Gerris USV – hidrodronas nuo nulio!

Šiandien „Seminare“ kalbama apie kiek didesnį projektą – tai yra apie nepilotuojamą laivą, naudojamą, pavyzdžiui, batimetriniams matavimams. Apie mūsų pirmąjį katamaraną, pritaikytą radijo bangomis valdomai versijai, galite paskaityti 6 metų 2015-ajame „Jaunojo techniko“ numeryje. Šį kartą MODELmaniak komanda (grupė patyrusių modeliuotojų, susijusių su Kopernik modelių dirbtuvių grupe Vroclave) susidūrė su draugišku iššūkiu – nuo ​​nulio sukurti plūduriuojančią matavimo platformą, dar geriau pritaikytą žvyro sąlygoms. karjeras, išplečiamas iki atskiros versijos, suteikiant operatoriui daugiau erdvės kvėpuoti.

Pradėjo nuo pritaikymo...

Pirmą kartą su šia problema susidūrėme, kai prieš keletą metų mūsų paklausė apie galimybę įdiegti pavaras ir pritaikymas radijo valdymui prikabinamas batimetrinis (t. y. matavimo platforma, naudojama vandens telkinių gyliui matuoti).

1. Pirmoji matavimo platformos versija, pritaikyta tik RC versijai

2. Pirmojo hidrodrono pavaros buvo šiek tiek modifikuoti akvariumo inverteriai - ir jie veikė neblogai, nors tikrai neturėjo „konstravimo pasipriešinimo“.

Modeliavimo užduotis buvo suprojektuoti ir pagaminti pavaras surenkamoms PE tempimo-pučiamoms plūdėms (RSBM – panašiai kaip PET buteliai). Išanalizavę eksploatavimo sąlygas ir galimus variantus, pasirinkome gana neįprastą sprendimą – ir, nesikišdami į korpusus žemiau vaterlinijos, kaip pavaras sumontavome akvariumo cirkuliatorius-inverterius su papildoma galimybe suktis 360° ir pakelti (pvz. , atsitrenkus į kliūtį arba transportuojant) ). Šis sprendimas, papildomai palaikomas atskira valdymo ir maitinimo sistema, leido valdyti ir grįžti pas operatorių net ir sugedus vienai sekcijai (dešinei arba kairiajai). Sprendimai buvo tokie sėkmingi, kad katamaranas vis dar veikia.

3. Rengdami savo projektą detaliai išanalizavome (dažnai asmeniškai!) Daug panašių sprendimų – šioje iliustracijoje vokiečių ...

4....čia amerikietis (ir dar kelios dešimtys). Vieno korpuso korpusus atmetėme kaip ne tokius universalius, o žemiau dugną išsikišusių pavarų – kaip potencialiai problemų eksploatuojant ir transportuojant.

Tačiau trūkumas buvo diskų jautrumas vandens taršai. Nors po avarinio plaukimo į krantą galite greitai pašalinti smėlį nuo rotoriaus, turite būti atsargūs, kai leidžiatės į vandenį ir plaukiate arti dugno. Tačiau tai apima matavimo galimybių išplėtimą ir per šį laiką taip pat išsiplėtė. hidrodrono taikymo sritis (upėse) mūsų draugas susidomėjo nauja, specialiai tam skirta platformos kūrimo versija. Priėmėme šį iššūkį – laikydamiesi mūsų studijų didaktinio profilio ir tuo pačiu suteikdami galimybę išbandyti sukurtus sprendimus praktiškai!

5. Greitai sulankstomi moduliniai dėklai labai įkvepia savo universalumu ir lengvu transportavimu 3 (nuotrauka: gamintojo medžiagos)

Gerris USV - techniniai duomenys:

• Ilgis/plotis/aukštis 1200/1000/320 mm

• Konstrukcija: epoksidinio stiklo kompozitas, aliuminio jungiamasis rėmas.

