Gerris USV - hidrodron a semmiből!

Ma az „In the Workshop” egy kicsit nagyobb projektről szól – vagyis egy pilóta nélküli hajóról, amelyet például batimetriás mérésekre használnak. Első, rádiós vezérlésű változatra adaptált katamaránunkról a „Fiatal Technikus” 6. évi 2015. számában olvashatnak. Ezúttal a MODELmaniak csapata (a wrocławi Kopernik Model Workshops Grouphoz kapcsolódó tapasztalt modellezők egy csoportja) azzal a baráti kihívással néz szembe, hogy a semmiből kell megtervezni a kavicsos körülményekhez még jobban alkalmazkodó úszó mérőplatformot. kőbánya, önálló változatra bővíthető, így a kezelőnek több lélegzetvételi hely marad.

A testreszabással kezdődött...

Először akkor találkoztunk ezzel a problémával, amikor néhány éve megkérdezték tőlünk, hogy bevezethető-e aktorok ill adaptáció a rádióvezérléshez vontatott batimetrikus (azaz a víztestek mélységének mérésére szolgáló mérőplatform).

1. A mérőplatform első verziója, csak az RC verzióhoz igazítva

2. Az első hidrodrón meghajtói enyhén módosított akváriumi inverterek voltak - és elég jól működtek, bár határozottan nem volt „konstrukciós ellenállásuk”.

A szimulációs feladat az előregyártott PE sztreccs-fúvott úszókhoz (RSBM – hasonló a PET palackokhoz) való működtetők tervezése és gyártása volt. A működési feltételek és a rendelkezésre álló lehetőségek elemzése után egy meglehetősen szokatlan megoldást választottunk – és anélkül, hogy a vízvonal alatti hajótesteket megzavartuk volna, akváriumi keringető-invertereket szereltünk be meghajtóként, amelyek további 360°-os elfordítási és emelési képességgel rendelkeznek (például amikor akadály ütközik vagy szállítás közben) ). Ez a különálló vezérlő- és áramrendszerrel kiegészített megoldás lehetővé tette az irányítást és a kezelőhöz való visszatérést még az egyik szakasz (jobb vagy bal) meghibásodása esetén is. A megoldások annyira sikeresek voltak, hogy a katamarán még mindig üzemel.

3. Saját projektünk elkészítésekor részletesen elemeztünk (gyakran személyesen!) Sok hasonló megoldást - ezen az illusztráción a német ...

4.…itt egy amerikai (és még néhány tucat). Elutasítottuk az egytestű hajótesteket, mint kevésbé sokoldalúakat, és az alul kiálló hajtásokat, mint potenciálisan problémás működést és szállítást.

A hátránya azonban a lemezek vízszennyezésre való érzékenysége volt. Bár a homokot gyorsan eltávolíthatja a rotorról egy vészúszás után a partra, óvatosnak kell lennie ezzel a szemponttal, amikor vízre bocsátja és a fenékhez közel úszik. Mert benne van viszont a mérési lehetőségek bővítése, és ez idő alatt is bővült. a hidrodrón hatóköre (a folyókon) barátunk érdeklődést mutatott a platform új fejlesztési változata iránt, amelyet kifejezetten erre a célra terveztek. Vállaltuk ezt a kihívást - stúdióink didaktikai profiljának megfelelően és egyben lehetőséget adva a kidolgozott megoldások gyakorlati kipróbálására!

5. A gyorsan összecsukható moduláris tokok sokoldalúságukkal és könnyű szállíthatóságukkal nagyon inspirálóak voltak 3 (fotó: gyártói anyagok)

Gerris USV - műszaki adatok:

• Hosszúság/szélesség/magasság 1200/1000/320 mm

• Felépítés: epoxi üveg kompozit, alumínium csatlakozó keret.

