Gerris USV - hidrodronă de la zero!

Astăzi, „În atelier” este despre un proiect ceva mai amplu – adică despre o navă fără pilot folosită, de exemplu, pentru măsurători batimetrice. Despre primul nostru catamaran, adaptat la varianta radiocontrolată, puteți citi în numărul 6 al „Tânăr tehnician” pe anul 2015. De data aceasta, echipa MODELmaniak (un grup de modelatori cu experiență afiliat grupului Kopernik Model Workshops din Wrocław) s-a confruntat cu provocarea prietenoasă de a proiecta de la zero o platformă de măsurare plutitoare și mai bine adaptată la condițiile de pietriș. cariera, extensibil la o versiune de sine stătătoare, oferind operatorului mai mult spațiu de respirație.

A început cu personalizarea...

Am întâlnit prima dată această problemă când am fost întrebați în urmă cu câțiva ani despre posibilitatea introducerii unor actuatoare și adaptare la radiocomandă trasă batimetrică (adică o platformă de măsurare utilizată pentru a măsura adâncimea corpurilor de apă).

1. Prima versiune a platformei de măsurare, doar adaptată la versiunea RC

2. Acționările primei hidrodrone au fost invertoare de acvariu ușor modificate - și au funcționat destul de bine, deși cu siguranță nu au avut „rezistență de construcție”.

Sarcina de simulare a fost proiectarea și fabricarea dispozitivelor de acționare pentru flotoare prefabricate din PE turnate prin întindere-suflare (RSBM – similar cu sticlele PET). După ce am analizat condițiile de funcționare și opțiunile disponibile, am ales o soluție destul de neobișnuită - și, fără a interfera cu corpurile de sub linia de plutire, am instalat circulatoare-invertoare de acvariu ca acționări cu capacitatea suplimentară de a se roti la 360 ° și de a ridica (de exemplu , când un obstacol lovește sau în timpul transportului) ). Această soluție, susținută suplimentar de un sistem separat de control și alimentare, a permis controlul și revenirea către operator chiar și în cazul defecțiunii uneia dintre secțiuni (dreapta sau stânga). Soluțiile au fost atât de reușite încât catamaranul este încă în funcțiune.

3. Când ne pregătim propriul proiect, am analizat în detaliu (adesea personal!) Multe soluții similare - în această ilustrație, germană ...

4.... aici este un american (și încă câteva zeci). Am respins coca unică ca fiind mai puțin versatile, iar unitățile care ies în afara fundului ca fiind potențial problematice în funcționare și transport.

Cu toate acestea, dezavantajul a fost sensibilitatea discurilor la poluarea apei. Deși poți îndepărta rapid nisipul de pe rotor după o înotare de urgență până la țărm, trebuie să fii atent la acest aspect la lansare și înotul aproape de fund. Pentru că include, totuși, extinderea capacităților de măsurare și, de asemenea, s-a extins în acest timp. domeniul de aplicare al hidrodronei (pe râuri) prietenul nostru s-a arătat interesat de o nouă versiune de dezvoltare a platformei special concepută în acest scop. Ne-am asumat această provocare – în concordanță cu profilul didactic al studiourilor noastre și, în același timp, dând posibilitatea de a testa soluțiile dezvoltate în practică!

5. Carcasele modulare pliabile rapid au fost foarte inspiratoare prin versatilitatea și ușurința de transport 3 (foto: materialele producătorului)

Gerris USV - date tehnice:

• Lungime/latime/inaltime 1200/1000/320 mm

• Construcție: compozit din sticlă epoxidică, cadru de legătură din aluminiu.

