniku pa služi že več kot leto dni in skrbno »oranje« novih rezervoarjev.

Uspeh prototipa in nabrane izkušnje sta pripeljala do rojstva novih, še naprednejših enot te enote. Vsestranskost platforme omogoča, da se uporablja ne le v geodetskih aplikacijah, ampak tudi na primer pri študentskih projektih in številnih drugih nalogah.

Verjamem, da bo po zaslugi uspešnih odločitev ter prizadevnosti in talenta vodje projekta kmalu gerris čolni, bodo po preoblikovanju v komercialni projekt konkurirali ameriškim rešitvam, ki jih ponujajo na Poljskem, ki so po nakupu in vzdrževanju večkrat dražje.

Če vas zanimajo podrobnosti, ki tukaj niso zajete, in najnovejše informacije o razvoju te zanimive strukture, obiščite spletno stran projekta: GerrisUSV na Facebooku ali tradicionalno: MODElmaniak.PL.

Vse bralce spodbujam, da združijo svoje talente in skupaj ustvarijo inovativne in nagrajevalne projekte – ne glede na (znano!) »Tukaj se nič ne izplača«. Samozavest, optimizem in dobro sodelovanje vsem nam!