Gerris USV - hydrodrone fra bunnen av!

I dag handler «In the Workshop» om et litt større prosjekt – altså om et ubemannet fartøy som brukes for eksempel til batymetriske målinger. Du kan lese om vår første katamaran, tilpasset den radiostyrte versjonen, i 6. utgave av "Young Technician" for 2015. Denne gangen sto MODELmaniak-teamet (en gruppe erfarne modellører tilknyttet Kopernik Model Workshops Group i Wrocław) overfor den vennlige utfordringen med å designe fra bunnen av en flytende måleplattform som er enda bedre tilpasset grusforhold. steinbrudd, som kan utvides til en frittstående versjon, noe som gir operatøren mer pusterom.

Startet med tilpasning...

Vi møtte dette problemet først da vi ble spurt for noen år siden om muligheten for å introdusere stasjoner og tilpasning til radiokontroll slept batymetrisk (dvs. en måleplattform som brukes til å måle dybden på vannmasser).

1. Den første versjonen av måleplattformen, kun tilpasset RC-versjonen

2. Drivenhetene til den første hydrodronen var litt modifiserte akvarieomformere - og de fungerte ganske bra, selv om de definitivt ikke hadde "konstruksjonsmotstand".

Simuleringsoppgaven var å designe og produsere aktuatorer for prefabrikkerte PE stretch-blow molded flottører (RSBM – tilsvarende PET-flasker). Etter å ha analysert driftsforholdene og tilgjengelige alternativer, valgte vi en ganske uvanlig løsning - og uten å forstyrre skrogene under vannlinjen, installerte vi akvariesirkulator-invertere som drev med ekstra evne til å rotere 360° og løfte (for eksempel , når en hindring treffer eller under transport) ) . Denne løsningen, i tillegg støttet av et separat kontroll- og strømforsyningssystem, tillot kontroll og retur til operatøren selv i tilfelle feil i en av seksjonene (høyre eller venstre). Løsningene var så vellykkede at katamaranen fortsatt er i drift.

3. Når vi utarbeidet vårt eget prosjekt, analyserte vi i detalj (ofte personlig!) Mange lignende løsninger - i denne illustrasjonen, tysk ...

4.…her er en amerikaner (og noen få dusin til). Vi avviste enkeltskrog som mindre allsidige, og drev som stakk ut under bunnen som potensielt problematiske i drift og transport.

Ulempen var imidlertid diskenes følsomhet for vannforurensning. Selv om du raskt kan fjerne sanden fra rotoren etter en nødsvøm til land, må du være forsiktig med dette aspektet når du lanserer og svømmer nær bunnen. Fordi den inkluderer imidlertid utvidelse av målefunksjoner, og den har også utvidet seg over denne tiden. omfanget av hydrodrone (på elvene) vår venn viste interesse for en ny utviklingsversjon av plattformen spesialdesignet for dette formålet. Vi tok denne utfordringen - i samsvar med den didaktiske profilen til studioene våre og ga samtidig muligheten til å teste de utviklede løsningene i praksis!

5. Hurtigfoldbare modulære kofferter var veldig inspirerende med sin allsidighet og enkle transport 3 (foto: produsentens materialer)

Gerris USV - tekniske data:

• Lengde/bredde/høyde 1200/1000/320 mm

• Konstruksjon: kompositt av epoksyglass, forbindelsesramme i aluminium.

• Deplasement: 30 kg, inkludert bæreevne: ikke mindre enn 15 kg

• Drive: 4 BLDC-motorer (vannkjølte)

• Forsyningsspenning: 9,0 V… 12,6 V

• Hastighet: arbeid: 1 m/s; maksimum: 2 m/s

• Driftstid på en enkelt lading: opptil 8 timer (med to batterier på 70 Ah)

• Prosjektnettsted: https://www.facebook.com/GerrisUSV/

Øvelsene fortsatte – det vil si forutsetninger for et nytt prosjekt

De veiledende prinsippene vi satte for oss selv når vi utviklet vår egen versjon var som følger:

• dobbeltskall (som i den første versjonen, garanterer den største stabiliteten som er nødvendig for å oppnå nøyaktige målinger med et ekkolodd);
• redundante driv-, kraft- og kontrollsystemer;
• forskyvning, som tillater installasjon av utstyr om bord som veier min. 15 kg;
• enkel demontering for transport og ekstra kjøretøy;
• dimensjoner som tillater transport i en vanlig personbil, selv når den er montert;
• beskyttet mot skade og forurensning, dupliserte stasjoner i omløpet av kroppen;
• universaliteten til plattformen (muligheten til å bruke den i andre applikasjoner);
• muligheten til å oppgradere til en frittstående versjon.