• Deplasare: 30 kg, inclusiv capacitatea de transport: nu mai puțin de 15 kg

• Acționare: 4 motoare BLDC (răcite cu apă)

• Tensiune de alimentare: 9,0 V… 12,6 V

• Viteza: lucru: 1 m/s; maxim: 2 m/s

• Timp de funcționare la o singură încărcare: până la 8 ore (cu două baterii de 70 Ah)

• Site-ul web al proiectului: https://www.facebook.com/GerrisUSV/

Au continuat exercițiile - adică ipoteze pentru un nou proiect

Principiile directoare pe care ni le-am stabilit atunci când ne dezvoltăm propria versiune au fost următoarele:

• cu două carene (ca și în prima versiune, garantând cea mai mare stabilitate necesară pentru a obține măsurători precise cu ecosonda);
• sisteme redundante de acționare, alimentare și control;
• deplasare, permițând instalarea echipamentelor de bord cântărind min. 15 kg;
• dezasamblare ușoară pentru transport și vehicule suplimentare;
• dimensiuni care permit transportul într-un autoturism obișnuit, chiar și atunci când este asamblat;
• protejat de deteriorare și contaminare, unități duplicate în bypass-ul corpului;
• universalitatea platformei (capacitatea de a o utiliza în alte aplicații);
• posibilitatea de a face upgrade la o versiune independentă.

6. Versiunea originală a proiectului nostru presupunea împărțirea modulară în secțiuni construite folosind diferite tehnologii, care, totuși, puteau fi asamblate la fel de ușor ca blocurile populare și puteau primi diverse utilizări: de la modele de salvare radiocontrolate, prin platforme USV, până la hidrobiciclete electrice.

Design vs tehnologie, adică învățarea din greșeli (sau de până la trei ori mai mult decât arta)

La început au existat, desigur, studii - s-a petrecut mult timp căutând pe internet modele, soluții și tehnologii similare. Ne-au inspirat atât de mult hidrodroniu diverse aplicații, precum și caiace modulare și bărci mici de pasageri pentru auto-asamblare. Printre primele am găsit confirmarea valorii structurii cu cocă dublă a unității (dar în aproape toate elicele erau amplasate sub fundul mării - cele mai multe dintre ele erau proiectate să funcționeze în ape mai curate). Soluții modulare caiacele industriale ne-au determinat să luăm în considerare împărțirea corpului modelului (și a lucrărilor de atelier) în bucăți mai mici. Astfel, a fost creată prima versiune a proiectului.

7. Datorită editorului Jakobsche, s-au creat rapid opțiunile de design 3D ulterioare – necesare implementării în tehnologia de imprimare cu filament (primele două și ultimele două segmente ale corpului sunt rezultatul limitărilor spațiului de imprimare ale imprimantelor deținute).

Inițial, am adoptat tehnologia mixtă. La primul prototip, secțiunile de prova și pupa trebuiau realizate din cel mai rezistent material pe care l-am putut găsi (acrilonitril-stiren-acrilat - pe scurt ASA).

8. Cu precizia și repetabilitatea așteptate a conexiunilor modulelor, părțile din mijloc (o jumătate de metru lungime, eventual și un metru) au necesitat echipament adecvat.

9. Tehnologul nostru de top pentru materiale plastice a realizat o serie de module de testare înainte ca primul element ASA extrem să fie imprimat.

În cele din urmă, după demonstrarea conceptului, pentru a realiza mai rapid cazurile ulterioare, am luat în considerare și utilizarea amprentelor ca copite pentru a crea matrițe pentru laminare. Modulele din mijloc (50 sau 100 cm lungime) au trebuit să fie lipite împreună din plăci de plastic - pentru care adevăratul nostru pilot și specialist în tehnologia materialelor plastice - Krzysztof Schmit (cunoscut cititorilor „La atelier”, inclusiv ca coautor ( MT 10 / 2007) sau mașină-amfibian-ciocan radiocontrolat (MT 7/2008).

10. Imprimarea modulelor de capăt a durat periculos de mult, așa că am început să creăm șabloane pozitive de corp - aici în versiunea clasică, cu rabat.

11. Învelișul din placaj va necesita chit și vopsire finală - dar, după cum s-a dovedit, aceasta a fost o protecție bună în cazul unei posibile eșecuri a brigăzii de navigație ...

