Gerris USV - hidrodron od nule!

Danas je “U radionici” riječ o nešto većem projektu – odnosno o plovilu bez posade koji se koristi, primjerice, za batimetrijska mjerenja. O našem prvom katamaranu, prilagođenom radio-upravljanoj verziji, možete pročitati u 6. broju "Mladog tehničara" za 2015. godinu. Ovaj put, tim MODELmaniak (skupina iskusnih modelara povezanih s Kopernik Model Workshops Group u Wrocławu) suočio se s prijateljskim izazovom projektiranja od nule plutajuće mjerne platforme još bolje prilagođene uvjetima šljunka. kamenolom, proširiv na samostalnu verziju, dajući operateru više prostora za disanje.

Počelo s prilagodbom...

Prvi put smo se susreli s ovim problemom kada su nas prije nekoliko godina pitali o mogućnosti uvođenja pogona i prilagodba radioupravljanju vučni batimetrijski (tj. mjerna platforma koja se koristi za mjerenje dubine vodenih tijela).

1. Prva verzija mjerne platforme, samo prilagođena RC verziji

2. Pogoni prvog hidrodrona bili su malo modificirani akvarijski pretvarači - i radili su dosta dobro, iako definitivno nisu imali “konstrukcijski otpor”.

Zadatak simulacije bio je projektirati i proizvesti aktuatore za prefabricirane PE plovke oblikovane rastezljivim puhanjem (RSBM – slično PET bocama). Nakon analize radnih uvjeta i dostupnih opcija, odabrali smo prilično neobično rješenje - i, bez uplitanja u trupove ispod vodene linije, ugradili smo akvarijske cirkulatore-invertere kao pogone s dodatnom sposobnošću rotacije za 360° i podizanja (npr. , kada udari prepreka ili tijekom transporta) ) . Ovo rješenje, dodatno potpomognuto zasebnim sustavom upravljanja i napajanja, omogućilo je kontrolu i povratak operateru čak iu slučaju kvara jedne od sekcija (desne ili lijeve). Rješenja su bila toliko uspješna da je katamaran još uvijek u funkciji.

3. Prilikom pripreme vlastitog projekta detaljno smo (često osobno!) analizirali mnoga slična rješenja - na ovoj ilustraciji njemački ...

4.…evo Amerikanca (i još nekoliko desetaka). Odbacili smo pojedinačne trupove kao manje svestrane, a pogone koji strše ispod dna kao potencijalno problematične u radu i transportu.

Međutim, nedostatak je bila osjetljivost diskova na onečišćenje vode. Iako možete brzo ukloniti pijesak s rotora nakon hitnog plivanja do obale, morate biti oprezni s ovim aspektom kada se porinete i plivate blizu dna. Budući da, međutim, uključuje proširenje mjernih mogućnosti, a također se proširio tijekom ovog vremena. opseg hidrodrona (na rijekama) naš je prijatelj pokazao interes za novu razvojnu verziju platforme posebno dizajniranu za ovu namjenu. Prihvatili smo se ovog izazova - u skladu s didaktičkim profilom naših studija, a istovremeno dajući priliku da se razvijena rješenja testiraju u praksi!

5. Modularne kutije koje se brzo sklapaju bile su vrlo inspirativne svojom svestranošću i lakoćom transporta 3 (foto: materijali proizvođača)

Gerris USV - tehnički podaci:

• Duljina/širina/visina 1200/1000/320 mm

• Konstrukcija: kompozit od epoksidnog stakla, aluminijski spojni okvir.

