Gerris USV - хидродрон от нулата!

Днес „В работилницата“ става дума за малко по-голям проект – тоест за безпилотен кораб, използван например за батиметрични измервания. За първия ни катамаран, адаптиран към радиоуправляемата версия, можете да прочетете в 6-ти брой на „Млад техник“ за 2015г. Този път екипът на MODELmaniak (група от опитни моделисти, свързани с групата на работилниците за модели на Kopernik във Вроцлав) се изправи пред приятелското предизвикателство да проектира от нулата плаваща платформа за измерване, дори по-добре адаптирана към условията на чакъл. кариера, разширяема до самостоятелна версия, осигуряваща повече пространство за дишане на оператора.

Започна с персонализиране...

За първи път се сблъскахме с този проблем, когато преди няколко години ни попитаха за възможността за въвеждане на задвижващи механизми и адаптация към радиоуправление прикачен батиметричен (т.е. измервателна платформа, използвана за измерване на дълбочината на водните тела).

1. Първата версия на платформата за измерване, адаптирана само към версията RC

2. Задвижванията на първия хидродрон бяха леко модифицирани аквариумни инвертори - и те работеха доста добре, въпреки че определено нямаха "конструктивна устойчивост".

Симулационната задача беше да се проектират и произведат задвижващи механизми за сглобяеми PE поплавъци, формовани чрез разтягане и издухване (RSBM – подобно на PET бутилки). След като анализирахме условията на работа и наличните опции, избрахме доста необичайно решение - и без да се намесваме в корпусите под водолинията, инсталирахме аквариумни циркулационни инвертори като задвижвания с добавена възможност за въртене на 360° и повдигане (например , при удар на препятствие или по време на транспортиране) ) . Това решение, подкрепено допълнително от отделна система за управление и захранване, позволява управление и връщане към оператора дори при повреда на една от секциите (дясна или лява). Решенията бяха толкова успешни, че катамаранът все още е в експлоатация.

3. Когато изготвяхме собствен проект, анализирахме подробно (често лично!) Много подобни решения - в тази илюстрация немски ...

4.…ето един американец (и още няколко дузини). Отхвърлихме единичните корпуси като по-малко гъвкави, а задвижванията, стърчащи под дъното, като потенциално проблематични при работа и транспортиране.

Недостатък обаче се оказа чувствителността на дисковете към замърсяване на водата. Въпреки че можете бързо да премахнете пясъка от ротора след аварийно плуване до брега, трябва да внимавате с този аспект, когато пускате и плувате близо до дъното. Тъй като обаче включва разширяване на възможностите за измерване и също така се разшири през това време. обхват на хидродрона (на ривърите) нашият приятел прояви интерес към нова версия за разработка на платформата, специално създадена за тази цел. Ние поехме това предизвикателство – съобразено с дидактическия профил на нашите ателиета и същевременно давайки възможност за тестване на разработените решения на практика!

5. Бързо сгъваемите модулни калъфи бяха много вдъхновяващи със своята гъвкавост и лекота на транспортиране 3 (снимка: материали на производителя)

Gerris USV - технически данни:

• Дължина/широчина/височина 1200/1000/320 мм

• Конструкция: композит от епоксидно стъкло, алуминиева свързваща рамка.

• Водоизместимост: 30 кг, включително товароносимост: не по-малко от 15 кг

• Задвижване: 4 BLDC двигателя (с водно охлаждане)

• Захранващо напрежение: 9,0 V… 12,6 V

• Скорост: работна: 1 m/s; максимум: 2 m/s

• Време на работа с едно зареждане: до 8 часа (с две батерии по 70 Ah)

• Уебсайт на проекта: https://www.facebook.com/GerrisUSV/

Ученията продължиха – тоест предположения за нов проект

Водещите принципи, които си поставихме при разработването на собствена версия, бяха следните:

• двойна обвивка (както в първата версия, гарантираща най-голяма стабилност, необходима за получаване на точни измервания с ехолот);
• резервни системи за задвижване, захранване и управление;
• денивелация, позволяваща монтаж на бордово оборудване с тегло мин. 15 кг;
• лесно разглобяване за транспортиране и допълнителни превозни средства;
• размери, които позволяват транспортиране в обикновен лек автомобил, дори когато е сглобен;
• защитени от повреда и замърсяване, дублирани дискове в байпаса на тялото;
• универсалност на платформата (възможност да се използва в други приложения);
• възможността за надграждане до самостоятелна версия.

