Gerris USV - hidrodrone dari awal!

Hari ini, "In the Workshop" adalah tentang proyek yang sedikit lebih besar - yaitu, tentang kapal tak berawak yang digunakan, misalnya, untuk pengukuran batimetri. Anda dapat membaca tentang katamaran pertama kami, yang diadaptasi ke versi radio-kontrol, di edisi ke-6 "Teknisi Muda" untuk tahun 2015. Kali ini, tim MODELmaniak (sekelompok pemodel berpengalaman yang berafiliasi dengan Grup Bengkel Model Kopernik di Wrocław) menghadapi tantangan yang bersahabat untuk merancang dari awal platform pengukuran terapung yang bahkan lebih disesuaikan dengan kondisi kerikil. tambang, dapat diperluas ke versi yang berdiri sendiri, memberi operator lebih banyak ruang bernapas.

Dimulai dengan kustomisasi...

Kami pertama kali mengalami masalah ini ketika kami ditanya beberapa tahun yang lalu tentang kemungkinan memperkenalkan aktuator dan adaptasi ke radio kontrol membuntuti batimetri (yaitu platform pengukur yang digunakan untuk mengukur kedalaman badan air).

1. Versi pertama dari platform pengukuran, hanya disesuaikan dengan versi RC

2. Penggerak hidrodrone pertama adalah inverter akuarium yang sedikit dimodifikasi - dan bekerja dengan cukup baik, meskipun jelas tidak memiliki "ketahanan konstruksi".

Tugas simulasi adalah merancang dan membuat aktuator untuk pelampung cetakan stretch-blow PE prefabrikasi (RSBM – mirip dengan botol PET). Setelah menganalisis kondisi pengoperasian dan opsi yang tersedia, kami memilih solusi yang agak tidak biasa - dan, tanpa mengganggu lambung di bawah garis air, kami memasang inverter sirkulasi akuarium sebagai penggerak dengan kemampuan tambahan untuk memutar 360 ° dan mengangkat (misalnya , ketika rintangan menabrak atau selama transportasi) ). Solusi ini, selain didukung oleh sistem kontrol dan catu daya terpisah, memungkinkan kontrol dan pengembalian ke operator bahkan jika terjadi kegagalan salah satu bagian (kanan atau kiri). Solusinya sangat sukses sehingga katamaran masih beroperasi.

3. Saat menyiapkan proyek kami sendiri, kami menganalisis secara detail (seringkali secara pribadi!) Banyak solusi serupa - dalam ilustrasi ini, Jerman ...

4.…ini orang Amerika (dan beberapa lusin lainnya). Kami menolak lambung tunggal karena kurang serbaguna, dan penggerak yang menonjol di bawah dasar karena berpotensi menimbulkan masalah dalam pengoperasian dan transportasi.

Namun, kerugiannya adalah sensitivitas disk terhadap polusi air. Meskipun Anda dapat dengan cepat mengeluarkan pasir dari rotor setelah berenang darurat ke pantai, Anda harus berhati-hati dengan aspek ini saat meluncurkan dan berenang dekat ke dasar. Karena itu, bagaimanapun, mencakup perluasan kemampuan pengukuran, dan itu juga telah berkembang selama ini. ruang lingkup hydrodrone (di sungai) teman kami menunjukkan minat pada versi pengembangan baru dari platform yang dirancang khusus untuk tujuan ini. Kami menerima tantangan ini - sesuai dengan profil didaktik studio kami dan pada saat yang sama memberikan kesempatan untuk menguji solusi yang dikembangkan dalam praktik!

5. Kasing modular lipat cepat sangat menginspirasi dengan keserbagunaan dan kemudahan transportasinya 3 (foto: bahan pabrikan)

Gerris USV - data teknis:

• Panjang/lebar/tinggi 1200/1000/320 mm

• Konstruksi: komposit kaca epoksi, bingkai penghubung aluminium.

