Gerris USV - hidrodron od nule!

Danas je “U radionici” o projektu malo većeg obima – odnosno o bespilotnom plovilu koji se koristi, na primjer, za batimetrijska mjerenja. O našem prvom katamaranu, prilagođenom radio-upravljanoj verziji, možete pročitati u 6. broju “Mladog tehničara” za 2015. godinu. Ovoga puta tim MODELmaniak (grupa iskusnih modelara povezanih s grupom Kopernik Model Workshop Group u Wroclawu) suočio se s prijateljskim izazovom razvoja od nule plutajuće platforme za mjerne uređaje, još bolje prilagođene uslovima šljunka. kamenolom, sa mogućnošću proširenja na samostalnu verziju, dajući operateru više prostora za disanje.

Poceo sam sa adaptacijom...

Prvi put smo se susreli sa sličnim problemom kada su nas prije nekoliko godina pitali o mogućnosti uvođenja pogona i adaptacija na radio kontrolu vučene batimetrije (tj. mjerna platforma koja se koristi za mjerenje dubine vodenih tijela).

1. Prva verzija mjerne platforme, samo prilagođena RC verziji

2. Pogoni prvog hidrodrona bili su malo modificirani akvarijski pretvarači - i radili su prilično dobro, iako sigurno nisu imali „konstrukcijski otpor“.

Zadatak modeliranja je bio projektirati i proizvesti aktuatore za prefabrikovane PE plovke proizvedene tehnologijom stretch-blow (PCBM - slično PET bocama). Nakon analize radnih uvjeta i dostupnih opcija, odabrali smo prilično neobično rješenje - i, bez uplitanja u trupove ispod vodene linije, ugradili smo akvarijske inverterske cirkulacione pumpe kao pogone s dodatnom mogućnošću rotacije za 360° i podizanja (npr. udara u prepreku ili tokom transporta) . Ovo rješenje, dodatno podržano odvojenim sistemom upravljanja i napajanja, omogućilo je vršenje kontrole i vraćanje operateru čak i u slučaju kvara jedne od sekcija (desne ili lijeve). Rješenja su se pokazala toliko uspješnim da je katamaran još uvijek u funkciji.

3. Prilikom pripreme vlastitog projekta, detaljno smo (često lično!) ispitali mnoga slična rješenja - na ovoj ilustraciji njemački...

4... evo Amerikanca (i još nekoliko desetina). Odbacili smo jednotrupce kao manje svestrane, a pogone koji strše ispod dna kao potencijalno problematične u radu i transportu.

Međutim, nedostatak je bila osjetljivost diskova na kontaminaciju vode. Iako možete brzo ukloniti pijesak s rotora nakon hitnog plivanja do obale, morate biti oprezni s ovim aspektom kada se porinete i plivate blizu dna. Jer, međutim, uključuje proširenje mjernih mogućnosti, a takođe se proširio tokom tog vremena. oblast primene hidrodrona (na rijekama) naš prijatelj je pokazao interesovanje za novu razvojnu verziju platforme posebno dizajnirane za ove svrhe. Prihvatili smo ovaj izazov – u skladu sa didaktičkim profilom naših studija, a ujedno dajući mogućnost da razvijena rješenja testiramo u praksi!

5. Modularne futrole koje se brzo sklapaju bile su vrlo inspirativne zbog svoje svestranosti i lakoće transporta 3 (foto: materijali proizvođača)

Gerris USV – tehnički podaci:

• Dužina/širina/visina 1200/1000/320 mm

• Konstrukcija: kompozit od epoksidnog stakla, aluminijski spojni okvir.