Design 3D al noului model pentru tipărire, editat de Bartłomiej Jakobsche (o serie de articole ale sale despre proiecte electronice 9D pot fi găsite în numerele „Młodego Technika” din 2018/2–2020/XNUMX). Curând am început să imprimăm primele elemente ale fuselajului - dar apoi au început primii pași... Imprimarea precisă a durat mult mai mult decât ne așteptam și au existat defecte costisitoare rezultate din utilizarea unui material mult mai puternic decât de obicei...

12. …care a făcut o copită similară din corp din spumă XPS și tehnologia CNC.

13. A trebuit curățat și miezul de spumă.

Cu data de acceptare care se apropie alarmant de repede, am decis să ne îndepărtăm de designul modular și Imprimare 3D pentru tehnologia laminată dur și mai bine cunoscută - și am început să lucrăm în două echipe în paralel pe diferite tipuri de tipare pozitive (copite) корпус: tradiționale (construcții și placaj) și spumă (folosind un router CNC mare). În această cursă, „echipa noilor tehnologii” condusă de Rafal Kowalczyk (apropo, un player multimedia în competițiile naționale și mondiale pentru constructori de modele radiocontrolate - inclusiv coautorul descrisului „On the Workshop” 6/ 2018) a câștigat un avantaj.

14. ... să fie potrivit pentru a face o matrice negativă ...

15. …unde au fost făcute în curând primele imprimări cu float epoxid de sticlă. A fost folosit un gel coat, care este clar vizibil pe apă (din moment ce abandonasem deja modulele, nu exista niciun motiv să interferăm cu lucrul cu decorațiuni în două culori).

Prin urmare, lucrările ulterioare ale atelierului au urmat a treia cale de proiectare a lui Rafal: pornind de la crearea formelor pozitive, apoi a celor negative - prin amprentele carcaselor din sticlă epoxidica - până la platforme IVDS gata făcute (): în primul rând, un prototip complet echipat. , iar apoi ulterioare, copii chiar mai avansate ale primei serii. Aici, forma și detaliile carenei au fost adaptate acestei tehnologii - în curând a treia versiune a proiectului a primit un nume unic de la liderul său.

16. Presupunerea acestui proiect educațional a fost utilizarea unor echipamente de modelare disponibile public - dar asta nu înseamnă că am avut imediat o idee pentru fiecare element - dimpotrivă, astăzi este greu de numărat câte configurații s-au încercat - și îmbunătățirea designului nu s-a încheiat aici.

17. Aceasta este cea mai mică dintre bateriile folosite - permit platformei să funcționeze timp de patru ore sub sarcină de lucru. Există și o opțiune de dublare a capacității - din fericire, trapele de serviciu și flotabilitatea mai mare permit multe.

Gerris USV este un copil plin de viață, muncitor (și cu mintea lui!)

Garris acesta este numele generic latin pentru cai - probabil insecte binecunoscute, probabil care se repetă prin apă pe membre distanțate.

Corpuri de hidrodronă țintă Fabricat din laminat epoxidic din sticlă multistrat – suficient de puternic pentru condițiile dure, nisipoase/pietriș ale lucrării prevăzute. Acestea erau conectate printr-un cadru din aluminiu demontat rapid, cu grinzi glisante (pentru a facilita reglarea tirajului) pentru montarea instrumentelor de măsurare (ecosonda, GPS, computer de bord etc.). Facilități suplimentare în transport și utilizare sunt acoperite în schiță de cazuri. drive-uri (două pe flotor). Motoarele duble înseamnă, de asemenea, elice mai mici și mai multă fiabilitate, putând, în același timp, să utilizeze și mai multă simulare decât motoarele industriale.

18. O privire la salonul cu motoare și cutie electrică. Tubul din silicon vizibil face parte din sistemul de răcire cu apă.

19. Pentru primele probe pe apă am cântărit carenele pentru ca catamaranul să se comporte adecvat condițiilor lucrării prevăzute – dar știam deja că platforma se poate descurca!

În versiunile ulterioare, am testat diverse sisteme de propulsie, crescându-le treptat eficiența și puterea - prin urmare, versiunile ulterioare ale platformei (spre deosebire de primul catamaran de acum mulți ani) cu o marjă sigură de viteză fac față, de asemenea, fluxului fiecărui râu polonez.