6. Den originale versjonen av prosjektet vårt innebar modulær oppdeling i seksjoner bygget ved hjelp av forskjellige teknologier, som imidlertid kunne settes sammen like enkelt som populære blokker og få ulike bruksområder: fra radiostyrte redningsmodeller, gjennom USV-plattformer, til elektriske pedalbåter

Design vs teknologi, dvs. lære av feil (eller opptil tre ganger mer enn kunst)

Først var det selvfølgelig studier – mye tid ble brukt på å søke på Internett etter lignende design, løsninger og teknologier. De inspirerte oss så mye hydrodronium ulike bruksområder, samt modulære kajakker og små passasjerbåter for selvmontering. Blant de første fant vi bekreftelse på verdien av dobbeltskrogsoppsettet til enheten (men i nesten alle av dem var propellene plassert under havbunnen - de fleste av dem var designet for å fungere i renere farvann). Modulære løsninger industrikajakker fikk oss til å vurdere å dele opp modellskroget (og verkstedarbeidet) i mindre deler. Dermed ble den første versjonen av prosjektet laget.

7. Takket være Jakobsche-redaktøren ble de påfølgende 3D-designalternativene raskt opprettet - nødvendig for implementering i filamentutskriftsteknologi (de to første og to siste segmentene av kroppen er resultatet av utskriftsplassbegrensningene til skriverne som eies).

I utgangspunktet tok vi i bruk blandet teknologi. I den første prototypen måtte baug- og akterseksjonene være laget av det sterkeste materialet vi kunne finne (akrylnitril-styren-akrylat - forkortet ASA).

8. Med forventet nøyaktighet og repeterbarhet av modulforbindelser, krevde midtdelene (en halv meter lange, etter hvert også en meter) passende utstyr.

9. Vår fremste plastteknolog laget en serie testmoduler før det første ekstreme ASA-elementet ble skrevet ut.

Til syvende og sist, etter proof of concept, for å realisere påfølgende saker raskere, vurderte vi også å bruke avtrykk som hover for å lage former for laminering. De midterste modulene (50 eller 100 cm lange) måtte limes sammen fra plastplater - som vår virkelige pilot og spesialist på plastteknologi - Krzysztof Schmit eller radiostyrt maskin-amfibiehammer (MT 10/2007).

10. Utskriften av sluttmodulene tok farlig lang tid, så vi begynte å lage positive kroppsmaler – her i den klassiske, rabatterte versjonen.

11. Kryssfinermantel vil kreve litt sparkling og sluttmaling - men, som det viste seg, var dette en god beskyttelse i tilfelle en mulig svikt i navigasjonsbrigaden ...

3D-design av den nye modellen for trykk, redigert av Bartłomiej Jakobsche (en serie av artiklene hans om elektroniske 9D-prosjekter finnes i utgavene av "Młodego Technika" datert 2018/2–2020/XNUMX). Snart begynte vi å trykke de første elementene i flykroppen - men så begynte de første trinnene ... Nøyaktig nøyaktig utskrift tok tvetydig lenger tid enn vi forventet, og det var kostbare feil som følge av bruk av mye sterkere enn vanlig materiale ...

12. …som laget en lignende hov av XPS-skumkropp og CNC-teknologi.

13. Skumkjernen måtte også rengjøres.

Med akseptdatoen nærmer seg alarmerende raskt, bestemte vi oss for å gå bort fra modulær design og 3D-printing for hard og bedre kjent laminatteknologi - og vi begynte å jobbe i to team parallelt med ulike typer positive mønstre (hover) корпус: tradisjonell (konstruksjon og kryssfiner) og skum (ved hjelp av en stor CNC-freser). I dette løpet, "teamet av nye teknologier" ledet av Rafal Kowalczyk (forresten, en multimediaspiller i nasjonale og verdenskonkurranser for radiostyrte modellkonstruktører - inkludert medforfatteren av den beskrevne "On the Workshop" 6/ 2018) fikk en fordel.

14. ... være egnet for å lage en negativ matrise ...

15. …hvor de første glassepoksy-floatprintene snart ble laget. Det ble brukt en gelcoat, som er godt synlig på vannet (siden vi allerede hadde forlatt modulene, var det ingen grunn til å forstyrre arbeidet med tofargede dekorasjoner).

Derfor fulgte det videre arbeidet med verkstedet Rafals tredje designvei: fra etableringen av positive former, deretter negative - gjennom avtrykkene til epoksyglass-hylser - til ferdige IVDS-plattformer (): først, en fullt utstyrt prototype , og deretter påfølgende, enda mer avanserte kopier av den første serien. Her ble formen og detaljene på skroget tilpasset denne teknologien – snart fikk den tredje versjonen av prosjektet et unikt navn fra sin leder.

16. Forutsetningen for dette pedagogiske prosjektet var bruken av offentlig tilgjengelig modelleringsutstyr - men dette betyr ikke at vi umiddelbart hadde en idé for hvert element - tvert imot, i dag er det vanskelig å telle hvor mange konfigurasjoner som ble prøvd - og designforbedringen sluttet ikke der.

17. Dette er det minste av batteriene som brukes - de lar plattformen gå i fire timer under arbeidsbelastning. Det er også mulighet for å doble kapasiteten – heldigvis tillater serviceluker og større oppdrift mye.

Gerris USV er en livlig, arbeidende gutt (og med sinnet!)

Garris dette er det latinske generiske navnet på hester - sannsynligvis velkjente insekter, sannsynligvis susende gjennom vannet på lemmer med stor avstand.

