Gerris USV - гідрадрон з нуля!

Сёння «У майстэрні» пра крыху больш маштабны праект — гэта значыць аб беспілотным судне, якое выкарыстоўваецца, напрыклад, для батыметрычных вымярэнняў. Аб нашым першым катамаране, адаптаваным да радыёкіраванай версіі, вы можаце прачытаць у 6 выпуску "Юнага тэхніка" за 2015 год. На гэты раз каманда MODELmaniak (група вопытных мадэлістаў, звязаных з Групай мадэльных майстэрняў Kopernik ва Вроцлаве) сутыкнулася з сяброўскай задачай распрацаваць з нуля плывучую платформу для вымяральных прылад, яшчэ лепш прыстасаваную да ўмоў працы на жвіры. кар'ер, з магчымасцю пашырэння да аўтаномнай версіі, што дае аператару больш перадышкі.

Пачаў з адаптацыі...

Упершыню мы сутыкнуліся з падобнай праблемай, калі некалькі гадоў таму нас спыталі аб магчымасці пастаноўкі на ўзбраенне прывадаў і адаптацыя да радыёкіравання прычапным батыметрычным (г.зн. вымяральная платформа, якая выкарыстоўваецца для вымярэння глыбіні вадаёмаў).

1. Першая версія вымяральнай платформы, адаптаваная толькі да версіі RC

2. Прывады першага гидродрона ўяўлялі сабой злёгку мадыфікаваныя акварыўмныя інвертары і працавалі суцэль нядрэнна, хоць "будаўнічай устойлівасці" у іх сапраўды не было.

Задача мадэлявання складалася ў тым, каб спраектаваць і вырабіць прывады для гатовых ПЭ паплаўкоў завадскога выраба, вырабленых па тэхналогіі выцягвання і выдзіманні (РСВМ - па аналогіі з ПЭТ-бутэлькамі). Прааналізаваўшы ўмовы эксплуатацыі і наяўныя варыянты, мы абралі даволі незвычайнае рашэнне – і, не замінаючы карпусам ніжэй ватэрлініі, усталявалі ў якасці прывадаў акварыўмныя цыркулятары-інвертары з дададзенай магчымасцю павароту на 360 ° і ўздыму (напрыклад, пры трапленні перашкоды або падчас транспарціроўкі). . Гэтае рашэнне, дадаткова падтрымліваемае асобнай сістэмай кіравання і электрасілкавання, дазваляла ажыццяўляць кіраванне і вяртаць яго аператару нават у выпадку выхаду са строю адной з секцый (правай або левай). Рашэнні аказаліся настолькі паспяховымі, што катамаран працуе да гэтага часу.

3. Пры падрыхтоўцы ўласнага праекту мы падрабязна разабралі (часта асабіста!) мноства падобных рашэнняў – на гэтай ілюстрацыі нямецкая…

4.… тут - амерыканец (і яшчэ некалькі дзясяткаў). Аднакарпуснікі мы адпрэчылі як меней універсальныя, а выступоўцы ніжэй дна прывады як патэнцыйна праблематычныя ў эксплуатацыі і транспартаванні.

Аднак недахопам аказалася адчувальнасць дыскаў да забруджвання вады. Хаця вы можаце хутка выдаліць пясок з ротара пасля аварыйнага заплыву да берага, вам трэба быць асцярожным з гэтым аспектам пры спуску на ваду і плаванні блізка да дна. Таму што гэта, тым не менш, уключае ў сябе пашырэнне магчымасцяў вымярэння, і яно таксама пашырылася за гэты час. вобласць ужывання гіддрадрона (На рэках) наш сябар праявіў цікавасць да новай, спецыяльна распрацаванай для гэтых мэт дэвелаперскай версіі платформы. Мы ўзяліся за гэты выклік - у адпаведнасці з дыдактычным профілем нашых студый і ў той жа час даючы магчымасць праверыць распрацаваныя рашэнні на практыцы!

5. Хутка якія складваюцца модульныя карпусы вельмі натхнялі сваёй універсальнасцю і выгодай транспарціроўкі 3 (фота: матэрыялы вытворцы)

Герыс УСВ - тэхнічныя дадзеныя:

• Даўжыня/шырыня/вышыня 1200/1000/320 мм

• Канструкцыя: эпаксідна-шкляны кампазіт, алюмініевая злучальная рама.

