Gerris USV - hydrodroni tyhjästä!

Nykyään "In the Workshop" kertoo hieman laajemmasta projektista - eli miehittämättömästä aluksesta, jota käytetään esimerkiksi syvyysmittauksiin. Voit lukea ensimmäisestä katamaraanistamme, joka on sovitettu radio-ohjattavaan versioon, "Young Technician" -lehden 6. numerosta vuodelle 2015. Tällä kertaa MODELmaniak-tiimi (kokeneiden mallintajien ryhmä, joka on sidoksissa Wrocławin Kopernik Model Workshops Groupiin) kohtasi ystävällisen haasteen suunnitella alusta alkaen kelluva mittausalusta, joka soveltuu entistä paremmin soraolosuhteisiin. louhos, laajennettavissa erillisversioksi, mikä antaa käyttäjälle enemmän hengitystilaa.

Aloitettiin mukauttamisesta...

Törmäsimme tähän ongelmaan ensimmäisen kerran, kun meiltä kysyttiin muutama vuosi sitten mahdollisuudesta ottaa käyttöön asemia ja sovitus radio-ohjaukseen hinattavaan syvyysmittariin (eli mittausalusta, jota käytetään vesistöjen syvyyden mittaamiseen).

1. Mittausalustan ensimmäinen versio, vain mukautettu RC-versioon

2. Ensimmäisen hydrodronin taajuusmuuttajat olivat hieman modifioituja akvaarioinverttereitä - ja ne toimivat melko hyvin, vaikka niillä ei todellakaan ollut "rakennusvastusta".

Simulointitehtävänä oli suunnitella ja valmistaa toimilaitteita esivalmistetuille PE-venytys-puhallusmuovattuihin kellukkeisiin (RSBM – samanlainen kuin PET-pullot). Analysoituamme käyttöolosuhteet ja käytettävissä olevat vaihtoehdot, valitsimme melko epätavallisen ratkaisun - ja häiritsemättä runkoja vesirajan alapuolella, asensimme akvaarioon kiertovesipumppu-invertterit käyttöasemiin lisäten 360° kääntymis- ja nostokykyä (esim. , kun este osuu tai kuljetuksen aikana) ). Tämä ratkaisu, jota tuetaan lisäksi erillisellä ohjaus- ja tehojärjestelmällä, mahdollisti ohjauksen ja palautuksen käyttäjälle myös yhden osan (oikea tai vasen) vikaantuessa. Ratkaisut onnistuivat niin hyvin, että katamaraani on edelleen toiminnassa.

3. Valmistellessamme omaa projektiamme analysoimme yksityiskohtaisesti (usein henkilökohtaisesti!) Monia samanlaisia ​​ratkaisuja - tässä kuvassa saksalainen ...

4.…tässä on amerikkalainen (ja muutama kymmenkunta muuta). Yksirungot hylkäsimme vähemmän monikäyttöisinä ja pohjan alle ulkonevat vetolaitteet mahdollisesti ongelmallisina toiminnassa ja kuljetuksessa.

Haittapuolena oli kuitenkin levyjen herkkyys veden saastumiselle. Vaikka voit nopeasti poistaa hiekan roottorista hätäuinnin jälkeen rantaan, sinun tulee olla varovainen tämän suhteen vesille laskettaessa ja uidessa lähellä pohjaa. Koska siihen kuitenkin sisältyy mittausmahdollisuuksien laajentaminen, ja se on myös laajentunut tänä aikana. hydrodronin laajuus (joilla) ystävämme osoitti kiinnostusta alustan uuteen kehitysversioon, joka on erityisesti suunniteltu tähän tarkoitukseen. Otimme tämän haasteen vastaan ​​- studioidemme didaktisen profiilin mukaisesti ja samalla antaen mahdollisuuden testata kehitettyjä ratkaisuja käytännössä!

5. Nopeasti taitettavat modulaariset kotelot olivat erittäin inspiroivia monipuolisuudellaan ja helppo kuljettaa 3 (kuva: valmistajan materiaalit)

Gerris USV - tekniset tiedot:

• Pituus/leveys/korkeus 1200/1000/320 mm

• Rakenne: epoksilasikomposiitti, alumiininen liitoskehys.

