Gerris USV - hydrodrone vanuit het niets!

Tegenwoordig gaat 'In de werkplaats' over een iets groter project, dat wil zeggen over een onbemand schip dat bijvoorbeeld wordt gebruikt voor bathymetrische metingen. Over onze eerste catamaran, aangepast aan de radiografisch bestuurbare versie, kunt u lezen in het 6e nummer van "Young Technician" voor 2015. Deze keer stond het MODELmaniak-team (een groep ervaren modelbouwers aangesloten bij de Kopernik Model Workshops Group in Wrocław) voor de vriendelijke uitdaging om vanaf het begin een drijvend meetplatform te ontwerpen dat nog beter is aangepast aan grindomstandigheden. steengroeve, uitbreidbaar naar een stand-alone versie, waardoor de machinist meer ademruimte krijgt.

Begonnen met maatwerk...

We kwamen dit probleem voor het eerst tegen toen ons een paar jaar geleden werd gevraagd naar de mogelijkheid om schijven en aanpassing aan radiobesturing getrokken bathymetrisch (dat wil zeggen een meetplatform dat wordt gebruikt om de diepte van waterlichamen te meten).

1. De eerste versie van het meetplatform, alleen aangepast aan de RC-versie

2. De aandrijvingen van de eerste hydrodrone waren enigszins gewijzigde aquariumomvormers - en ze werkten redelijk goed, hoewel ze absoluut geen "constructieweerstand" hadden.

De simulatietaak was het ontwerpen en vervaardigen van actuatoren voor geprefabriceerde PE-strekblaasgegoten drijvers (RSBM - vergelijkbaar met PET-flessen). Na analyse van de bedrijfsomstandigheden en beschikbare opties, kozen we voor een nogal ongebruikelijke oplossing - en zonder de rompen onder de waterlijn te verstoren, installeerden we aquariumcirculatie-inverters als aandrijvingen met de extra mogelijkheid om 360 ​​° te draaien en op te tillen (bijvoorbeeld , wanneer een obstakel raakt of tijdens transport) ). Deze oplossing, die bovendien wordt ondersteund door een afzonderlijk besturings- en voedingssysteem, maakte de controle en teruggave aan de operator mogelijk, zelfs in geval van uitval van een van de secties (rechts of links). De oplossingen waren zo succesvol dat de catamaran nog steeds in bedrijf is.

3. Bij het voorbereiden van ons eigen project hebben we in detail (vaak persoonlijk!) Veel vergelijkbare oplossingen geanalyseerd - in deze illustratie, Duits ...

4....hier is een Amerikaan (en nog enkele tientallen). We hebben enkelwandige rompen verworpen als minder veelzijdig, en aandrijvingen die onder de bodem uitsteken als potentieel problematisch tijdens gebruik en transport.

Het nadeel was echter de gevoeligheid van de schijven voor watervervuiling. Hoewel u na een noodduik naar de kust snel het zand van de rotor kunt verwijderen, moet u hier voorzichtig mee zijn als u te water gaat en dicht bij de bodem zwemt. Omdat het echter wel de uitbreiding van de meetmogelijkheden omvat, en het is in de loop van de tijd ook uitgebreid. reikwijdte van hydrodrone (op de rivieren) onze vriend toonde interesse in een nieuwe ontwikkelingsversie van het platform dat speciaal voor dit doel is ontworpen. Wij gingen deze uitdaging aan - conform het didactische profiel van onze studio's en tegelijkertijd de mogelijkheid gevend om de ontwikkelde oplossingen in de praktijk te testen!

5. Snel opvouwbare modulaire koffers waren zeer inspirerend vanwege hun veelzijdigheid en transportgemak 3 (foto: materialen van de fabrikant)

Gerris USV - technische gegevens:

• Lengte/breedte/hoogte 1200/1000/320 mm

• Constructie: epoxyglascomposiet, aluminium verbindingsframe.