20. Set de bază - cu un sonar (neconectat încă aici). Cele două grinzi de montaj comandate de utilizator permit, de asemenea, duplicarea dispozitivelor de măsurare și astfel cresc fiabilitatea măsurătorilor în sine.

21. Mediul de lucru este de obicei pietriș cu apă foarte tulbure.

Deoarece unitatea este proiectată să funcționeze de la 4 la 8 ore continuu, cu o capacitate de 34,8 Ah (sau 70 Ah în versiunea următoare) - câte unul în fiecare dintre cazuri. Cu un timp de funcționare atât de lung, este evident că motoarele trifazate și controlerele lor trebuie răcite. Acest lucru se face folosind un circuit de apă de modelare tipic luat din spatele elicelor (o pompă de apă suplimentară s-a dovedit a fi inutilă). O altă protecție împotriva posibilelor defecțiuni cauzate de temperatura din interiorul flotoarelor este citirea telemetrică a parametrilor pe panoul de control al operatorului (adică un transmițător tipic simulărilor moderne). În mod regulat, în special, sunt diagnosticate turațiile motorului, temperatura acestora, temperatura regulatoarelor, tensiunea bateriilor de alimentare etc.

22. Acesta nu este locul pentru modele decupate elegante!

23. Următorul pas în dezvoltarea acestui proiect a fost adăugarea Sistemelor de Control Autonome. După trasarea unui rezervor (pe o hartă Google sau manual - în funcție de debitul din jurul unității de contur a rezervorului măsurat), computerul recalculează traseul în funcție de parametrii estimați și după pornirea pilotului automat cu un singur comutator, operatorul poate confortabil așezați-vă pentru a observa funcționarea dispozitivului cu o băutură răcoritoare în mână ...

Sarcina principală a întregului complex este să măsoare și să salveze într-un program geodezic separat rezultatele măsurătorilor adâncimii apei, care sunt utilizate ulterior pentru a determina capacitatea totală interpolată a rezervorului (și astfel, de exemplu, pentru a verifica cantitatea de pietriș selectat, deoarece ultima măsurătoare). Aceste măsurători pot fi efectuate fie prin control manual al ambarcațiunii (identic cu un model plutitor convențional cu telecomandă), fie prin acționarea complet automată a unui comutator. Apoi citirile actuale ale sonarului în ceea ce privește adâncimea și viteza de mișcare, starea misiunii sau locația obiectului (de la un receptor GPS RTK extrem de precis, poziționat cu o precizie de 5 mm) sunt transmise operatorului pe un proces continuu. pe baza de către dispecer și aplicația de control (se poate stabili și parametrii misiunii planificate) .

Exersați versiuni ale examenului și dezvoltării

descris hidrodronă A trecut cu succes o serie de teste în diferite condiții, de obicei de lucru, și deservește utilizatorul final de mai bine de un an, „arând” cu minuțiozitate noi rezervoare.

Succesul prototipului și experiența acumulată au dus la nașterea unor unități noi și mai avansate ale acestei unități. Versatilitatea platformei îi permite să fie utilizată nu numai în aplicații geodezice, ci și, de exemplu, în proiectele studenților și în multe alte sarcini.

Cred că datorită deciziilor de succes și a diligenței și talentului managerului de proiect, în curând va exista bărci geris, după ce vor fi transformați într-un proiect comercial, vor concura cu soluțiile americane oferite în Polonia, care sunt de multe ori mai scumpe în ceea ce privește achiziția și întreținerea.

Dacă sunteți interesat de detalii care nu sunt acoperite aici și de cele mai recente informații despre dezvoltarea acestei structuri interesante, vă rugăm să vizitați site-ul web al proiectului: GerrisUSV pe Facebook sau în mod tradițional: MODElmaniak.PL.

Încurajez toți cititorii să-și aducă talentele împreună pentru a crea proiecte inovatoare și pline de satisfacții, indiferent de (familiar!) „Nimic nu plătește aici”. Încredere în sine, optimism și bună cooperare pentru noi toți!