6. Оригиналната версия на нашия проект включваше модулно разделяне на секции, изградени по различни технологии, които обаче можеха да се сглобяват толкова лесно, колкото популярните блокове и да получават различни приложения: от радиоуправляеми спасителни модели, през USV платформи, до електрически водни колела

Дизайн срещу технология, т.е. учене от грешки (или до три пъти повече от изкуството)

Първоначално имаше, разбира се, проучвания - беше прекарано много време в търсене в интернет за подобни дизайни, решения и технологии. Те ни вдъхновиха толкова много хидродроний различни приложения, както и модулни каяци и малки пътнически лодки за самостоятелно сглобяване. Сред първите намерихме потвърждение за стойността на двукорпусната схема на блока (но в почти всички витлата бяха разположени под морското дъно – повечето от тях бяха проектирани за работа в по-чисти води). Модулни решения индустриалните каяци ни подтикнаха да обмислим разделянето на корпуса на модела (и работилницата) на по-малки парчета. Така беше създадена първата версия на проекта.

7. Благодарение на редактора на Jakobsche бързо бяха създадени следващите опции за 3D дизайн - необходими за внедряване в технологията за печат с нишка (първите два и последните два сегмента на тялото са резултат от ограниченията на пространството за печат на притежаваните принтери).

Първоначално приехме смесена технология. При първия прототип носовата и кърмовата секции трябваше да бъдат направени от най-здравия материал, който можехме да намерим (акрилонитрил-стирен-акрилат - накратко ASA).

8. С очакваната точност и повторяемост на модулните връзки, средните части (половин метър, евентуално и един метър) изискваха подходящо оборудване.

9. Нашият най-добър технолог по пластмаси направи серия от тестови модули, преди да бъде отпечатан първият екстремен ASA елемент.

В крайна сметка, след доказване на концепцията, за да реализираме следващите случаи по-бързо, ние също обмислихме използването на отпечатъци като копита за създаване на форми за ламиниране. Средните модули (с дължина 50 или 100 см) трябваше да бъдат залепени заедно от пластмасови плочи - за което нашият истински пилот и специалист по пластмасови технологии - Кшищоф Шмит (познат на читателите на "В работилницата", включително като съавтор ( MT 10 / 2007) или радиоуправляема машина-амфибия-чук (MT 7/2008).

10. Отпечатването на крайните модули отнемаше опасно много време, затова започнахме да създаваме позитивни шаблони за тяло - тук в класическия, фалцов вариант.

11. Обшивката от шперплат ще изисква малко шпакловка и окончателно боядисване - но, както се оказа, това беше добра защита в случай на евентуален провал на навигационната бригада ...

3D дизайн на новия модел за печат, редактиран от Bartłomiej Jakobsche (поредица от негови статии за 9D електронни проекти могат да бъдат намерени в броевете на „Młodego Technika“ от 2018/2–2020/XNUMX). Скоро започнахме да отпечатваме първите елементи на фюзелажа - но тогава започнаха първите стъпки ... Прецизното отпечатване отне двусмислено повече време, отколкото очаквахме, и имаше скъпи дефекти в резултат на използването на много по-здрав от обичайния материал ...

12. ...който направи подобно копито от корпус от XPS пяна и CNC технология.

13. Ядрото от пяна също трябваше да бъде почистено.

Тъй като датата на приемане наближава тревожно бързо, решихме да се отдалечим от модулния дизайн и 3D печат за твърда и по-известна технология за ламинат - и започнахме да работим в два екипа паралелно върху различни видове положителни модели (копита) жилище: традиционна (конструкция и шперплат) и пяна (с помощта на голям CNC фрезер). В това състезание „отборът на новите технологии“, воден от Рафал Ковалчик (между другото, мултимедиен плейър в национални и световни състезания за конструктори на радиоуправляеми модели – включително и съавторът на описания „На работилницата“ 6/ 2018) получи предимство.

14. ... бъдете подходящи за създаване на отрицателна матрица ...

15. ...където скоро бяха направени първите стъклени епоксидни флоат отпечатъци. Използван е един гел лак, който се вижда ясно на водата (тъй като вече бяхме изоставили модулите, нямаше причина да пречим на работата с двуцветни декорации).

Следователно по-нататъшната работа на работилницата следва третия дизайнерски път на Rafal: започвайки от създаването на позитивни форми, след това негативни - през отпечатъците на кутии от епоксидно стъкло - до готови IVDS платформи (): първо, напълно оборудван прототип , а след това последващи, още по-усъвършенствани копия на първата серия. Тук формата и детайлите на корпуса бяха адаптирани към тази технология - скоро третата версия на проекта получи уникално име от своя лидер.

16. Предположението на този образователен проект беше използването на публично достъпно оборудване за моделиране - но това не означава, че веднага имахме идея за всеки елемент - напротив, днес е трудно да се преброи колко конфигурации са изпробвани - и подобряването на дизайна не свършва дотук.

17. Това е най-малката от използваните батерии – те позволяват на платформата да работи четири часа под натоварване. Има и възможност за удвояване на капацитета - за щастие сервизните люкове и по-голямата плаваемост позволяват много.