• Nostovoima: 30 kg, mukaan lukien kantavuus: vähintään 15 kg

• Taajuusmuuttaja: 4 BLDC-moottoria (vesijäähdytteinen)

• Syöttöjännite: 9,0 V… 12,6 V

• Nopeus: työskentely: 1 m/s; maksimi: 2 m/s

• Käyttöaika yhdellä latauksella: jopa 8 tuntia (kahdella 70 Ah:n akulla)

• Projektin kotisivut: https://www.facebook.com/GerrisUSV/

Harjoituksia jatkettiin - eli oletuksia uudelle projektille

Ohjaavat periaatteet, jotka asetimme itsellemme kehittäessämme omaa versiotamme, olivat seuraavat:

• kaksirunkoinen (kuten ensimmäisessä versiossa, joka takaa suurimman vakauden, joka tarvitaan tarkkojen mittausten saamiseksi kaikuluotaimella);
• redundantit käyttö-, teho- ja ohjausjärjestelmät;
• syrjäytys, joka mahdollistaa laitteiden asentamisen, joiden paino on min. 15 kg;
• helppo purkaa kuljetusta ja lisäajoneuvoja varten;
• mitat, jotka mahdollistavat kuljetuksen tavallisessa henkilöautossa, myös koottuna;
• suojattu vaurioilta ja saastumiselta, päällekkäiset asemat rungon ohituksessa;
• alustan yleisyys (kyky käyttää sitä muissa sovelluksissa);
• mahdollisuus päivittää itsenäiseen versioon.

6. Projektimme alkuperäinen versio sisälsi modulaarisen jakamisen eri tekniikoilla rakennettuihin osiin, jotka kuitenkin voitiin koota yhtä helposti kuin suosittuja lohkoja ja saada erilaisia ​​käyttötarkoituksia: radio-ohjatuista pelastusmalleista USV-alustojen kautta sähköpolkuveneisiin.

Muotoilu vs teknologia eli virheistä oppiminen (tai jopa kolme kertaa enemmän kuin taide)

Aluksi oli tietysti tutkimuksia - paljon aikaa meni etsimään Internetistä samanlaisia ​​​​malleja, ratkaisuja ja teknologioita. He inspiroivat meitä niin paljon hydrodronium erilaisiin sovelluksiin, samoin kuin modulaariset kajakit ja pienet matkustajaveneet itse koottavaksi. Ensimmäisten joukossa löysimme vahvistuksen yksikön kaksoisrungon sijoittelun arvolle (mutta melkein kaikissa potkurit sijaitsivat merenpohjan alla - suurin osa niistä oli suunniteltu toimimaan puhtaammissa vesissä). Modulaariset ratkaisut teollisuuskajakit saivat meidät harkitsemaan mallin rungon (ja työpajatyön) jakamista pienempiin osiin. Niinpä projektin ensimmäinen versio luotiin.

7. Jakobsche-editorin ansiosta myöhemmät 3D-suunnitteluvaihtoehdot luotiin nopeasti - välttämättömät filamenttitulostustekniikan toteuttamiseksi (rungon kaksi ensimmäistä ja kaksi viimeistä segmenttiä ovat seurausta omistamien tulostimien tulostustilan rajoituksista).

Aluksi otettiin käyttöön sekatekniikka. Ensimmäisessä prototyypissä keula- ja peräosat piti tehdä vahvimmasta materiaalista, mitä voimme löytää (akryylinitriili-styreeni-akrylaatti - lyhennettynä ASA).

8. Moduuliliitäntöjen odotetulla tarkkuudella ja toistettavuudella keskiosat (puoli metriä pitkät, lopulta myös metrin pituiset) vaativat asianmukaiset varusteet.

9. Huippumuoviteknologimme teki sarjan testimoduuleja ennen kuin ensimmäinen äärimmäinen ASA-elementti painettiin.

Lopulta, konseptin todistamisen jälkeen, jotta myöhemmät tapaukset voitaisiin toteuttaa nopeammin, harkitsimme myös jäljennösten käyttöä kavioksi muottien luomiseen laminointia varten. Keskimmäiset moduulit (pituus 50 tai 100 cm) piti liimata yhteen muovilevyistä - jota varten todellinen lentäjämme ja muovitekniikan asiantuntijamme - Krzysztof Schmit (tuttu "Pajalla" -lehden lukijoille, myös mukana kirjoittajana ( MT 10 / 2007) tai radio-ohjattu kone-amfibiovasara (MT 7/2008).

10. Päätymoduulien painaminen kesti vaarallisen kauan, joten aloimme luoda positiivisia runkomalleja - tässä klassisessa, alennettuna versiossa.

11. Vanerivaippa vaatii kittiä ja loppumaalausta - mutta kuten kävi ilmi, tämä oli hyvä suoja mahdollisen merenkulkuprikaatin epäonnistumisen varalta...

Uuden mallin 3D-suunnittelu painettuna, toimittanut Bartłomiej Jakobsche (sarja hänen 9D-elektroniikkaprojektejaan käsittelevistä artikkeleistaan ​​löytyy "Młodego Technikan" numeroista 2018/2–2020/XNUMX). Pian aloimme tulostaa rungon ensimmäisiä elementtejä - mutta sitten alkoivat ensimmäiset askeleet... Tarkan tarkka tulostus kesti epäselvästi odotettua kauemmin, ja kalliita vikoja johtui paljon tavallista vahvemman materiaalin käytöstä...