• Zapremina: 30 kg, uključujući nosivost: ne manje od 15 kg

• Pogon: 4 BLDC motora (vodeno hlađeni)

• Napon napajanja: 9,0 V… 12,6 V

• Brzina: radna: 1 m/s; maksimalno: 2 m/s

• Vrijeme rada na jednom punjenju: do 8 sati (sa dvije baterije od 70 Ah)

• Web stranica projekta: https://www.facebook.com/GerrisUSV/

Nastavljene su vježbe – odnosno pretpostavke za novi projekat

Vodeći principi koje smo sebi postavili prilikom razvoja vlastite verzije bili su sljedeći:

• dvostruki trup (kao u prvoj opciji, koji garantuje najveću stabilnost potrebnu za dobijanje tačnih merenja sa eho sondom);
• redundantni sistemi pogona, napajanja i upravljanja;
• pomaka koji omogućava ugradnju opreme na brodu težine min. 15 kg;
• laka demontaža za transport i dodatna vozila;
• dimenzije koje omogućavaju transport u običnom putničkom automobilu, čak i kada su sklopljeni;
• zaštićeni od oštećenja i kontaminacije, pogoni su duplirani oko kućišta;
• svestranost platforme (može se koristiti u drugim aplikacijama);
• mogućnost ažuriranja na samostalnu verziju.

6. Prvobitna verzija našeg projekta uključivala je modularnu podjelu na sekcije izgrađene različitim tehnologijama, koje su se, međutim, mogle sastaviti jednako lako kao popularni blokovi i dobiti različite mogućnosti upotrebe: od radio-kontroliranih spasilačkih modela, preko USV platformi, do električne pedaline

Dizajn nasuprot tehnologije, tj. učenje na greškama (ili do tri puta više od umjetnosti)

Prvo je, naravno, bilo istraživanje – dosta vremena je potrošeno tražeći na internetu slične dizajne, rješenja i tehnologije. Toliko su nas inspirisali hydrodrone za razne primjene, kao i modularne kajake i male putničke čamce za samomontažu. Među prvima smo pronašli dokaze o vrijednosti dvotrupnog dizajna jedinice (ali u gotovo svim su propeleri bili smješteni ispod morskog dna - većina ih je bila dizajnirana za rad u čistijim vodama). Modularna rješenja Industrijski proizvedeni kajaci naveli su nas da razmislimo o podjeli karoserije modela (i rada u radionici) na manje elemente. Tako je nastala prva verzija projekta.

7. Zahvaljujući Jakobsche editoru, brzo su kreirane naknadne opcije 3D dizajna - neophodne za implementaciju u tehnologiju štampe sa filamentima (prva dva i poslednja dva segmenta tela su rezultat ograničenja prostora za štampanje sopstvenih štampača).

U početku smo usvojili mješovitu tehnologiju. U prvom prototipu, pramčani i krmeni dijelovi morali su biti napravljeni od najjačeg materijala koji smo mogli pronaći (akrilonitril stiren akrilat – skraćeno ASA).

8. S obzirom na očekivanu tačnost i ponovljivost veza modula, srednji dijelovi (dužine pola metra, na kraju i jedan metar) zahtijevali su odgovarajuću opremu.

9. Naš vrhunski tehnolog za plastiku proizveo je seriju testnih modula prije nego što je prvi ASA extreme štampan.

Konačno, nakon dokaza koncepta, za bržu implementaciju narednih trupa, također smo zamislili korištenje otisaka kao kopita za izradu kalupa za laminaciju. Srednji moduli (dužine 50 ili 100 cm) morali su biti zalijepljeni od plastičnih ploča - za šta je naš pravi pilot i stručnjak za plastičnu tehnologiju - Krzysztof Szmit (poznat čitaocima “U radionici”, uključujući i kao koautor ( MT 10 / 2007) ili radio-kontrolirani amfibijski čekić (MT 7/2008).

10. Štampanje vanjskih modula je opasno kasnilo, pa smo počeli kreirati pozitivne šablone tijela - ovdje u klasičnoj verziji sa rabatom.

11. Za oblogu od šperploče potrebno je malo kita i završnog farbanja - ali, kako se pokazalo, ovo je bila dobra zaštita u slučaju eventualnog kvara navigacijskog tima...

