Gerris USV - hydrodrone fra bunden!

I dag handler "I Værkstedet" om et lidt større projekt - altså om et ubemandet fartøj, der fx bruges til batymetriske målinger. Du kan læse om vores første katamaran, tilpasset til den radiostyrede version, i 6. udgave af "Young Technician" for 2015. Denne gang stod MODELmaniak-teamet (en gruppe af erfarne modelbyggere tilknyttet Kopernik Model Workshops Group i Wrocław) over for den venlige udfordring at designe fra bunden af ​​en flydende måleplatform, der er endnu bedre tilpasset grusforholdene. stenbrud, der kan udvides til en stand-alone version, hvilket giver operatøren mere pusterum.

Startede med tilpasning...

Vi stødte først på dette problem, da vi for nogle år siden blev spurgt om muligheden for at introducere drev og tilpasning til radiostyring bugseret batymetrisk (dvs. en måleplatform, der bruges til at måle dybden af ​​vandområder).

1. Den første version af måleplatformen, kun tilpasset RC-versionen

2. Drevene til den første hydrodrone var let modificerede akvarieinvertere - og de fungerede ganske godt, selvom de bestemt ikke havde "konstruktionsmodstand".

Simuleringsopgaven var at designe og fremstille aktuatorer til præfabrikerede PE strækblæsestøbte flydere (RSBM – svarende til PET-flasker). Efter at have analyseret driftsbetingelserne og tilgængelige muligheder valgte vi en ret usædvanlig løsning - og uden at forstyrre skrogene under vandlinjen installerede vi akvariecirkulator-invertere som drev med den ekstra evne til at rotere 360° og løfte (f.eks. , når en forhindring rammer eller under transport) ) . Denne løsning, der desuden understøttes af et separat kontrol- og strømforsyningssystem, tillod kontrol og retur til operatøren, selv i tilfælde af fejl i en af ​​sektionerne (højre eller venstre). Løsningerne var så vellykkede, at katamaranen stadig er i drift.

3. Når vi udarbejdede vores eget projekt, analyserede vi i detaljer (ofte personligt!) Mange lignende løsninger - i denne illustration, tysk ...

4.…her er en amerikaner (og et par dusin mere). Vi afviste enkeltskrog som mindre alsidige, og drev, der ragede ud under bunden som potentielt problematiske i drift og transport.

Diskenes følsomhed over for vandforurening viste sig dog at være en ulempe. Selvom du hurtigt kan fjerne sandet fra rotoren efter en nødsvømning til land, skal du være forsigtig med dette aspekt, når du starter og svømmer tæt på bunden. Fordi det dog inkluderer udvidelse af målemuligheder, og det er også udvidet i løbet af denne tid. omfanget af hydrodrone (på floderne) viste vores ven interesse for en ny udviklingsversion af platformen specielt designet til dette formål. Vi påtog os denne udfordring - i overensstemmelse med den didaktiske profil på vores studier og gav samtidig mulighed for at teste de udviklede løsninger i praksis!

5. Hurtigfoldende modulære etuier var meget inspirerende med deres alsidighed og lette transport 3 (foto: producentens materialer)

Gerris USV - tekniske data:

• Længde/bredde/højde 1200/1000/320 mm

• Konstruktion: epoxyglaskomposit, forbindelsesramme i aluminium.

• Slagvolumen: 30 kg, inklusive bæreevne: ikke mindre end 15 kg

• Drev: 4 BLDC-motorer (vandkølede)

• Forsyningsspænding: 9,0 V… 12,6 V

• Hastighed: arbejde: 1 m/s; maksimum: 2 m/s

• Driftstid på en enkelt opladning: op til 8 timer (med to batterier på 70 Ah)

• Projektets hjemmeside: https://www.facebook.com/GerrisUSV/

Øvelserne fortsatte - altså forudsætninger for et nyt projekt

De vejledende principper, vi satte for os selv, da vi udviklede vores egen version, var som følger:

• dobbeltskal (som i den første version, der garanterer den største stabilitet, der er nødvendig for at opnå nøjagtige målinger med et ekkolod);
• redundante driv-, strøm- og kontrolsystemer;
• forskydning, hvilket muliggør installation af udstyr om bord, der vejer min. 15 kg;
• nem adskillelse til transport og ekstra køretøjer;
• dimensioner, der tillader transport i en almindelig personbil, selv når den er samlet;
• beskyttet mod skader og forurening, duplikerede drev i omløbet af kroppen;
• platformens universalitet (evnen til at bruge den i andre applikationer);
• muligheden for at opgradere til en selvstændig version.

6. Den originale version af vores projekt involverede modulær opdeling i sektioner bygget ved hjælp af forskellige teknologier, som dog kunne samles lige så let som populære blokke og få forskellige anvendelser: fra radiostyrede redningsmodeller, gennem USV-platforme, til elektriske pedalbåde

Design vs teknologi, dvs. at lære af fejl (eller op til tre gange mere end kunst)

Først var der selvfølgelig undersøgelser - der blev brugt meget tid på at søge på internettet efter lignende designs, løsninger og teknologier. De inspirerede os så meget hydrodrone forskellige applikationer, samt modulære kajakker og små passagerbåde til selvmontering. Blandt de første fandt vi bekræftelse af værdien af ​​enhedens dobbeltskrogslayout (men i næsten alle af dem var propellerne placeret under havbunden - de fleste af dem var designet til at fungere i renere farvande). Modulære løsninger industrikajakker fik os til at overveje at opdele modelskroget (og værkstedsarbejdet) i mindre stykker. Dermed blev den første version af projektet skabt.