12. …joka teki samanlaisen kavion XPS-vaahtomuovirungosta ja CNC-tekniikasta.

13. Vaahtomuoviydin piti myös puhdistaa.

Hyväksymispäivän lähestyessä hälyttävän nopeasti päätimme luopua modulaarisesta suunnittelusta ja 3D-tulostus kovaan ja tunnetumpaan laminaattiteknologiaan - ja aloimme työskennellä kahdessa ryhmässä rinnakkain erityyppisten positiivisten kuvioiden (kavioiden) parissa kotelo: perinteinen (rakennus ja vaneri) ja vaahtomuovi (isolla CNC-reitittimellä). Tässä kilpailussa Rafal Kowalczykin johtama "uusien teknologioiden tiimi" (muuten, multimediapelaaja kansallisissa ja maailmanlaajuisissa radio-ohjattujen mallien rakentajien kilpailuissa - mukaan lukien kuvatun "On the Workshop" -julkaisun toinen kirjoittaja) 6/ 2018) sai etua.

14. ... soveltua negatiivisen matriisin tekemiseen ...

15. …jossa tehtiin pian ensimmäiset lasiepoksi floatprintit. Käytössä oli yksi geelilakka, joka näkyy selvästi vedessä (koska olimme jo luopuneet moduuleista, ei ollut syytä häiritä työtä kaksivärisillä koristeilla).

Siksi työpajan jatkotyö seurasi Rafalin kolmatta suunnittelupolkua: alkaen positiivisten muotojen luomisesta, sitten negatiivisten muotojen luomisesta - epoksilasikoteloiden jälkien kautta - valmiisiin IVDS-alustoihin (): ensin täysin varustettu prototyyppi , ja sitten myöhemmät, vielä edistyneemmät kopiot ensimmäisestä sarjasta. Täällä rungon muoto ja yksityiskohdat mukautettiin tähän tekniikkaan - pian projektin kolmas versio sai ainutlaatuisen nimen johtajaltaan.

16. Tämän koulutusprojektin oletuksena oli julkisesti saatavilla olevien mallinnuslaitteiden käyttö - mutta tämä ei tarkoita, että meillä olisi heti idea jokaisesta elementistä - päinvastoin, nykyään on vaikea laskea kuinka monta kokoonpanoa kokeiltiin - ja suunnittelun parantaminen ei päättynyt tähän.

17. Tämä on pienin käytetyistä akuista - ne antavat alustan toimia neljä tuntia työkuormalla. Myös kapasiteetti on mahdollista kaksinkertaistaa - onneksi huoltoluukut ja suurempi kelluvuus mahdollistavat paljon.

Gerris USV on vilkas, työskentelevä lapsi (ja mielellään!)

Garris tämä on latinankielinen yleisnimi hevosille - luultavasti tunnetuille hyönteisille, jotka todennäköisesti ryntäävät veden läpi laajalle sijoitetuilla raajoilla.

Tavoitteena Hydrone-rungot Valmistettu monikerroksisesta lasiepoksilaminaatista – riittävän vahva aiotun työn ankariin hiekka-/soraolosuhteisiin. Ne yhdistettiin nopeasti purettavalla alumiinirungolla, jossa oli liukuvat (vetoasetuksen helpottamiseksi) palkit mittauslaitteiden (kaikuluotain, GPS, ajotietokone jne.) kiinnitystä varten. Lisämukavuudet kuljetuksessa ja käytössä on kuvattu koteloiden pääpiirteissä. asemat (kaksi kellua kohden). Kaksoismoottorit tarkoittavat myös pienempiä potkureita ja enemmän luotettavuutta, samalla kun ne pystyvät käyttämään jopa enemmän simulointia kuin teollisuusmoottorit.

18. Katsaus salonkiin moottoreineen ja sähkörasiaan. Näkyvä silikoniputki on osa vesijäähdytysjärjestelmää.

19. Ensimmäisiä vesikokeita varten painoimme rungot, jotta katamaraani toimisi asianmukaisesti aiotun työn olosuhteisiin nähden - mutta tiesimme jo, että alusta kestää sen!

Myöhemmissä versioissa testasimme erilaisia ​​propulsiojärjestelmiä ja lisäsimme vähitellen niiden tehokkuutta ja tehoa - siksi alustan myöhemmät versiot (toisin kuin ensimmäinen katamaraani monen vuoden takaa) selviävät myös jokaisen Puolan joen virtauksesta turvallisella nopeusmarginaalilla.