Gerris USV е жизнено, работещо дете (и с ума си!)

Гарис това е латинското родово име за коне - вероятно добре познати насекоми, вероятно бързащи през водата на широко раздалечени крайници.

Целеви корпуси на хидродрони Произведен от многослоен стъклен епоксиден ламинат – достатъчно здрав за суровите, пясъчни/чакълести условия на предвидената работа. Те бяха свързани чрез бързо демонтирана алуминиева рамка с плъзгащи се (за улесняване на настройката на тягата) греди за монтиране на измервателни уреди (ехолот, GPS, бордови компютър и др.). Допълнителните удобства при транспортиране и използване са описани в очертанията на кутиите. дискове (по две на float). Двойните двигатели също означават по-малки витла и повече надеждност, като в същото време могат да използват дори повече симулация от индустриалните двигатели.

18. Поглед към салона с двигатели и електрическа кутия. Видимата силиконова тръба е част от системата за водно охлаждане.

19. За първите водни изпитания претеглихме корпусите, за да накараме катамарана да се държи адекватно за условията на предвидената работа - но вече знаехме, че платформата може да се справи!

В следващите версии тествахме различни системи за задвижване, постепенно увеличавайки тяхната ефективност и мощност - следователно следващите версии на платформата (за разлика от първия катамаран отпреди много години) с безопасен запас от скорост също се справят с течението на всяка полска река.

20. Основен комплект - с един (все още не е свързан тук) сонар. Двете монтажни греди, поръчани от потребителя, също позволяват дублирането на измервателните устройства и по този начин повишават надеждността на самите измервания.

21. Работната среда обикновено е чакъл с много мътна вода.

Тъй като устройството е проектирано да работи от 4 до 8 часа непрекъснато, с капацитет 34,8 Ah (или 70 Ah в следващата версия) - по един във всеки от случаите. При толкова дълго време на работа е очевидно, че трифазните двигатели и техните контролери трябва да бъдат охладени. Това се прави с помощта на типична водна верига за моделиране, взета зад витлата (допълнителна водна помпа се оказа ненужна). Друга защита срещу възможна повреда, причинена от температурата вътре в поплавъците, е телеметричното отчитане на параметрите на контролния панел на оператора (т.е. предавател, типичен за съвременните симулации). Редовно се диагностицират по-специално оборотите на двигателя, тяхната температура, температурата на регулаторите, напрежението на захранващите батерии и др.

22. Тук не е мястото за елегантни изрязани модели!

23. Следващата стъпка в развитието на този проект беше добавянето на автономни системи за управление. След трасиране на резервоар (на карта на Google или ръчно - според потока около контурната единица на измервания резервоар), компютърът преизчислява маршрута според прогнозните параметри и след включване на автопилота с един ключ, операторът може удобно седнете да наблюдавате работата на устройството с безалкохолна напитка в ръка ...

Основната задача на целия комплекс е да измерва и записва в отделна геодезическа програма резултатите от измерванията на дълбочината на водата, които по-късно се използват за определяне на интерполирания общ капацитет на резервоара (и по този начин, например, за проверка на количеството избран чакъл от последното измерване). Тези измервания могат да бъдат направени или чрез ръчно управление на лодката (идентично на конвенционалния плаващ модел с дистанционно управление) или чрез напълно автоматично задействане на превключвател. След това текущите показания на сонара по отношение на дълбочината и скоростта на движение, състоянието на мисията или местоположението на обекта (от изключително точен RTK GPS приемник, позициониран с точност до 5 мм) се предават на оператора в непрекъснат база от диспечера и контролното приложение (може също да зададе параметрите на планираната мисия) .

Практически версии на изпита и развитие

описано хидродрон Той е преминал успешно редица тестове в различни, типично работни условия, и обслужва крайния потребител повече от година, старателно "оран" нови резервоари.

Успехът на прототипа и натрупаният опит доведоха до раждането на нови, още по-модерни единици на това звено. Универсалността на платформата позволява да се използва не само в геодезически приложения, но и например в студентски проекти и много други задачи.

Вярвам, че благодарение на успешните решения и старанието и таланта на ръководителя на проекта скоро ще има лодки gerris, след като бъдат превърнати в търговски проект, те ще се конкурират с американските решения, предлагани в Полша, които са в пъти по-скъпи откъм покупка и поддръжка.

Ако се интересувате от подробности, които не са обхванати тук, и най-новата информация за развитието на тази интересна структура, моля, посетете уебсайта на проекта: GerrisUSV във Facebook или традиционно: MODElmaniak.PL.

Насърчавам всички читатели да обединят своите таланти, за да създават заедно иновативни и възнаграждаващи проекти – независимо от (познатото!) „Тук нищо не се плаща“. Самочувствие, оптимизъм и добро сътрудничество на всички ни!