• Elmozdulás: 30 kg, teherbírással együtt: legalább 15 kg

• Hajtás: 4 BLDC motor (vízhűtéses)

• Tápfeszültség: 9,0 V… 12,6 V

• Sebesség: munkavégzés: 1 m/s; maximum: 2 m/s

• Működési idő egy töltéssel: akár 8 óra (két 70 Ah-s akkumulátorral)

• A projekt weboldala: https://www.facebook.com/GerrisUSV/

A gyakorlatok folytatódtak – vagyis egy új projekt feltételezései

A saját verziónk kidolgozásakor a következő vezérelveket határoztuk meg:

• kettős héj (mint az első változatban, garantálja a legnagyobb stabilitást, amely a visszhangjelzővel történő pontos mérésekhez szükséges);
• redundáns hajtás-, teljesítmény- és vezérlőrendszerek;
• elmozdulás, amely lehetővé teszi a fedélzeti berendezések felszerelését, súlya min. 15 kg;
• könnyű szétszerelés szállításhoz és további járművekhez;
• olyan méretek, amelyek lehetővé teszik a szállítást egy közönséges személygépkocsiban, még összeszerelt állapotban is;
• sérüléstől és szennyeződéstől védett, duplikált meghajtók a karosszéria bypassában;
• a platform egyetemessége (más alkalmazásokban való használat lehetősége);
• az önálló verzióra való frissítés lehetősége.

6. Projektünk eredeti változata moduláris felosztást tartalmazott különböző technológiával épített szakaszokra, amelyek azonban a népszerű blokkokhoz hasonlóan könnyen összeszerelhetők és többféle felhasználásra is alkalmasak voltak: a rádióvezérlésű mentőmodellektől az USV platformokon keresztül az elektromos vízibiciklikig.

Design vs technológia, azaz tanulás a hibákból (vagy akár háromszor több, mint a művészet)

Eleinte persze voltak tanulmányok – sok időt töltöttek azzal, hogy az interneten hasonló terveket, megoldásokat és technológiákat keressenek. Nagyon inspiráltak minket hidrodronium különféle alkalmazásokhoz, valamint moduláris kajakokhoz és kis utasszállító hajókhoz önszerelhető. Az elsők között találtunk megerősítést az egység kettős héjazatú elrendezésének értékére (de szinte mindegyikben a légcsavarok a tengerfenék alatt helyezkedtek el – többségüket tisztább vizeken való működésre tervezték). Moduláris megoldások Az ipari kajakok arra késztettek bennünket, hogy fontolóra vegyük a modell hajótestének (és a műhelymunkának) kisebb darabokra való felosztását. Így elkészült a projekt első változata.

7. A Jakobsche szerkesztőnek köszönhetően gyorsan megszülettek a későbbi 3D tervezési lehetőségek, amelyek a filament nyomtatási technológiában való megvalósításhoz szükségesek (a törzs első két és utolsó két szegmense a tulajdonában lévő nyomtatók nyomtatási helyszűke következménye).

Kezdetben vegyes technológiát alkalmaztunk. Az első prototípusban az orr- és a tatrészeket az általunk talált legerősebb anyagból (akrilnitril-sztirol-akrilát - röviden ASA) kellett elkészíteni.

8. A modulcsatlakozások elvárt pontossága és ismételhetősége mellett a középső részek (fél méter hosszú, esetleg egy méter is) megfelelő felszerelést igényeltek.

9. Kiváló műanyag technológusunk egy sor tesztmodult készített az első extrém ASA elem nyomtatása előtt.

Végül a koncepció bizonyítása után a későbbi esetek gyorsabb megvalósítása érdekében fontolóra vettük a lenyomatok pataként történő felhasználását is a lamináláshoz szükséges formák létrehozásához. A középső modulokat (50 vagy 100 cm hosszú) műanyag lapokból kellett összeragasztani - ehhez igazi pilótánk és műanyagtechnikai specialistánk - Krzysztof Schmit (a "Műhelynél" olvasói ismerik, többek között társszerzőként is) MT 10 / 2007) vagy rádióvezérlésű kétéltű-kalapács (MT 7/2008).

10. Veszélyesen sokáig tartott a végmodulok nyomtatása, ezért elkezdtünk pozitív törzssablonokat készíteni - itt a klasszikus, falazott változatban.

11. A rétegelt lemez burkolat némi gittelést és végső festést igényel - de mint kiderült, ez jó védelem volt a navigációs brigád esetleges meghibásodása esetén ...