20. Perussarja - yhdellä (ei vielä liitetty tähän) luotain. Kaksi käyttäjän tilaamaa asennuspalkkia mahdollistavat myös mittauslaitteiden monistamisen ja lisäävät siten itse mittausten luotettavuutta.

21. Työympäristö on yleensä soraa, jossa on erittäin sameaa vettä.

Koska yksikkö on suunniteltu toimimaan 4-8 tuntia yhtäjaksoisesti ja sen kapasiteetti on 34,8 Ah (tai 70 Ah seuraavassa versiossa) - yksi kussakin tapauksessa. Näin pitkällä käyttöajalla on selvää, että kolmivaihemoottorit ja niiden säätimet tarvitsevat jäähdytystä. Tämä tehdään tyypillisellä mallinnusvesipiirillä, joka on otettu potkureiden takaa (lisävesipumppu osoittautui tarpeettomaksi). Toinen suoja kellukkeiden sisällä olevan lämpötilan aiheuttamaa mahdollista vikaa vastaan ​​on parametrien telemetrinen lukeminen käyttäjän ohjauspaneelista (eli nykyaikaisille simulaatioille tyypillinen lähetin). Säännöllisesti diagnosoidaan erityisesti moottoreiden nopeudet, niiden lämpötila, säätimien lämpötila, syöttöakkujen jännite jne.

22. Tämä ei ole tyylikkäiden rajattujen mallien paikka!

23. Seuraava askel tämän hankkeen kehittämisessä oli autonomisten ohjausjärjestelmien lisääminen. Jäljitettyään säiliön (Google-kartalla tai manuaalisesti - mitatun säiliön ääriviivayksikön ympärillä kulkevan virtauksen mukaan) tietokone laskee reitin uudelleen arvioitujen parametrien mukaan ja kun autopilotti on kytketty päälle yhdellä kytkimellä, kuljettaja voi mukavasti istu alas tarkkailemaan laitteen toimintaa virvoitusjuoma kädessään ...

Koko kompleksin päätehtävänä on mitata ja tallentaa erillisessä geodeettisessa ohjelmassa veden syvyysmittausten tulokset, joita käytetään myöhemmin interpoloidun säiliön kokonaiskapasiteetin määrittämiseen (ja siten esimerkiksi valitun soran määrän tarkistamiseen, koska viimeinen mittaus). Nämä mittaukset voidaan tehdä joko veneen manuaalisella ohjauksella (identtinen perinteisen kauko-ohjattavan kelluvan mallin kanssa) tai täysin automaattisella kytkimen käytöllä. Sitten nykyiset kaikuluotaimen lukemat syvyyden ja liikkeen nopeuden, tehtävän tilan tai kohteen sijainnin (erittäin tarkasta RTK GPS-vastaanottimesta, 5 mm:n tarkkuudella) välitetään operaattorille jatkuvalla. lähettäjän ja ohjaussovelluksen perusteella (se voi myös asettaa suunnitellun tehtävän parametrit) .

Harjoitusversiot kokeesta ja kehittämisestä

kuvattu hydrodroni Se on läpäissyt useita testejä erilaisissa, tyypillisesti työolosuhteissa, ja on palvellut loppukäyttäjää yli vuoden ajan "kyntäen" vaivalloisesti uusia altaita.

Prototyypin menestys ja kertynyt kokemus johtivat tämän yksikön uusien, vielä edistyneempien yksiköiden syntymiseen. Alustan monipuolisuus mahdollistaa sen käytön geodeettisten sovellusten lisäksi myös esimerkiksi opiskelijaprojekteissa ja monissa muissa tehtävissä.

Uskon, että onnistuneiden päätösten ja projektipäällikön ahkeruuden ja lahjakkuuden ansiosta niitä tulee pian gerris-veneitä, kaupalliseksi hankkeeksi muutettuaan ne kilpailevat Puolassa tarjottavien amerikkalaisten ratkaisujen kanssa, jotka ovat monta kertaa kalliimpia hankinnassa ja ylläpidossa.

Jos olet kiinnostunut yksityiskohdista, joita tässä ei käsitellä, ja viimeisimmistä tiedoista tämän mielenkiintoisen rakenteen kehittämisestä, vieraile projektin verkkosivuilla: GerrisUSV Facebookissa tai perinteisesti: MODElmaniak.PL.

Kannustan kaikkia lukijoita yhdistämään kykynsä luodakseen yhdessä innovatiivisia ja palkitsevia projekteja – riippumatta (tutusta!) "Mikään ei maksa täällä." Itseluottamusta, optimismia ja hyvää yhteistyötä meille kaikille!