• Водазмяшчэнне: 30 кг, у тым ліку грузападымальнасць: не менш за 15 кг

• Прывад: 4 рухавіка BLDC (з вадзяным астуджэннем)

• Напружанне харчавання: 9,0 У… 12,6 У

• Хуткасць: працоўная: 1 м/с; максімальная: 2 м/с

• Час працы на адным зарадзе: да 8 гадзін (з двума батарэямі па 70 Ач)

• Вэб-сайт праекта: https://www.facebook.com/GerrisUSV/

Вучэнні працягнуліся - гэта значыць здагадкі для новага праекту

Кіраўнічыя прынцыпы, якія мы паставілі перад сабой пры распрацоўцы ўласнай версіі, былі наступнымі:

• двухкорпусны (як і ў першым варыянце, які гарантуе найбольшую ўстойлівасць, неабходную для атрымання дакладных вымярэнняў рэхалотам);
• дублюючыя сістэмы прывада, харчавання і кіравання;
• водазмяшчэнне, якое дазваляе ўсталяваць бартавое абсталяванне масай мін. 15 кг;
• лёгкая разборка для транспарціроўкі і дадатковых транспартных сродкаў;
• памеры, якія дазваляюць перавозіць у звычайным легкавым аўтамабілі нават у сабраным выглядзе;
• абаронены ад пашкоджанняў і забруджванняў, прадубліраваны прывады ў абводзе корпуса;
• універсальнасць платформы (магчымасць выкарыстання ў іншых дадатках);
• магчымасць абнаўлення да аўтаномнай версіі.

6. Першапачатковы варыянт нашага праекта меркаваў модульнае дзяленне на секцыі, пабудаваныя па розных тэхналогіях, якія, аднак, маглі збірацца гэтак жа лёгка, як папулярныя блокі і атрымліваць розныя магчымасці выкарыстання: ад радыёкіраваных выратавальных мадэляў, праз платформы USV, да электрычных водныя ровары

Дызайн супраць тэхналогіі, т. е. навучанне на памылках (ці да трох разоў больш, чым мастацтва)

Спачатку былі, вядома, даследаванні - шмат часу было выдаткавана на пошук у Інтэрнэце падобных канструкцый, рашэнняў і тэхналогій. Яны нас так натхнілі гідрадрон рознага прымянення, а таксама модульныя байдаркі і невялікія пасажырскія катэры для самастойнай зборкі. У ліку першых мы знайшлі пацверджанне каштоўнасці двухкорпуснай кампаноўкі агрэгата (але практычна ва ўсіх з іх вяслярныя шрубы размяшчаліся пад марскім дном - большасць з іх былі разлічаны на працу ў чысцейшых водах). Модульныя рашэнні каякі прамысловай вытворчасці заахвоцілі нас разгледзець пытанне аб падзеле корпуса мадэлі (і працы ў майстэрні) на драбнейшыя элементы. Такім чынам, была створана першая версія праекту.

7. Дзякуючы рэдактару Jakobsche былі хутка створаны наступныя варыянты 3D-дызайну – неабходныя для рэалізацыі ў тэхналогіі філаментнага друку (першыя два і апошнія два сегменты корпуса – гэта вынік абмежаванняў паліграфіі прастору прыналежных друкарак).

Першапачаткова мы прынялі змешаную тэхналогію. У першым прататыпе насавая і кармавая часткі павінны былі быць з самага трывалага матэрыялу, які мы змаглі знайсці (акрыланітрыл-стырол-акрылат – скарочана ASA).

8. Пры меркаванай дакладнасці і паўтаранасці злучэнняў модуляў сярэднія часткі (даўжынёй паўметра, у канчатковым выніку таксама адзін метр) патрабавалі якая адпавядае апаратуры.

9. Наш лепшы тэхнолаг па вытворчасці пластмас вырабіў серыю тэставых модуляў яшчэ да таго, як быў надрукаваны першы экстрэмальны элемент ASA.

У канчатковым выніку, пасля праверкі канцэпцыі, для больш хуткай рэалізацыі наступных карпусоў, мы таксама выказалі здагадку выкарыстанне адбіткаў у якасці капытоў для стварэння формаў для ламінавання. Сярэднія модулі (даўжынёю 50 ці 100 см) павінны былі быць злеплены з пластыкавых пласцін – для чаго наш сапраўдны пілот і спецыяліст па тэхналогіі пластмас – Кшыштаф Шміт (вядомы чытачам “На майстэрні”, у тым ліку, як суаўтар (МТ 10 / 2007) або радыёкіраваная машына-амфібія-молат (МТ 7/2008).

10. Друк крайніх модуляў небяспечна зацягвалася, таму мы пачалі ствараць пазітыўныя шаблоны корпуса - тут у класічным, ребейтном варыянце.