7. Takket være Jakobsche-editoren blev de efterfølgende 3D-designmuligheder hurtigt skabt - nødvendige for implementering i filamentprintteknologi (de første to og sidste to segmenter af kroppen er resultatet af printpladsbegrænsningerne for de printere, der ejes).

I starten tog vi blandet teknologi i brug. I den første prototype skulle stævn- og agtersektionerne være lavet af det stærkeste materiale, vi kunne finde (acrylonitril-styren-acrylat - forkortet ASA).

8. Med den forventede nøjagtighed og repeterbarhed af modulforbindelser krævede de midterste dele (en halv meter lange, til sidst også en meter) passende udstyr.

9. Vores bedste plastteknolog lavede en række testmoduler, før det første ekstreme ASA-element blev trykt.

I sidste ende, efter proof of concept, for at realisere efterfølgende sager hurtigere, overvejede vi også at bruge aftryk som klove til at skabe forme til laminering. De midterste moduler (50 eller 100 cm lange) skulle limes sammen af ​​plastplader - som vores rigtige pilot og specialist i plastteknologi - Krzysztof Schmit (kendt af læsere af "På værkstedet", herunder som medforfatter) MT 10 / 2007) eller radiostyret maskin-amfibie-hammer (MT 7/2008).

10. Udskrivningen af ​​slutmodulerne tog faretruende lang tid, så vi begyndte at lave positive kropsskabeloner - her i den klassiske, rabatudgave.

11. Krydsfinerbeklædning vil kræve noget spartling og afsluttende maling - men som det viste sig, var dette en god beskyttelse i tilfælde af en mulig fejl i navigationsbrigaden ...

3D-design af den nye model til tryk, redigeret af Bartłomiej Jakobsche (en række af hans artikler om elektroniske 9D-projekter kan findes i numrene af "Młodego Technika" dateret 2018/2–2020/XNUMX). Snart begyndte vi at udskrive de første skrogelementer - men så begyndte de første trin ... Nøjagtig nøjagtig udskrivning tog tvetydigt længere tid, end vi havde forventet, og der var kostbare defekter som følge af brugen af ​​meget stærkere end normalt materiale ...

12. …der lavede en lignende hov ud af XPS-skumkrop og CNC-teknologi.

13. Skumkernen skulle også renses.

Da acceptdatoen nærmede sig alarmerende hurtigt, besluttede vi at gå væk fra modulært design og 3D-print til hård og bedre kendt laminatteknologi - og vi begyndte at arbejde i to teams parallelt med forskellige typer positive mønstre (hove) корпус: traditionel (konstruktion og krydsfiner) og skum (ved hjælp af en stor CNC-fræser). I dette løb, "teamet af nye teknologier" ledet af Rafal Kowalczyk (i øvrigt en multimediespiller af nationale og verdenskonkurrencer for radiostyrede modelkonstruktører - inklusive medforfatteren til den beskrevne "On the Workshop" 6/ 2018) opnået en fordel.

14. ... være egnet til at lave en negativ matrix ...

15. …hvor de første floatprint af glasepoxy snart blev lavet. Der blev brugt en gelcoat, som er tydeligt synlig på vandet (da vi allerede havde forladt modulerne, var der ingen grund til at blande sig i arbejdet med tofarvede dekorationer).

Derfor fulgte det videre arbejde på værkstedet Rafals tredje designvej: begyndende fra skabelsen af ​​positive former, derefter negative - gennem aftryk af epoxy-glashylstre - til færdige IVDS-platforme (): først en fuldt udstyret prototype , og så efterfølgende, endnu mere avancerede kopier af den første serie. Her blev formen og detaljerne på skroget tilpasset denne teknologi - snart fik den tredje version af projektet et unikt navn fra sin leder.

16. Antagelsen af ​​dette uddannelsesprojekt var brugen af ​​offentligt tilgængeligt modelleringsudstyr - men det betyder ikke, at vi umiddelbart havde en idé til hvert element - tværtimod er det i dag svært at tælle, hvor mange konfigurationer der blev prøvet - og designforbedringen sluttede ikke der.

17. Dette er det mindste af de brugte batterier - de tillader platformen at køre i fire timer under arbejdsbelastning. Der er også mulighed for at fordoble kapaciteten – heldigvis tillader serviceluger og større opdrift en del.

Gerris USV er et livligt, arbejdende barn (og med sit sind!)

Gerris dette er det latinske generiske navn for heste - sandsynligvis velkendte insekter, der formentlig suser gennem vandet på vidt adskilte lemmer.