• Poslinkis: 30 kg, įskaitant keliamąją galią: ne mažiau 15 kg

• Pavara: 4 BLDC varikliai (aušinami vandeniu)

• Maitinimo įtampa: 9,0 V… 12,6 V

• Greitis: darbinis: 1 m/s; maksimalus: 2 m/s

• Veikimo laikas vienu įkrovimu: iki 8 valandų (su dviem 70 Ah baterijomis)

• Projekto svetainė: https://www.facebook.com/GerrisUSV/

Pratimai tęsėsi – tai yra naujo projekto prielaidos

Pagrindiniai principai, kuriuos nustatėme patys kurdami savo versiją, buvo šie:

• dviejų korpusų (kaip ir pirmojoje versijoje, garantuojantis didžiausią stabilumą, reikalingą tiksliems matavimams su echolotu);
• perteklinės pavaros, galios ir valdymo sistemos;
• poslinkis, leidžiantis sumontuoti borto įrangą, sveriančią min. 15 kg;
• lengvas išmontavimas transportavimui ir papildomoms transporto priemonėms;
• matmenys, leidžiantys gabenti įprastu lengvuoju automobiliu, net ir surinktą;
• apsaugotas nuo pažeidimų ir užteršimo, dubliuojamos pavaros kėbulo aplinkkelyje;
• platformos universalumas (galimybė ją naudoti kitose programose);
• galimybė atnaujinti į atskirą versiją.

6. Pradinėje mūsų projekto versijoje buvo modulinis padalijimas į dalis, pastatytas naudojant skirtingas technologijas, tačiau jas buvo galima surinkti taip pat lengvai, kaip ir populiarius blokus, ir pritaikyti įvairiems tikslams: nuo radijo bangomis valdomų gelbėjimo modelių, per USV platformas iki elektrinių vandens dviračių.

Dizainas prieš technologijas, ty mokymasis iš klaidų (arba iki trijų kartų daugiau nei menas)

Iš pradžių, žinoma, buvo ir studijos – daug laiko praleista ieškant internete panašaus dizaino, sprendimų ir technologijų. Jie mus labai įkvėpė hidrodronas įvairios paskirties, taip pat modulinės baidarės ir maži keleiviniai laiveliai, skirti savarankiškai surinkti. Tarp pirmųjų radome bloko dvigubo korpuso išdėstymo vertės patvirtinimą (tačiau beveik visų jų sraigtai buvo po jūros dugnu – dauguma jų buvo skirti dirbti švaresniuose vandenyse). Moduliniai sprendimai pramoninės baidarės paskatino mus apsvarstyti galimybę padalinti modelio korpusą (ir dirbtuvių darbus) į mažesnius gabalus. Taip buvo sukurta pirmoji projekto versija.

7. Jakobsche redaktoriaus dėka greitai buvo sukurtos vėlesnės 3D dizaino parinktys – būtinos diegiant siūlų spausdinimo technologiją (pirmieji du ir paskutiniai korpuso segmentai yra dėl turimų spausdintuvų spausdinimo erdvės apribojimų).

Iš pradžių mes priėmėme mišrią technologiją. Pirmajame prototipe laivapriekio ir laivagalio dalys turėjo būti pagamintos iš stipriausios medžiagos, kokią tik galėjome rasti (akrilonitrilo-stireno-akrilato – trumpiau ASA).

8. Esant laukiamam modulių jungčių tikslumui ir pakartojamumui, vidurinėms dalims (pusės metro ilgio, galiausiai ir metro) reikėjo atitinkamos įrangos.

9. Mūsų geriausias plastiko technologas, prieš atspausdindamas pirmąjį ekstremalų ASA elementą, padarė bandymų modulių seriją.

Galiausiai, įrodę koncepciją, norėdami greičiau realizuoti vėlesnius atvejus, mes taip pat svarstėme galimybę panaudoti atspaudus kaip kanopas, kad sukurtume laminavimo formas. Vidurinius modulius (50 arba 100 cm ilgio) reikėjo suklijuoti iš plastikinių plokščių – tam tikras mūsų pilotas ir plastikų technologijų specialistas – Krzysztof Schmit (žinomas „Seminare“ skaitytojams, taip pat ir kaip bendraautoris ( MT 10 / 2007) arba radijo bangomis valdoma mašina-amfibijos kūjis (MT 7/2008).

10. Pabaigos modulių spausdinimas užtruko pavojingai ilgai, todėl pradėjome kurti pozityvius kūno šablonus – čia klasikiniame, nuolaidų variante.

11. Faneros apvalkalą reikės šiek tiek glaistyti ir baigti dažyti - bet, kaip paaiškėjo, tai buvo gera apsauga galimo navigacinės brigados gedimo atveju ...

Naujojo modelio 3D dizainas spaudai, redagavo Bartłomiej Jakobsche (jo straipsnių seriją apie 9D elektroninius projektus rasite 2018-2-2020 „Młodego Technika“ numeriuose). Netrukus pradėjome spausdinti pirmuosius fiuzeliažo elementus – bet tada prasidėjo pirmieji žingsniai... Tiksliai tikslus spausdinimas užtruko dviprasmiškai ilgiau nei tikėjomės, be to, atsirado brangių defektų, atsiradusių dėl daug tvirtesnės nei įprastai medžiagos naudojimo...