• Zapremina: 30 kg, uključujući nosivost: ne manje od 15 kg

• Pogon: 4 BLDC motora (vodeno hlađeni)

• Napon napajanja: 9,0 V… 12,6 V

• Brzina: radna: 1 m/s; maksimalno: 2 m/s

• Vrijeme rada s jednim punjenjem: do 8 sati (s dvije baterije od 70 Ah)

• Web stranica projekta: https://www.facebook.com/GerrisUSV/

Nastavljene su vježbe – odnosno pretpostavke za novi projekt

Vodeća načela koja smo si postavili prilikom razvoja vlastite verzije bila su sljedeća:

• dvostruka školjka (kao u prvoj verziji, koja jamči najveću stabilnost potrebnu za dobivanje točnih mjerenja s eho sondom);
• redundantni sustavi pogona, napajanja i upravljanja;
• pomaka, što omogućuje ugradnju opreme na brodu težine min. 15 kg;
• jednostavno rastavljanje za transport i dodatna vozila;
• dimenzije koje omogućuju prijevoz u običnom osobnom automobilu, čak i kada su sastavljeni;
• zaštićeni od oštećenja i kontaminacije, duplicirani pogoni u obilaznici tijela;
• univerzalnost platforme (mogućnost korištenja u drugim aplikacijama);
• mogućnost nadogradnje na samostalnu verziju.

6. Izvorna verzija našeg projekta uključivala je modularnu podjelu na sekcije izgrađene različitim tehnologijama, koje su se, međutim, mogle sastaviti jednako lako kao popularni blokovi i dobiti različite namjene: od radio-upravljanih spasilačkih modela, preko USV platformi, do električnih pedalina

Dizajn naspram tehnologije, tj. učenje na greškama (ili do tri puta više od umjetnosti)

Isprva su, naravno, bile studije - puno je vremena potrošeno tražeći na internetu slične dizajne, rješenja i tehnologije. Toliko su nas inspirirali hidrodronij razne primjene, kao i modularni kajaci i mali putnički brodovi za samomontažu. Među prvima smo našli potvrdu vrijednosti dvotrupnog rasporeda jedinice (ali u gotovo svim su propeleri bili smješteni ispod morskog dna – većina ih je bila dizajnirana za rad u čistijim vodama). Modularna rješenja industrijski kajaci potaknuli su nas da razmislimo o cijepanju modela trupa (i rada u radionici) na manje dijelove. Tako je nastala prva verzija projekta.

7. Zahvaljujući Jakobsche editoru, naknadne mogućnosti 3D dizajna su brzo stvorene - neophodne za implementaciju u tehnologiji filamentnog tiska (prva dva i zadnja dva segmenta tijela rezultat su ograničenja prostora za ispis pisača u vlasništvu).

U početku smo usvojili mješovitu tehnologiju. U prvom prototipu, pramčani i krmeni dijelovi morali su biti izrađeni od najjačeg materijala koji smo mogli pronaći (akrilonitril-stiren-akrilat – skraćeno ASA).

8. Uz očekivanu točnost i ponovljivost spajanja modula, srednji dijelovi (duljine pola metra, eventualno i jedan metar) zahtijevali su odgovarajuću opremu.

9. Naš vrhunski tehnolog za plastiku napravio je niz testnih modula prije nego što je otisnut prvi ekstremni ASA element.

U konačnici, nakon dokaza koncepta, kako bismo brže realizirali sljedeće slučajeve, također smo razmotrili korištenje otisaka kao kopita za izradu kalupa za laminaciju. Srednji moduli (dugi 50 ili 100 cm) morali su biti zalijepljeni zajedno od plastičnih ploča - za što je naš pravi pilot i stručnjak za tehnologiju plastike - Krzysztof Schmit (poznat čitateljima "Na radionici", uključujući i koautora ( MT 10 / 2007) ili radio-upravljani stroj-amfibija-čekić (MT 7/2008).

10. Tiskanje krajnjih modula trajalo je opasno dugo, pa smo krenuli u izradu pozitivnih predložaka tijela - ovdje u klasičnoj, falciranoj verziji.

11. Obloga od šperploče zahtijevat će malo kitanja i konačnog bojanja - ali, kako se pokazalo, ovo je bila dobra zaštita u slučaju mogućeg kvara navigacijske brigade ...