Mål Hydrodrone skrog Fremstillet af flerlags glas epoxylaminat – stærkt nok til de barske, sandede/grusede forhold ved det påtænkte job. De var forbundet med en hurtigt afmonteret aluminiumsramme med glidende (for at lette trækindstilling) bjælker til montering af måleinstrumenter (ekkolod, GPS, indbygget computer osv.). Yderligere bekvemmeligheder i forbindelse med transport og brug er dækket i oversigter over sager. drev (to pr. flyder). Dobbeltmotorer betyder også mindre propeller og mere pålidelighed, samtidig med at de kan bruge endnu mere simulering end industrimotorer.

18. Et kig på salonen med motorer og en el-boks. Det synlige silikonerør er en del af vandkølingssystemet.

19. Til de første vandforsøg vægtede vi skrogene for at få katamaranen til at opføre sig tilstrækkeligt til forholdene for det påtænkte arbejde - men vi vidste allerede, at platformen kunne klare det!

I efterfølgende versioner testede vi forskellige fremdriftssystemer, og øgede gradvist deres effektivitet og kraft - derfor kan efterfølgende versioner af platformen (i modsætning til den første katamaran for mange år siden) med en sikker hastighedsmargin også klare strømmen af ​​enhver polsk flod.

20. Grundsæt - med ét (endnu ikke tilsluttet her) ekkolod. De to brugerbestilte monteringsbjælker gør det også muligt at kopiere måleapparaterne og øger dermed pålideligheden af ​​selve målingerne.

21. Arbejdsmiljøet er normalt grus med meget grumset vand.

Da enheden er designet til at fungere fra 4 til 8 timer uafbrudt, med en kapacitet på 34,8 Ah (eller 70 Ah i den næste version) - en i hvert af tilfældene. Med så lang driftstid er det indlysende, at trefasede motorer og deres regulatorer skal køles. Dette gøres ved hjælp af et typisk modelleringsvandkredsløb taget bag ved propellerne (en ekstra vandpumpe viste sig at være unødvendig). En anden beskyttelse mod mulig fejl forårsaget af temperaturen inde i flyderne er den telemetriske aflæsning af parametrene på operatørens kontrolpanel (dvs. en transmitter, der er typisk for moderne simuleringer). På regelmæssig basis diagnosticeres især motorhastigheder, deres temperatur, temperatur på regulatorer, spænding på forsyningsbatterier osv.

22. Dette er ikke stedet for slanke beskåret modeller!

23. Næste trin i udviklingen af ​​dette projekt var tilføjelsen af ​​autonome kontrolsystemer. Efter at have sporet et reservoir (på et Google-kort eller manuelt - i henhold til flowet omkring konturenheden af ​​det målte reservoir), genberegner computeren ruten i henhold til de estimerede parametre, og efter at have tændt for autopiloten med en kontakt, kan operatøren komfortabelt sæt dig ned for at observere betjeningen af ​​enheden med en sodavand i hånden ...

Hele kompleksets hovedopgave er at måle og gemme i et separat geodætisk program resultaterne af vanddybdemålinger, som senere bruges til at bestemme den interpolerede samlede reservoirkapacitet (og dermed f.eks. kontrollere mængden af ​​udvalgt grus siden sidste måling). Disse målinger kan foretages enten ved manuel styring af båden (identisk med en konventionel fjernstyret flydende model) eller ved fuldautomatisk betjening af en kontakt. Derefter sendes de aktuelle ekkolodsaflæsninger med hensyn til dybde og bevægelseshastighed, status for missionen eller objektets placering (fra en ekstremt nøjagtig RTK GPS-modtager, positioneret med en nøjagtighed på 5 mm) til operatøren på en igangværende grundlag af afsenderen og kontrolapplikationen (den kan også indstille parametrene for den planlagte mission) .

Øv versioner af eksamen og udvikling

beskrevet hydrodrone Den har med succes bestået en række tests under forskellige, typiske arbejdsforhold, og har tjent slutbrugeren i mere end et år, hvor den møjsommeligt har "pløjet" nye reservoirer.

Prototypens succes og den akkumulerede erfaring førte til fødslen af ​​nye, endnu mere avancerede enheder af denne enhed. Platformens alsidighed gør det muligt at bruge den ikke kun i geodætiske applikationer, men også for eksempel i elevprojekter og mange andre opgaver.

Jeg tror, ​​at takket være vellykkede beslutninger og projektlederens flid og talent, vil der snart være det gerrisbåde, efter at være blevet omdannet til et kommercielt projekt, vil de konkurrere med amerikanske løsninger, der tilbydes i Polen, som er mange gange dyrere i forhold til indkøb og vedligeholdelse.

Hvis du er interesseret i detaljer, der ikke er dækket her, og de seneste oplysninger om udviklingen af ​​denne interessante struktur, kan du besøge projektets hjemmeside: GerrisUSV på Facebook eller traditionelt: MODElmaniak.PL.

Jeg opfordrer alle læsere til at bringe deres talenter sammen for at skabe innovative og givende projekter sammen – uanset (hvor velkendt!) "Intet betaler sig her." Selvtillid, optimisme og godt samarbejde til os alle!