12. ...kuris padarė panašią kanopos iš XPS putplasčio korpuso ir CNC technologijos.

13. Porolono šerdį taip pat reikėjo išvalyti.

Priėmimo datai artėjant nerimą keliančiai greitai, nusprendėme atsisakyti modulinio dizaino ir 3D spausdinimas kietai ir geriau žinomai laminato technologijai - ir mes pradėjome lygiagrečiai dirbti dviejose komandose prie skirtingų teigiamų modelių (kanopų) корпус: tradicinis (statybinė ir fanera) ir putplastis (naudojamas didelis CNC maršrutizatorius). Šiose lenktynėse „naujų technologijų komanda“, vadovaujama Rafalo Kowalczyko (beje, daugialypės terpės žaidėjo nacionaliniuose ir pasauliniuose radijo bangomis valdomų modelių konstruktorių konkursuose, įskaitant aprašyto „Seminaro“ bendraautorius) 6/ 2018) įgijo pranašumą.

14. ... būti tinkamas neigiamai matricai sudaryti ...

15. …kur netrukus buvo pagaminti pirmieji stiklo epoksidiniai float atspaudai. Naudotas vienas gelinis sluoksnis, kuris gerai matosi ant vandens (kadangi jau buvome atsisakę modulių, tai nebuvo pagrindo trukdyti dirbti su dviejų spalvų dekoracijomis).

Todėl tolesnis dirbtuvių darbas sekė trečiuoju Rafalo projektavimo keliu: pradedant nuo teigiamų formų kūrimo, vėliau neigiamų formų – per epoksidinių stiklo korpusų įspaudus – iki paruoštų IVDS platformų (): pirma, pilnai įrengtas prototipas. , o paskui vėlesnės, dar tobulesnės pirmosios serijos kopijos. Čia korpuso forma ir detalės buvo pritaikytos šiai technologijai – netrukus trečioji projekto versija gavo unikalų savo lyderio pavadinimą.

16. Šio edukacinio projekto prielaida buvo naudoti viešai prieinamą, modeliavimo įrangą – tačiau tai nereiškia, kad iš karto turėjome idėją kiekvienam elementui – priešingai, šiandien sunku suskaičiuoti, kiek konfigūracijų buvo išbandyta – ir dizaino tobulinimas tuo nesibaigė.

17. Tai mažiausia iš naudojamų baterijų – jos leidžia platformai veikti keturias valandas esant darbo krūviui. Taip pat yra galimybė padvigubinti talpą – laimei, aptarnavimo liukai ir didesnis plūdrumas leidžia daug.

Gerris USV yra gyvybingas, dirbantis vaikas (ir su savo protu!)

Gerris tai lotyniškas bendrinis arklių pavadinimas – tikriausiai gerai žinomi vabzdžiai, tikriausiai veržiasi per vandenį plačiai išdėstytomis galūnėmis.

Tiksliniai hidrodrono korpusai Pagaminta iš daugiasluoksnio stiklo epoksidinio laminato – pakankamai stiprus atšiaurioms, smėlingoms/žvyruotoms sąlygoms, atliekančioms numatomą darbą. Juos jungė greitai išardomas aliuminio karkasas su slankiojančiomis (grimzlės nustatymui palengvinti) sijomis matavimo priemonėms (echolotui, GPS, borto kompiuteriui ir kt.) tvirtinti. Papildomi transportavimo ir naudojimo patogumai aprašyti dėklų metmenyse. diskai (du vienai plūdei). Dvigubi varikliai taip pat reiškia mažesnius sraigtus ir didesnį patikimumą, o tuo pat metu gali naudoti dar daugiau modeliavimo nei pramoniniai varikliai.

18. Žvilgsnis į saloną su varikliais ir elektros dėžute. Matomas silikoninis vamzdelis yra vandens aušinimo sistemos dalis.

19. Pirmiesiems vandens bandymams mes pasvėrėme korpusus, kad katamaranas elgtųsi adekvačiai numatyto darbo sąlygomis – bet jau žinojome, kad platforma gali tai susitvarkyti!