3D dizajn novog modela za tisak, uredio Bartłomiej Jakobsche (niz njegovih članaka o 9D elektroničkim projektima može se pronaći u brojevima "Młodego Technika" od 2018/2–2020/XNUMX). Ubrzo smo počeli ispisivati ​​prve elemente trupa - ali tada su počeli prvi koraci ... Precizno precizan ispis trajao je dvosmisleno dulje nego što smo očekivali, a bilo je i skupih nedostataka koji su bili posljedica upotrebe puno čvršćeg materijala od uobičajenog ...

12. …koji je napravio slično kopito od XPS pjenastog tijela i CNC tehnologije.

13. Trebalo je očistiti i pjenastu jezgru.

Kako se datum prihvaćanja približava zabrinjavajuće brzo, odlučili smo se odmaknuti od modularnog dizajna i 3D ispis za tvrdu i poznatiju tehnologiju laminata – i počeli smo raditi u dva tima paralelno na različitim vrstama pozitivnih uzoraka (kopita) kućište: tradicionalni (konstrukcija i šperploča) i pjenasti (pomoću velikog CNC rutera). U ovoj utrci "tim novih tehnologija" na čelu s Rafalom Kowalczykom (usput rečeno, multimedijskim igračem na nacionalnim i svjetskim natjecanjima za konstruktore radio-upravljanih modela - uključujući i koautora opisane "Na radionici" 6/ 2018.) stekao prednost.

14. ... biti prikladan za izradu negativne matrice ...

15. …gdje su ubrzo napravljeni prvi otisci staklenog epoksida. Korišten je jedan gel coat koji se dobro vidi na vodi (s obzirom da smo module već napustili, nije bilo razloga ometati rad s dvobojnim ukrasima).

Stoga je daljnji rad radionice slijedio Rafalov treći dizajnerski put: počevši od izrade pozitiva, potom negativa – preko otisaka vitrina od epoksidnog stakla – do gotovih IVDS platformi (): prvo, potpuno opremljen prototip , a potom i sljedeće, još naprednije kopije prve serije. Ovdje su oblik i detalji trupa prilagođeni ovoj tehnologiji - uskoro je treća verzija projekta dobila jedinstveno ime od svog voditelja.

16. Pretpostavka ovog edukativnog projekta bila je korištenje javno dostupne opreme za modeliranje - ali to ne znači da smo odmah imali ideju za svaki element - naprotiv, danas je teško izbrojati koliko je konfiguracija isprobano - i poboljšanje dizajna nije tu završilo.

17. Ovo je najmanja od korištenih baterija - omogućuju platformi da radi četiri sata pod radnim opterećenjem. Postoji i mogućnost udvostručenja kapaciteta – srećom, servisni otvori i veća plovnost omogućuju puno.

Gerris USV je živahno, radno dijete (i sa svojim umom!)

Garris ovo je latinski generički naziv za konje - vjerojatno dobro poznate kukce koji vjerojatno jure kroz vodu na široko razmaknutim udovima.

Target Hydrone Trulls Proizvedeno od višeslojnog staklenog epoksidnog laminata – dovoljno čvrstog za teške, pješčane/šljunčane uvjete predviđenog posla. Bili su spojeni brzo demontiranim aluminijskim okvirom s kliznim (radi lakšeg podešavanja gaza) gredama za montažu mjernih instrumenata (ehosonder, GPS, putno računalo, itd.). Dodatne pogodnosti u transportu i korištenju opisane su u okvirima kutija. diskovi (dva po plutaju). Dvostruki motori također znače manje propelere i veću pouzdanost, dok u isto vrijeme mogu koristiti još više simulacije od industrijskih motora.

18. Pogled na salon s motorima i električnom kutijom. Vidljiva silikonska cijev dio je sustava vodenog hlađenja.

19. Za prve vodene probe vagali smo trupove kako bi se katamaran ponašao primjereno uvjetima predviđenog rada - ali već smo znali da platforma to može podnijeti!

U sljedećim verzijama testirali smo različite pogonske sustave, postupno povećavajući njihovu učinkovitost i snagu - stoga se sljedeće verzije platforme (za razliku od prvog katamarana od prije mnogo godina) sa sigurnom marginom brzine također nose s protokom svake poljske rijeke.