Az új modell 3D-s tervezése nyomtatásra, szerkesztette: Bartłomiej Jakobsche (a 9D elektronikus projektekről szóló cikkeinek sorozata megtalálható a "Młodego Technika" 2018.–2. számában). Hamarosan elkezdtük nyomtatni a törzs első elemeit – de aztán elkezdődtek az első lépések... A pontos pontos nyomtatás félreérthetően tovább tartott, mint amire számítottunk, és a szokásosnál jóval erősebb anyag használatából adódó költséges hibák is előfordultak...

12. …aki XPS habtestből és CNC technológiából készített hasonló patát.

13. A habmagot is meg kellett tisztítani.

A riasztóan gyorsan közeledő átvételi határidővel úgy döntöttünk, hogy eltávolodunk a moduláris tervezéstől és 3D nyomtatás kemény és jobban ismert laminált technológiához - és elkezdtünk párhuzamosan két csapatban dolgozni különböző típusú pozitív mintákon (paták) корпус: hagyományos (építőipari és rétegelt lemez) és habszivacs (nagy CNC routerrel). Ezen a versenyen a Rafal Kowalczyk vezette "új technológiák csapata" (egyébként multimédiás játékos a rádióvezérlésű modellkonstruktorok országos és világversenyein – köztük a leírt "A műhelyben" című kötet társszerzője) 6/ 2018) előnyhöz jutott.

14. ... legyen alkalmas negatív mátrix készítésére ...

15. …ahol hamarosan elkészültek az első üvegepoxi úszónyomatok. Egy zselés bevonat került felhasználásra, ami jól látszik a vízen (mivel a modulokat már elhagytuk, nem volt okunk kétszínű díszítéssel zavarni a munkát).

Ezért a műhely további munkája a Rafal harmadik tervezési útját követte: a pozitív, majd a negatív formák létrehozásától kezdve - az epoxi-üvegtokok lenyomatán keresztül - a kész IVDS platformokig (): először egy teljesen felszerelt prototípusig. , majd az első sorozat további, még fejlettebb példányai. Itt a hajótest formáját és részleteit ehhez a technológiához igazították - hamarosan a projekt harmadik változata egyedi nevet kapott vezetőjétől.

16. Ennek az oktatási projektnek a feltételezése a nyilvánosan elérhető, modellező berendezések használata volt - de ez nem jelenti azt, hogy azonnal volt elképzelésünk az egyes elemekről - éppen ellenkezőleg, ma már nehéz megszámolni, hány konfigurációt próbáltak ki - ill. a tervezési fejlesztés ezzel nem ért véget.

17. Ez a használt akkumulátorok közül a legkisebb – lehetővé teszik a platform négy órán át történő működését terhelés mellett. Lehetőség van a kapacitás megduplázására is - szerencsére a szerviznyílások és a nagyobb felhajtóerő sokat enged.

Gerris USV egy élénk, dolgozó gyerek (és az eszével!)

Garris ez a lovak latin generikus neve – valószínűleg jól ismert rovarok, amelyek valószínűleg szélesen elhelyezkedő végtagjain rohannak át a vízben.

Cél Hydrone Hulls Többrétegű üvegepoxi laminátumból készült – elég erős a tervezett munka zord, homokos/kavicsos körülményeihez. Gyorsan leszerelhető alumínium kerettel kötötték össze, csúszó (a huzat beállítását elősegítő) gerendákkal a mérőműszerek (visszhanghangjelző, GPS, fedélzeti számítógép stb.) felszereléséhez. A szállítás és a használat további kényelmét a tokok vázlata ismerteti. meghajtók (úszónként kettő). A kettős motorok kisebb légcsavarokat és nagyobb megbízhatóságot is jelentenek, ugyanakkor még több szimulációt is képesek alkalmazni, mint az ipari motorok.

18. Egy pillantás a szalonra motorokkal és elektromos dobozzal. A látható szilikon cső a vízhűtő rendszer része.

19. Az első vízi próbák alkalmával súlyoztuk a hajótesteket, hogy a katamarán a tervezett munkakörülményeknek megfelelően viselkedjen – de azt már tudtuk, hogy a platform bírja!

A későbbi verziókban különféle meghajtórendszereket teszteltünk, fokozatosan növelve azok hatékonyságát és teljesítményét - ezért a platform további verziói (ellentétben a sok évvel ezelőtti első katamaránnal) biztonságos sebességtartalékkal is megbirkóznak minden lengyel folyó áramlásával.