• Waterverplaatsing: 30 kg, inclusief draagvermogen: minimaal 15 kg

• Aandrijving: 4 BLDC-motoren (watergekoeld)

• Voedingsspanning: 9,0 V… 12,6 V

• Snelheid: werkend: 1 m/s; maximaal: 2 m/s

• Gebruiksduur op één acculading: tot 8 uur (met twee accu's van 70 Ah)

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

De oefeningen gingen door - dat wil zeggen, aannames voor een nieuw project

De leidende principes die we onszelf hebben opgelegd bij het ontwikkelen van onze eigen versie waren als volgt:

• dubbele schaal (zoals in de eerste versie, garandeert de grootste stabiliteit die nodig is om nauwkeurige metingen te verkrijgen met een echolood);
• redundante aandrijf-, stroom- en besturingssystemen;
• waterverplaatsing, waardoor de installatie van boordapparatuur met een gewicht van min. 15kg;
• eenvoudige demontage voor transport en extra voertuigen;
• afmetingen die vervoer in een gewone personenauto mogelijk maken, zelfs in gemonteerde toestand;
• beschermd tegen schade en besmetting, dubbele schijven in de bypass van het lichaam;
• universaliteit van het platform (de mogelijkheid om het in andere toepassingen te gebruiken);
• de mogelijkheid om te upgraden naar een zelfstandige versie.

6. De oorspronkelijke versie van ons project omvatte een modulaire opdeling in secties die waren gebouwd met behulp van verschillende technologieën, die echter net zo gemakkelijk in elkaar konden worden gezet als populaire blokken en verschillende toepassingen konden krijgen: van radiografisch bestuurbare reddingsmodellen, via USV-platforms, tot elektrische waterfietsen

Design versus technologie, d.w.z. leren van fouten (of tot drie keer meer dan kunst)

In eerste instantie waren er natuurlijk onderzoeken - er werd veel tijd besteed aan het zoeken op internet naar vergelijkbare ontwerpen, oplossingen en technologieën. Ze hebben ons zo geïnspireerd hydrodrone diverse toepassingen, maar ook modulaire kajaks en kleine passagiersboten voor zelfmontage. Bij de eersten vonden we bevestiging van de waarde van de dubbelwandige indeling van de eenheid (maar in bijna alle exemplaren bevonden de propellers zich onder de zeebodem - de meeste waren ontworpen om in schonere wateren te werken). Modulaire oplossingen industriële kajaks waren voor ons aanleiding om te overwegen de modelromp (en werkplaatswerk) in kleinere stukken te splitsen. Zo ontstond de eerste versie van het project.

7. Dankzij de Jakobsche-editor werden de daaropvolgende 3D-ontwerpopties snel gecreëerd - noodzakelijk voor implementatie in filamentprinttechnologie (de eerste twee en laatste twee segmenten van het lichaam zijn het resultaat van de printruimtebeperkingen van de printers die eigendom zijn).

In eerste instantie hebben we gemengde technologie toegepast. In het eerste prototype moesten de boeg- en achterstevensecties gemaakt worden van het sterkste materiaal dat we konden vinden (acrylonitril-styreen-acrylaat, kortweg ASA).

8. Met de verwachte nauwkeurigheid en herhaalbaarheid van moduleverbindingen vereisten de middelste delen (een halve meter lang, uiteindelijk ook een meter) geschikte apparatuur.

9. Onze topkunststoftechnoloog maakte een serie testmodules voordat het eerste extreme ASA-element werd geprint.

Uiteindelijk hebben we, na proof of concept, om volgende gevallen sneller te realiseren, ook overwogen om afdrukken als hoeven te gebruiken om mallen voor laminering te maken. De middelste modules (50 of 100 cm lang) moesten uit kunststofplaten aan elkaar worden gelijmd - waarvoor onze echte piloot en specialist in kunststoftechnologie - Krzysztof Schmit (bekend bij lezers van "At the Workshop", onder meer als co-auteur ( MT 10 / 2007) of radiografisch bestuurbare machine-amfibiehamer (MT 7/2008).

10. Het printen van de eindmodules duurde gevaarlijk lang, dus begonnen we positieve body-sjablonen te maken - hier in de klassieke versie met korting.

11. De ommanteling van multiplex vereist wat plamuren en definitief schilderen - maar het bleek dat dit een goede bescherming was in het geval van een mogelijk falen van de navigatiebrigade ...