3D dizajn novog modela za štampu, priredio Bartłomiej Jakobrze (serija njegovih članaka posvećenih trodimenzionalnim elektronskim projektima može se naći u brojevima „Młodego Technika“ od 9/2018–2/2020). Ubrzo smo počeli štampati prve elemente trupa - ali onda su počeli prvi koraci... Precizno štampanje je trajalo dvosmisleno duže nego što smo očekivali, a bilo je i skupih nedostataka koji su rezultat upotrebe mnogo jačeg od uobičajenog materijala...

12. ...koji je napravio slično kopito koristeći XPS pjenastu školjku i CNC tehnologiju.

13. Jezgro od pjene također je trebalo očistiti.

Kako se datum prihvatanja približava alarmantno brzo, odlučili smo da se odmaknemo od modularnog dizajna i 3D štampa za čvrstu i poznatiju tehnologiju laminata – i počeli smo raditi u dva tima paralelno na različitim vrstama pozitivnih obrazaca (kopita) stanovanje: tradicionalni (konstrukcija i šperploča) i pjenasti (pomoću velikog CNC glodala). U ovoj utrci „tim novih tehnologija“ predvođen Rafalom Kowalczykom (usput, multimedijalni igrač na nacionalnim i svjetskim takmičenjima za dizajn radio-upravljanih modela – uključujući i koautora opisanog „U radionici“ 6/2018) stekao prednost.

14. ... biti pogodan za pravljenje negativne matrice ...

15. ...gdje su ubrzo napravljeni prvi stakleni epoksidni otisci plovaka. Korišten je jedan gelcoat koji se jasno vidio na vodi (s obzirom da smo module već napustili, nije bilo razloga da ometamo rad sa dvobojnim dekoracijama).

Stoga je daljnji rad radionice pratio treći Rafalov put dizajna: počevši od kreiranja pozitivnih formi, zatim negativnih - preko otisaka epoxy-staklenih kućišta - do gotovih USV platformi (): prvo potpuno opremljen prototip, a zatim i naknadne, još naprednije kopije prve serije. Ovdje su oblik i detalji karoserije prilagođeni ovoj tehnologiji - uskoro je treća verzija projekta dobila jedinstveno ime od svog vođe.

16. Pretpostavka ovog obrazovnog projekta je bila korištenje javno dostupne, simulirajuće opreme – ali to ne znači da smo odmah imali ideju za svaki element – ​​naprotiv, danas je teško izbrojati koliko je konfiguracija isprobano – a poboljšanje dizajna nije tu završilo.

17. Ovo su manje baterije koje se koriste - one omogućavaju da platforma radi četiri sata pod opterećenjem. Postoji i opcija za udvostručenje kapaciteta - srećom, servisni otvori i veća plovnost dozvoljavaju mnogo.

Gerris USV je živahan, vrijedan klinac (i sa svojim umom!)

Gerris ovo je latinski generički naziv za konje - vjerovatno dobro poznate insekte, koji vjerovatno jure kroz vodu na široko razmaknutim udovima.

Ciljna tijela hidrodrona Izrađen od višeslojnog staklenog epoksidnog laminata - dovoljno izdržljiv za oštre, pješčane i šljunčane uvjete predviđenog rada. Bili su povezani brzo rastavljenim aluminijumskim okvirom sa kliznim (da bi se olakšalo podešavanje propuha) gredama za pričvršćivanje mernih instrumenata (ehosonde, GPS-a, kompjutera, itd.). Dodatne pogodnosti u transportu i upotrebi leže u obrisima kućišta. diskovi (dva po float). Dvostruki motori također znače manje propelere i veću pouzdanost, dok i dalje omogućavaju još više simulacije od industrijskih motora.

18. Pogled na unutrašnjost sa motorima i kutijom električne opreme. Vidljiva silikonska cijev je dio sistema vodenog hlađenja.

19. Za prve testove na vodi smo otežali trupove kako bi se katamaran ponašao adekvatno za uslove predviđene operacije - ali smo već znali da platforma to može podnijeti!

U narednim verzijama testirali smo različite pogonske sisteme, postepeno povećavajući njihovu efikasnost i snagu - tako da se sljedeće verzije platforme (za razliku od prvog katamarana prije mnogo godina) također nose sa tokom svake poljske rijeke sa sigurnom marginom brzine.