20. Alapkészlet - egy (ide még nem csatlakoztatott) szonárral. A felhasználó által megrendelt két rögzítő gerenda a mérőeszközök megkettőzését is lehetővé teszi, és ezzel maguknak a méréseknek a megbízhatóságát is növeli.

21. A munkakörnyezet általában kavicsos, nagyon zavaros vízzel.

Mivel az egységet 4-8 óra folyamatos működésre tervezték, 34,8 Ah (vagy a következő verzióban 70 Ah) kapacitással – minden esetben egyet. Ilyen hosszú üzemidő mellett nyilvánvaló, hogy a háromfázisú motorokat és vezérlőit hűteni kell. Ez egy tipikus modellező vízkörrel történik, amelyet a propellerek mögül vettek (egy további vízszivattyú feleslegesnek bizonyult). Az úszók belsejében fellépő hőmérséklet okozta esetleges meghibásodások elleni további védelem a paraméterek telemetrikus leolvasása a kezelőpanelen (azaz a modern szimulációkra jellemző távadó). Rendszeresen diagnosztizálják a motor fordulatszámát, hőmérsékletét, a szabályozók hőmérsékletét, a tápelemek feszültségét stb.

22. Ez nem a sima vágott modellek helye!

23. A projekt fejlesztésének következő lépése az autonóm vezérlőrendszerek hozzáadása volt. Egy tározó nyomon követése után (Google térképen vagy manuálisan - a mért tározó kontúregysége körüli áramlásnak megfelelően) a számítógép a becsült paraméterek szerint újraszámolja az útvonalat és az autopilot egy kapcsolóval történő bekapcsolása után a kezelő kényelmesen üdítővel a kezében leülni figyelni a készülék működését...

A teljes komplexum fő feladata a vízmélységmérések eredményeinek külön geodéziai programban történő mérése és mentése, melyeket később felhasználunk az interpolált össztározókapacitás meghatározásához (és így például a kiválasztott kavics mennyiségének ellenőrzéséhez, mivel az utolsó mérés). Ezeket a méréseket vagy a hajó kézi vezérlésével (a hagyományos távirányítós úszómodellekkel megegyezően), vagy egy kapcsoló teljesen automatikus működtetésével lehet elvégezni. Ezután a szonár aktuális leolvasása a mozgás mélységére és sebességére, a küldetés állapotára vagy az objektum helyzetére vonatkozóan (egy rendkívül pontos, 5 mm-es pontossággal pozícionált RTK GPS vevőről) továbbítja a kezelőt. alapon a diszpécser és az irányító alkalmazás (a tervezett küldetés paramétereit is beállíthatja) .

A vizsga és a fejlesztés gyakorlati változatai

leírta hidrodrón Számos teszten sikeresen átesett különféle, jellemzően munkakörülmények között, és már több mint egy éve szolgálja a végfelhasználót, gondosan "szántva" az új tározókat.

A prototípus sikere és a felhalmozott tapasztalat az egység új, még fejlettebb egységeinek megszületéséhez vezetett. A platform sokoldalúsága lehetővé teszi, hogy ne csak geodéziai alkalmazásokban, hanem például hallgatói projektekben és sok más feladatban is használható legyen.

Hiszem, hogy a sikeres döntéseknek és a projektmenedzser szorgalmának és tehetségének köszönhetően hamarosan lesz Gerris hajók, kereskedelmi projektté alakításuk után felveszik a versenyt a Lengyelországban kínált amerikai megoldásokkal, amelyek beszerzési és karbantartási szempontból sokszorosan drágábbak.

Ha érdeklik az itt nem tárgyalt részletek és az érdekes szerkezet fejlesztésével kapcsolatos legfrissebb információk, kérjük, látogassa meg a projekt weboldalát: GerrisUSV a Facebookon vagy hagyományosan: MODElmaniak.PL.

Arra buzdítok minden olvasót, hogy egyesítsék tehetségeiket, hogy együtt hozzanak létre innovatív és kifizetődő projekteket – függetlenül attól (milyen ismerős!) „Itt semmi sem fizet.” Önbizalmat, optimizmust és jó együttműködést mindannyiunknak!