3D-ontwerp van het nieuwe model voor print, onder redactie van Bartłomiej Jakobsche (een reeks van zijn artikelen over elektronische 9D-projecten is te vinden in de uitgaven van "Młodego Technika" van 2018/2–2020/XNUMX). Al snel begonnen we met het printen van de eerste elementen van de romp - maar toen begonnen de eerste stappen ... Nauwkeurig en nauwkeurig printen duurde dubbelzinnig langer dan we hadden verwacht, en er waren kostbare defecten als gevolg van het gebruik van veel sterker dan normaal materiaal ...

12. …die een soortgelijke hoef maakte van XPS-schuimlichaam en CNC-technologie.

13. Ook moest de schuimkern gereinigd worden.

Nu de acceptatiedatum alarmerend snel nadert, hebben we besloten af ​​te stappen van modulair ontwerp 3D-printen voor harde en bekendere laminaattechnologie - en we begonnen in twee teams parallel te werken aan verschillende soorten positieve patronen (hoeven) behuizing: traditioneel (constructie en multiplex) en schuim (met behulp van een grote CNC-router). In deze race staat het "team van nieuwe technologieën" onder leiding van Rafal Kowalczyk (trouwens een multimediaspeler van nationale en mondiale competities voor radiografisch bestuurde modelbouwers - inclusief de co-auteur van het beschreven "On the Workshop" 6/ 2018) behaalde een voordeel.

14. ... geschikt zijn voor het maken van een negatieve matrix ...

15. …waar al snel de eerste glas-epoxy floatprints werden gemaakt. Er werd gebruik gemaakt van één gelcoat, wat duidelijk zichtbaar is op het water (aangezien we de modules al hadden verlaten, was er geen reden om het werk met tweekleurige decoraties te verstoren).

Daarom volgde het verdere werk van de workshop Rafal's derde ontwerppad: beginnend met het creëren van positieve vormen, vervolgens negatieve - via de afdrukken van epoxyglazen kasten - tot kant-en-klare IVDS-platforms (): eerst een volledig uitgerust prototype , en vervolgens daaropvolgende, nog geavanceerdere exemplaren van de eerste serie. Hier werden de vorm en details van de romp aangepast aan deze technologie - al snel kreeg de derde versie van het project een unieke naam van zijn leider.

16. De aanname van dit educatieve project was het gebruik van openbaar beschikbare modelleringsapparatuur - maar dit betekent niet dat we onmiddellijk een idee hadden voor elk element - integendeel, tegenwoordig is het moeilijk te tellen hoeveel configuraties er zijn geprobeerd - en de ontwerpverbetering hield daar niet op.

17. Dit is de kleinste van de gebruikte batterijen - ze zorgen ervoor dat het platform vier uur onder werkdruk kan werken. Er is ook een optie om de capaciteit te verdubbelen - gelukkig laten serviceluiken en meer drijfvermogen veel toe.

Gerris USV is een levendige, werkende jongen (en met zijn verstand!)

Gerris dit is de Latijnse generieke naam voor paarden - waarschijnlijk bekende insecten, die zich waarschijnlijk op wijd uit elkaar geplaatste ledematen door het water haasten.

Richt je op Hydrodrone-rompen Vervaardigd uit meerlaags glas-epoxylaminaat – sterk genoeg voor de ruwe, zanderige/grindomstandigheden van de beoogde klus. Ze waren verbonden door een snel demonteerbaar aluminium frame met verschuifbare (om de diepgang te vergemakkelijken) balken voor het monteren van meetinstrumenten (echolood, GPS, boordcomputer, enz.). Extra gemakken bij transport en gebruik worden behandeld in de overzichten van de koffers. диски (twee per vlotter). Dubbele motoren betekenen ook kleinere propellers en meer betrouwbaarheid, terwijl ze tegelijkertijd nog meer simulatie kunnen gebruiken dan industriële motoren.

18. Een kijkje in de salon met motoren en een elektriciteitskast. De zichtbare siliconenslang maakt deel uit van het waterkoelsysteem.

19. Voor de eerste waterproeven hebben we de rompen verzwaard om de catamaran geschikt te maken voor de omstandigheden van het beoogde werk - maar we wisten al dat het platform het aankon!

In latere versies hebben we verschillende voortstuwingssystemen getest, waardoor hun efficiëntie en kracht geleidelijk toenamen - daarom kunnen latere versies van het platform (in tegenstelling tot de eerste catamaran van vele jaren geleden) met een veilige marge van snelheid ook de stroom van elke Poolse rivier aan.