11. Ашалёўка з фанеры запатрабуе трохі шпакляванні і канчатковай афарбоўкі але, як апынулася, і гэта была нядрэнная абарона на выпадак магчымага выйсця з ладу штурманскай брыгады…

3D дызайн новай мадэлі для друку пад рэдакцыяй Бартламея Якабшэ (серыю яго артыкулаў, прысвечаных трохмерным электронным праектам, можна знайсці ў выпусках «Młodego Technika» ад 9/2018–2/2020). Неўзабаве мы прыступілі да друку першых элементаў фюзеляжа – але тут і пачаліся першыя крокі… Дакладна дакладны друк доўжыўся неадназначна даўжэй, чым мы чакалі, і былі дарагія дэфекты, якія ўзніклі ў выніку выкарыстання значна больш трывалага, чым звычайна, матэрыялу…

12. ...які вырабіў аналагічнае капыт з корпуса з пенаматэрыялу XPS і тэхналогіі ЧПУ.

13. Пенапластавае ядро ​​таксама павінна было быць ачышчана.

З трывожна хутка надыходзячай датай прыёмкі мы вырашылі адмовіцца ад модульнай канструкцыі і 3D-друк для цвёрдай і больш вядомай тэхналогіі ламінату – і мы пачалі працаваць у двух камандах паралельна над рознымі тыпамі пазітыўных патэрнаў (капытцоў) корпус: традыцыйны (будаўнічы і фанерны) і пенапластавы (з выкарыстаннем вялікага фрэзернага станка з ЧПУ). У гэтай гонцы «каманда новых тэхналогій» на чале з Рафалам Кавальчыкам (дарэчы, мультымедыйным гульцом нацыянальных і сусветных конкурсаў канструктараў радыёкіраваных мадэляў - у тым ліку сааўтарам апісанага «На майстэрні» 6/2018) атрымаў перавагу.

14. … быць прыдатным для вырабу негатыўнай матрыцы …

15. ...дзе неўзабаве былі зроблены першыя стеклоэпоксидные адбіткі паплаўкоў. Быў скарыстаны адзін гелькоут, добра прыкметны на вадзе (паколькі мы ўжо адмовіліся ад модуляў, не было чыннікаў мяшаць працы з двухколернымі дэкарацыямі).

Таму далейшая праца майстэрні ішла па трэцім канструктарскім шляху Рафаля: пачынальна ад стварэння пазітыўных формаў, затым негатыўных - праз адбіткі эпаксідна-шкляных карпусоў - да гатовых платформ УСВ (): спачатку цалкам абсталяваны прататып, а затым наступныя, яшчэ больш дасканалыя копіі першай серыі. Тут форма і дэталі корпуса былі адаптаваны да гэтай тэхналогіі – неўзабаве трэцяя версія праекта атрымала ўнікальнае імя ад свайго лідэра.

16. Дапушчэннем гэтага адукацыйнага праекта было выкарыстанне агульнадаступнага, мадэлюе абсталявання - але гэта не значыць, што ў нас адразу была ідэя для кожнага элемента - наадварот, сёння цяжка палічыць, колькі канфігурацый было апрабавана - і на гэтым удасканаленне канструкцыі не скончылася.

17. Гэта меншы з выкарыстоўваных акумулятараў - яны дазваляюць платформе працаваць чатыры гадзіны пад працоўнай нагрузкай. Таксама ёсць варыянт падвоіць ёмістасць - балазе, сэрвісныя люкі і вялікая плавучасць дазваляюць шматлікае.

Харыс УСВ - бойкі, які працуе маляня (і са сваім розумам!)

Джэрыс гэта лацінская радавая назва скакуноў - напэўна, усім вядомых насякомых, верагодна, якія носяцца па вадзе на шырока расстаўленых канечнасцях.

Карпусы гіддрадрону-мішэні выраблены з шматслаёвага стеклоэпоксидного ламінату - досыць трывалага для цяжкіх, пяшчана-жвіровых умоў меркаваных прац. Іх злучала хутка якая разбіраецца алюмініевая рама з рассоўнымі (для палягчэння пастаноўкі ўлягання) бэлькамі для мацавання вымяральных прыбораў (рэхалота, GPS, бартавога кампутара і інш.). Дадатковыя выгоды ў транспартаванні і выкарыстанні крыюцца ў абрысах карпусоў. дыскі (па два на паплавок). Падвойныя рухавікі таксама азначаюць меншыя шрубы і большую надзейнасць, і ў той жа час магчымасць выкарыстання яшчэ большага мадэлявання, чым прамысловыя рухавікі.

18. Погляд на салон з маторамі і каробкай электраабсталявання. Бачная сіліконавая трубка з'яўляецца часткай сістэмы вадзянога астуджэння.

19. Для першых выпрабаванняў на вадзе мы абцяжарылі карпусы, каб катамаран паводзіў сябе адэкватна ўмовам меркаванай працы але мы ўжо ведалі, што платформа зладзіцца з гэтым!

У наступных версіях мы тэсціравалі розныя рухальныя ўстаноўкі, паступова павялічваючы іх эфектыўнасць і магутнасць – таму наступныя версіі платформы (у адрозненне ад першага катамарана шматгадовай даўніны) з бяспечным запасам хуткасці таксама спраўляюцца з плынню кожнай польскай ракі.