20. Osnovni set - sa jednim (još ovdje nije povezan) sonarom. Dve montažne grede koje isporučuje korisnik takođe omogućavaju dupliranje mernih uređaja i na taj način povećavaju pouzdanost samih merenja.

21. Radno okruženje je obično šljunak sa veoma mutnom vodom.

Budući da je jedinica projektovana da radi od 4 do 8 sati neprekidno, sa kapacitetom od 34,8 Ah (ili 70 Ah u sledećoj verziji) - po jedan u svakoj zgradi. Sa tako dugim radnim vremenom, očigledno je da se trofazni motori i njihovi kontroleri moraju hladiti. To se radi pomoću tipičnog simuliranog vodenog kruga uzetog iza propelera (dodatna pumpa za vodu se pokazala nepotrebnom). Još jedna zaštita od mogućeg kvara uzrokovanog temperaturom unutar plovaka je telemetrijsko očitavanje parametara na upravljačkoj ploči operatera (tj. predajnik tipičan za modernu simulaciju). Konkretno, kontinuirano se dijagnosticira brzina motora, temperatura motora, temperatura regulatora, napon napajanja baterije itd.

22. Ovo nije mjesto za elegantne skraćene stilove!

23. Sljedeći korak u razvoju ovog projekta bio je dodatak autonomnih upravljačkih sistema. Nakon praćenja rezervoara (pomoću Google mape ili ručno - obilaženjem konturne jedinice mjerenog rezervoara), kompjuter ponovo izračunava rutu prema očekivanim parametrima i nakon uključivanja autopilota jednim prekidačem, operater može udobno sjediti i posmatrajte rad uređaja sa bezalkoholnim pićem u ruci...

Osnovni zadatak čitavog kompleksa je da izmjeri i pohrani u poseban geodetski program rezultate mjerenja dubine vode, koji se naknadno koriste za određivanje interpoliranog ukupnog kapaciteta akumulacije (i time, na primjer, za provjeru količine uzorkovanog šljunka od poslednje merenje). Ova mjerenja se mogu izvršiti ili ručnim upravljanjem čamcem (identično kao kod konvencionalnog plutajućeg modela na daljinsko upravljanje) ili potpuno automatskim radom prekidača. Zatim se trenutna očitanja sonara u dubini i brzini, statusu misije ili lokaciji objekta (sa izuzetno preciznog RTK GPS prijemnika pozicioniranog s preciznošću od 5 mm) kontinuirano prenose operateru od strane dispečerske i kontrolne aplikacije (može i postaviti parametre planirane misije) .

Vežbajte verzije ispita i razvoja

Opisano hydrodrone Uspješno je prošao niz testova u različitim tipičnim radnim uvjetima, te uspješno služi krajnjem korisniku više od godinu dana, mukotrpno „orući“ nove rezervoare.

Uspjeh prototipa i nagomilano iskustvo doveli su do rađanja novih, još naprednijih komponenti ove jedinice. Svestranost platforme omogućava joj da se koristi ne samo u geodetskim aplikacijama, već i, na primjer, u studentskim projektima i mnogim drugim zadacima.

Vjerujem da će zahvaljujući dobrim odlukama i marljivosti i talentu projekt menadžera uskoro biti Gerris brodovi, nakon što budu pretvoreni u komercijalni projekat, pružit će značajnu konkurenciju američkim rješenjima koja se nude u Poljskoj, a koja su višestruko skuplja u smislu kupovine i održavanja.

Ako vas zanimaju detalji koji ovdje nisu opisani i najnovije informacije o razvoju ove zanimljive strukture, posjetite web stranicu projekta: GerrisUSV na Facebooku ili tradicionalno: MODElmaniak.PL.

Potičem sve čitaoce da udruže svoje talente kako bi zajedno kreirali inovativne i korisne projekte – bez obzira na (koliko poznato!) „Ovdje se ništa ne isplati“. Vjerujte u sebe, optimizam i dobru saradnju za sve nas!