20. Osnovni set - s jednim (ovdje još nespojenim) sonarom. Dvije montažne grede koje naruči korisnik također omogućuju dupliciranje mjernih uređaja i time povećavaju pouzdanost samih mjerenja.

21. Radno okruženje je obično šljunak s vrlo zamućenom vodom.

Budući da je jedinica dizajnirana za rad od 4 do 8 sati neprekidno, s kapacitetom od 34,8 Ah (ili 70 Ah u sljedećoj verziji) - po jedan u svakom od slučajeva. Uz tako dugo vrijeme rada, očito je da se trofazni motori i njihovi regulatori moraju hladiti. To se radi pomoću tipičnog modeliranja vodenog kruga uzetog iza propelera (dodatna vodena pumpa se pokazala nepotrebnom). Još jedna zaštita od mogućeg kvara uzrokovanog temperaturom unutar plovaka je telemetrijsko očitavanje parametara na upravljačkoj ploči operatera (tj. odašiljač tipičan za moderne simulacije). Redovito se posebno dijagnosticiraju okretaji motora, njihova temperatura, temperatura regulatora, napon opskrbnih baterija itd.

22. Ovo nije mjesto za elegantne skraćene modele!

23. Sljedeći korak u razvoju ovog projekta bio je dodatak autonomnih kontrolnih sustava. Nakon praćenja akumulacije (na Google karti ili ručno - prema protoku oko konturne jedinice izmjerene akumulacije), računalo ponovno izračunava rutu prema procijenjenim parametrima i nakon uključivanja autopilota jednim prekidačem, operater može udobno sjesti i promatrati rad uređaja s bezalkoholnim pićem u ruci...

Glavna zadaća cijelog kompleksa je mjerenje i pohranjivanje u zasebnom geodetskom programu rezultata mjerenja dubine vode, koji se kasnije koriste za određivanje interpoliranog ukupnog kapaciteta akumulacije (pa tako npr. za provjeru količine odabranog šljunka od posljednje mjerenje). Ta se mjerenja mogu izvesti ili ručnom kontrolom čamca (identično konvencionalnom plutajućem modelu s daljinskim upravljanjem) ili potpuno automatskim radom prekidača. Zatim se trenutna očitanja sonara u smislu dubine i brzine kretanja, statusa misije ili lokacije objekta (od izuzetno preciznog RTK GPS prijemnika, pozicioniranog s točnošću od 5 mm) prenose operateru u tijeku. osnovu od strane dispečera i kontrolne aplikacije (može postaviti i parametre planirane misije) .

Vježbajte verzije ispita i razvoja

opisano hidrodron Uspješno je prošao niz testova u raznim, tipično radnim uvjetima, a krajnjem korisniku služi više od godinu dana, mukotrpno "orući" nove rezervoare.

Uspjeh prototipa i nagomilano iskustvo doveli su do rađanja novih, još naprednijih jedinica ove jedinice. Svestranost platforme omogućuje joj da se koristi ne samo u geodetskim aplikacijama, već i, na primjer, u studentskim projektima i mnogim drugim zadacima.

Vjerujem da će ih zahvaljujući uspješnim odlukama te marljivosti i talentu voditelja projekta uskoro biti gerris brodovi, nakon prenamjene u komercijalni projekt, konkurirati će američkim rješenjima koja se nude u Poljskoj, a koja su višestruko skuplja u smislu kupnje i održavanja.

Ako vas zanimaju detalji koji ovdje nisu obuhvaćeni i najnovije informacije o razvoju ove zanimljive strukture, posjetite web stranicu projekta: GerrisUSV na Facebooku ili tradicionalno: MODElmaniak.PL.

Potičem sve čitatelje da udruže svoje talente kako bi zajedno stvorili inovativne i nagrađivane projekte - bez obzira na (koliko poznato!) "Ovdje se ništa ne isplati." Samopouzdanje, optimizam i dobra suradnja svima nama!