20. Базавы камплект з адным (тут яшчэ не падлучаным) гідралакатарам. Дзве мантажныя бэлькі, якія заказваюцца карыстачом, таксама дазваляюць дубляваць вымяральныя прылады і, такім чынам, павялічваюць дакладнасць саміх вымярэнняў.

21. Працоўнае асяроддзе звычайна ўяўляе сабой жвір з вельмі каламутнай вадой.

Бо агрэгат разлічаны на працу ад 4 да 8 гадзін бесперапынна, ёмістасцю 34,8 Ач (ці 70 Ач у наступным варыянце) па адным у кожным з карпусоў. Пры гэтак працяглым часе працы відавочна, што трохфазныя рухавікі і іх рэгулятары неабходна астуджаць. Робіцца гэта з дапамогай тыповага мадэлявальнага вадзянога контуру, узятага з-за вяслярных шруб (дадаткова вадзяная помпа апынуўся непатрэбным). Яшчэ адной абаронай ад магчымай адмовы, выкліканай тэмпературай усярэдзіне паплаўкоў, з'яўляецца тэлеметрычнае счытванне параметраў на аператарскім пульце кіравання (г.зн. тыповы для сучаснага мадэлявання перадатчык). На сталай аснове дыягнастуюцца, у прыватнасці, абарачэнні рухавікоў, іх тэмпература, тэмпература рэгулятараў, напруга сілкавальных акумулятараў і т.д.

22. Тут не месца для гладкіх скарочаных мадэляў!

23. Наступным крокам у развіцці гэтага праекта стала даданне аўтаномных сістэм кіравання. Пасля трасіроўкі вадаёма (па карце Google або ўручную – па абцяканні контурнай адзінкай вымяранага вадаёма) кампутар пералічвае маршрут па меркаваных параметрах і пасля ўключэння аўтапілота адным перамыкачом аператар можа зручна сесці на назіраць за працай прылады з ахаладжальным напоем у руцэ…

Галоўнай задачай усяго комплексу з'яўляецца вымярэнне і захаванне ў асобнай геадэзічнай праграме вынікаў вымярэнняў глыбіні вады, якія выкарыстоўваюцца ў далейшым для вызначэння інтэрпаліраванай агульнай ёмістасці вадасховішча (і такім чынам, напрыклад, для праверкі колькасці абраных жвіру з моманту апошняга вымярэння). Гэтыя вымярэнні могуць быць выкананы альбо з дапамогай ручнога кіравання лодкі (ідэнтычна звычайнай плывучай мадэлі з дыстанцыйным кіраваннем), альбо цалкам аўтаматычным націскам перамыкача. Затым бягучыя паказанні сонара па глыбіні і хуткасці руху, статут місіі або месцазнаходжанне аб'екта (ад надзвычай дакладнага RTK GPS-прымача, пазіцыянаванага з дакладнасцю да 5 мм) перадаюцца аператару на сталай аснове дыспетчарам і кіраўніком прыкладанне (у ім таксама можна задаць параметры планаванай місіі) .

Практычныя версіі іспыту і распрацоўкі

Апісаны гідрадрон Ён паспяхова мінуў шэраг выпрабаванняў у розных, тыпова працоўных умовах, і ўжо больш за год спраўна служыць канчатковаму спажыўцу, карпатліва «прапахваючы» новыя вадаёмы.

Поспех прататыпа і назапашаны досвед прывялі да нараджэння новых, яшчэ больш дасканалых вузлоў гэтага агрэгата. Універсальнасць платформы дазваляе выкарыстоўваць яе не толькі ў геадэзічных прыкладаннях, але і, напрыклад, у студэнцкіх праектах і многіх іншых задачах.

Я веру, што дзякуючы ўдалым рашэнням і стараннасці і таленту кіраўніка праекта хутка будзе Харыс лодкі, Пасля пераўтварэння ў камерцыйны праект яны складуць важкую канкурэнцыю амерыканскім рашэнням, прапанаваным у Польшчы, шматразова больш дарагім з пункту гледжання пакупкі і абслугоўвання.

Калі вас цікавяць дэталі, не апісаныя тут, і самая свежая інфармацыя аб развіцці гэтай цікавай структуры, калі ласка, наведайце сайт праекту: GerrisUSV на Facebook ці па традыцыі: MODElmaniak.PL.

Я заклікаю ўсіх чытачоў аб'ядноўваць таленты для сумеснага стварэння наватарскіх і карысных праектаў - незалежна ад (як знаёма!) "Тут нічога не акупляецца". Веры ў свае сілы, аптымізму і добрага супрацоўніцтва ўсім нам!