Target Hydrodrone-skrog Produsert av flerlags glass epoksylaminat – sterk nok for de harde, sand-/grusforholdene til den tiltenkte jobben. De ble koblet sammen med en raskt demontert aluminiumsramme med glidende (for å lette trekkinnstilling) bjelker for montering av måleinstrumenter (ekkolodd, GPS, datamaskin ombord, etc.). Ytterligere bekvemmeligheter ved transport og bruk er dekket i skisser av saker. stasjoner (to per flottør). Dobbeltmotorer betyr også mindre propeller og mer pålitelighet, samtidig som de kan bruke enda mer simulering enn industrimotorer.

18. En titt på salongen med motorer og en elektrisk boks. Det synlige silikonrøret er en del av vannkjølesystemet.

19. For de første vannforsøkene vektet vi skrogene for å få katamaranen til å oppføre seg tilstrekkelig for forholdene til det tiltenkte arbeidet - men vi visste allerede at plattformen kunne håndtere det!

I påfølgende versjoner testet vi forskjellige fremdriftssystemer, og økte gradvis effektiviteten og kraften deres - derfor takler påfølgende versjoner av plattformen (i motsetning til den første katamaranen for mange år siden) med en sikker hastighetsmargin også strømmen til hver polsk elv.

20. Grunnsett - med ett (ennå ikke tilkoblet her) ekkolodd. De to brukerbestilte monteringsbjelkene lar også måleapparatene dupliseres og øker dermed påliteligheten til selve målingene.

21. Arbeidsmiljøet er vanligvis grus med svært grumsete vann.

Siden enheten er designet for å fungere fra 4 til 8 timer kontinuerlig, med en kapasitet på 34,8 Ah (eller 70 Ah i neste versjon) - en i hvert av tilfellene. Med så lang driftstid er det åpenbart at trefasemotorer og deres kontrollere må kjøles. Dette gjøres ved å bruke en typisk modelleringsvannkrets tatt fra bak propellene (en ekstra vannpumpe viste seg å være unødvendig). En annen beskyttelse mot mulig feil forårsaket av temperaturen inne i flottørene er den telemetriske avlesningen av parametrene på operatørens kontrollpanel (dvs. en sender som er typisk for moderne simuleringer). Med jevne mellomrom blir spesielt motorhastigheter, deres temperatur, temperatur på regulatorer, spenning på forsyningsbatterier, etc. diagnostisert.

22. Dette er ikke stedet for slanke beskårne modeller!

23. Neste trinn i utviklingen av dette prosjektet var tillegget av autonome kontrollsystemer. Etter å ha sporet et reservoar (på et Google-kart eller manuelt - i henhold til strømmen rundt konturenheten til det målte reservoaret), beregner datamaskinen ruten på nytt i henhold til de estimerte parametrene, og etter å ha slått på autopiloten med en bryter, kan operatøren komfortabelt sett deg ned for å observere driften av enheten med en brus i hånden ...

Hovedoppgaven til hele komplekset er å måle og lagre i et eget geodetisk program resultatene av vanndybdemålinger, som senere brukes til å bestemme den interpolerte totale reservoarkapasiteten (og dermed for eksempel kontrollere mengden valgt grus siden siste måling). Disse målingene kan gjøres enten ved manuell kontroll av båten (identisk med en konvensjonell fjernstyrt flytende modell) eller ved helautomatisk betjening av en bryter. Deretter overføres gjeldende ekkoloddavlesninger når det gjelder dybde og bevegelseshastighet, status for oppdraget eller plasseringen av objektet (fra en ekstremt nøyaktig RTK GPS-mottaker, posisjonert med en nøyaktighet på 5 mm) til operatøren på en pågående grunnlag av avsenderen og kontrollapplikasjonen (den kan også angi parametrene for det planlagte oppdraget).

Øv på versjoner av eksamen og utvikling

beskrevet hydrodrone Den har bestått en rekke tester under forskjellige, typiske arbeidsforhold, og har tjent sluttbrukeren i mer enn ett år, og møysommelig "pløyd" nye reservoarer.

Suksessen til prototypen og den akkumulerte erfaringen førte til fødselen av nye, enda mer avanserte enheter av denne enheten. Allsidigheten til plattformen gjør at den kan brukes ikke bare i geodetiske applikasjoner, men også for eksempel i studentprosjekter og mange andre oppgaver.

Jeg tror at takket være vellykkede beslutninger og flid og talent til prosjektlederen, vil det snart være det gerrisbåter, etter å ha blitt omgjort til et kommersielt prosjekt, vil de konkurrere med amerikanske løsninger som tilbys i Polen, som er mange ganger dyrere med tanke på kjøp og vedlikehold.

Hvis du er interessert i detaljer som ikke dekkes her og den siste informasjonen om utviklingen av denne interessante strukturen, vennligst besøk prosjektets nettside: GerrisUSV på Facebook eller tradisjonelt: MODElmaniak.PL.

Jeg oppfordrer alle lesere til å samle talentene sine for å skape innovative og givende prosjekter sammen – uavhengig av det (kjente!) «Ingenting lønner seg her». Selvtillit, optimisme og godt samarbeid til oss alle!