20. Basisset - met één (hier nog niet aangesloten) sonar. De twee door de gebruiker bestelde montagebalken maken het ook mogelijk om de meetinstrumenten te dupliceren en verhogen zo de betrouwbaarheid van de metingen zelf.

21. De werkomgeving is meestal grind met zeer troebel water.

Omdat de unit is ontworpen om 4 tot 8 uur continu te werken, met een capaciteit van 34,8 Ah (of 70 Ah in de volgende versie) - één in elk van de gevallen. Met zo'n lange looptijd is het duidelijk dat draaistroommotoren en hun controllers moeten worden gekoeld. Dit gebeurt met behulp van een typisch modellerend watercircuit dat van achter de propellers is genomen (een extra waterpomp bleek niet nodig). Een andere bescherming tegen mogelijk falen veroorzaakt door de temperatuur in de drijvers is de telemetrische uitlezing van de parameters op het bedieningspaneel van de operator (d.w.z. een zender die typerend is voor moderne simulaties). Regelmatig worden met name motortoerentallen, hun temperatuur, temperatuur van regelaars, spanning van voedingsaccu's, enz. Gediagnosticeerd.

22. Dit is niet de plek voor strakke cropped modellen!

23. De volgende stap in de ontwikkeling van dit project was de toevoeging van autonome regelsystemen. Na het traceren van een reservoir (op een Google-kaart of handmatig - volgens de stroming rond de contoureenheid van het gemeten reservoir), herberekent de computer de route volgens de geschatte parameters en na het inschakelen van de stuurautomaat met één schakelaar kan de operator comfortabel gaan zitten om de werking van het apparaat te observeren met een frisdrank in zijn hand ...

De hoofdtaak van het gehele complex is het meten en opslaan in een apart geodetisch programma van de resultaten van waterdieptemetingen, die later worden gebruikt om de geïnterpoleerde totale reservoircapaciteit te bepalen (en daarmee bijvoorbeeld de hoeveelheid geselecteerd grind te controleren sinds de laatste meting). Deze metingen kunnen worden uitgevoerd door handmatige bediening van de boot (identiek aan een conventioneel op afstand bestuurbaar drijvend model) of door volledig automatische bediening van een schakelaar. Vervolgens worden de huidige sonarmetingen in termen van diepte en bewegingssnelheid, de status van de missie of de locatie van het object (vanaf een uiterst nauwkeurige RTK GPS-ontvanger, gepositioneerd met een nauwkeurigheid van 5 mm) voortdurend naar de operator verzonden. op basis van de coördinator en de controletoepassing (deze kan ook de parameters van de geplande missie instellen).

Oefenversies van het examen en de ontwikkeling

beschreven hydrodrone Het heeft met succes een aantal tests doorstaan ​​in verschillende, typische werkomstandigheden, en is al meer dan een jaar in dienst van de eindgebruiker, waarbij het nauwgezet nieuwe reservoirs ‘ploegt’.

Het succes van het prototype en de opgebouwde ervaring leidden tot de geboorte van nieuwe, nog geavanceerdere eenheden van deze eenheid. Door de veelzijdigheid van het platform kan het niet alleen worden gebruikt in geodetische toepassingen, maar bijvoorbeeld ook bij studentenprojecten en vele andere taken.

Ik geloof dat dit dankzij succesvolle beslissingen en de toewijding en het talent van de projectmanager snel zal gebeuren Gerris boten, nadat ze zijn omgebouwd tot een commercieel project, zullen ze concurreren met Amerikaanse oplossingen die in Polen worden aangeboden en die qua aanschaf en onderhoud vele malen duurder zijn.

Als u geïnteresseerd bent in details die hier niet worden behandeld en de laatste informatie over de ontwikkeling van deze interessante structuur, bezoek dan de projectwebsite: GerrisUSV op Facebook of traditioneel: MODElmaniak.PL.

Ik moedig alle lezers aan om hun talenten samen te brengen om samen innovatieve en lonende projecten te creëren – ongeacht (hoe bekend!) “Niets loont hier.” Zelfvertrouwen, optimisme en een goede samenwerking voor ons allemaal!