Vėlesnėse versijose išbandėme įvairias varomąsias sistemas, palaipsniui didindami jų efektyvumą ir galią – todėl vėlesnės platformos versijos (skirtingai nei pirmasis prieš daugelį metų buvęs katamaranas) su saugia greičio riba taip pat susidoroja su kiekvienos Lenkijos upės tėkme.

20. Bazinis komplektas - su vienu (čia dar neprijungtu) sonaru. Dvi vartotojo užsakytos tvirtinimo sijos taip pat leidžia dubliuoti matavimo prietaisus ir taip padidinti pačių matavimų patikimumą.

21. Darbo aplinka dažniausiai yra žvyras su labai drumstu vandeniu.

Kadangi įrenginys suprojektuotas veikti nuo 4 iki 8 valandų nepertraukiamai, jo talpa yra 34,8 Ah (arba 70 Ah kitoje versijoje) – po vieną kiekvienu atveju. Esant tokiam ilgam veikimo laikui, akivaizdu, kad trifazius variklius ir jų valdiklius reikia aušinti. Tai daroma naudojant tipinę modeliavimo vandens grandinę, paimtą iš už sraigtų (papildomas vandens siurblys pasirodė nereikalingas). Dar viena apsauga nuo galimo gedimo, kurį sukelia temperatūra plūdžių viduje, yra telemetrinis parametrų nuskaitymas operatoriaus valdymo pulte (t.y. šiuolaikinėms simuliacijoms būdingas siųstuvas). Reguliariai diagnozuojami visų pirma variklio sūkiai, jų temperatūra, reguliatorių temperatūra, maitinimo akumuliatorių įtampa ir kt.

22. Čia ne vieta aptakiems apkarpytiems modeliams!

23. Kitas šio projekto plėtros žingsnis buvo autonominių valdymo sistemų pridėjimas. Atsekus rezervuarą (Google žemėlapyje arba rankiniu būdu – pagal srautą aplink matuojamo rezervuaro kontūrinį vienetą), kompiuteris perskaičiuoja maršrutą pagal numatytus parametrus ir vienu jungikliu įjungus autopilotą operatorius gali patogiai atsisėskite ir stebėkite prietaiso veikimą su gaiviuoju gėrimu rankoje ...

Pagrindinis viso komplekso uždavinys – išmatuoti ir atskiroje geodezinėje programoje išsaugoti vandens gylio matavimų rezultatus, kurie vėliau naudojami nustatant interpoliuotą bendrą rezervuaro talpą (taigi, pvz., patikrinti pasirinkto žvyro kiekį, nes paskutinis matavimas). Šiuos matavimus galima atlikti rankiniu būdu valdant valtį (identišką įprastą nuotoliniu būdu valdomą plūduriuojantį modelį) arba visiškai automatiniu jungikliu. Tada esami sonaro rodmenys pagal judėjimo gylį ir greitį, misijos būseną ar objekto vietą (iš itin tikslaus RTK GPS imtuvo, nustatyto 5 mm tikslumu) perduodami operatoriui. pagrindu dispečeris ir valdymo programa (taip pat gali nustatyti planuojamos misijos parametrus) .

Praktinės egzamino ir tobulinimo versijos

aprašyta hidrodronas Jis sėkmingai išlaikė daugybę bandymų įvairiomis, įprastai darbo sąlygomis, ir jau daugiau nei metus tarnauja galutiniam vartotojui, kruopščiai „ardamas“ naujus rezervuarus.

Prototipo sėkmė ir sukaupta patirtis lėmė naujų, dar pažangesnių šio padalinio agregatų gimimą. Platformos universalumas leidžia ją naudoti ne tik geodezinėse programose, bet ir, pavyzdžiui, studentų projektuose bei daugelyje kitų užduočių.

Tikiu, kad sėkmingų sprendimų ir projektų vadovo darbštumo bei talento dėka greitai jų bus gerris valtys, pavertę komerciniu projektu, konkuruos su Lenkijoje siūlomais amerikietiškais sprendimais, kurių įsigijimas ir priežiūra yra daug kartų brangesni.

Jei jus domina čia neaprašyta detalė ir naujausia informacija apie šios įdomios struktūros kūrimą, apsilankykite projekto svetainėje: GerrisUSV Facebook arba tradiciškai: MODElmaniak.PL.

Raginu visus skaitytojus sutelkti savo talentus, kad kartu kurtų naujoviškus ir naudingus projektus, nepaisant (kaip pažįstama!) „Čia nieko neapsimoka“. Pasitikėjimo savimi, optimizmo ir gero bendradarbiavimo mums visiems!