• Perpindahan: 30 kg, termasuk daya dukung: tidak kurang dari 15 kg

• Penggerak: 4 motor BLDC (pendingin air)

• Tegangan suplai: 9,0 V… 12,6 V

• Kecepatan: bekerja: 1 m/s; maksimum: 2 m/s

• Waktu pengoperasian dengan sekali pengisian daya: hingga 8 jam (dengan dua baterai 70 Ah)

• Situs web proyek: https://www.facebook.com/GerrisUSV/

Latihan dilanjutkan - yaitu, asumsi untuk proyek baru

Prinsip panduan yang kami tetapkan untuk diri kami sendiri saat mengembangkan versi kami sendiri adalah sebagai berikut:

• dua lambung (seperti pada versi pertama, menjamin stabilitas terbesar yang diperlukan untuk mendapatkan pengukuran yang akurat dengan echo sounder);
• sistem penggerak, daya, dan kontrol yang berlebihan;
• perpindahan, memungkinkan pemasangan peralatan on-board dengan berat min. 15kg;
• pembongkaran mudah untuk transportasi dan kendaraan tambahan;
• dimensi yang memungkinkan transportasi dalam mobil penumpang biasa, bahkan ketika dirakit;
• terlindung dari kerusakan dan kontaminasi, drive duplikat di bypass tubuh;
• universalitas platform (kemampuan untuk menggunakannya di aplikasi lain);
• kemampuan untuk meningkatkan ke versi mandiri.

6. Versi asli dari proyek kami melibatkan pembagian modular menjadi beberapa bagian yang dibangun menggunakan teknologi berbeda, yang, bagaimanapun, dapat dirakit semudah balok populer dan menerima berbagai kegunaan: dari model penyelamatan yang dikendalikan radio, melalui platform USV, hingga perahu pedal listrik

Desain vs teknologi yaitu belajar dari kesalahan (atau hingga tiga kali lebih banyak dari seni)

Pada awalnya, tentu saja, ada penelitian - banyak waktu dihabiskan untuk mencari di Internet untuk desain, solusi, dan teknologi yang serupa. Mereka sangat menginspirasi kami hidrodronium berbagai aplikasi, serta kayak modular dan perahu penumpang kecil untuk perakitan sendiri. Di antara yang pertama kami menemukan konfirmasi nilai tata letak lambung ganda unit (tetapi di hampir semuanya, baling-baling terletak di bawah dasar laut - kebanyakan dari mereka dirancang untuk bekerja di perairan yang lebih bersih). Solusi modular kayak industri mendorong kami untuk mempertimbangkan untuk membagi model lambung (dan pekerjaan bengkel) menjadi potongan-potongan yang lebih kecil. Dengan demikian, versi pertama proyek telah dibuat.

7. Berkat editor Jakobsche, opsi desain 3D berikutnya dengan cepat dibuat - diperlukan untuk implementasi dalam teknologi pencetakan filamen (dua segmen pertama dan dua segmen terakhir dari bodi adalah hasil dari keterbatasan ruang pencetakan yang dimiliki printer).

Awalnya, kami mengadopsi teknologi campuran. Pada prototipe pertama, bagian haluan dan buritan harus dibuat dari bahan terkuat yang dapat kami temukan (singkatnya akrilonitril-stirena-akrilat - ASA).

8. Dengan akurasi dan pengulangan koneksi modul yang diharapkan, bagian tengah (panjang setengah meter, akhirnya juga satu meter) membutuhkan peralatan yang sesuai.

9. Teknolog plastik terkemuka kami membuat serangkaian modul uji sebelum elemen ASA ekstrim pertama dicetak.

Pada akhirnya, setelah bukti konsep, untuk mewujudkan kasus selanjutnya lebih cepat, kami juga mempertimbangkan untuk menggunakan impresi sebagai kuku untuk membuat cetakan untuk laminasi. Modul tengah (panjang 50 atau 100 cm) harus direkatkan dari pelat plastik - di mana pilot dan spesialis teknologi plastik kami yang sebenarnya - Krzysztof Schmit (diketahui oleh pembaca "At the Workshop", termasuk sebagai penulis bersama ( MT 10 / 2007) atau mesin-palu amfibi yang dikendalikan radio (MT 7/2008).

10. Pencetakan modul akhir membutuhkan waktu yang sangat lama, jadi kami mulai membuat templat bodi positif - di sini dalam versi klasik dengan potongan harga.

11. Selubung kayu lapis akan membutuhkan dempul dan pengecatan akhir - tetapi, ternyata, ini adalah perlindungan yang baik jika terjadi kemungkinan kegagalan brigade navigasi ...

Desain 3D dari model baru untuk dicetak, diedit oleh Bartłomiej Jakobsche (serangkaian artikelnya tentang proyek elektronik 9D dapat ditemukan di terbitan "Młodego Technika" tertanggal 2018/2–2020/XNUMX). Segera kami mulai mencetak elemen pertama badan pesawat - tetapi kemudian langkah pertama dimulai ... Pencetakan yang akurat secara akurat memakan waktu lebih lama dari yang kami harapkan, dan ada cacat yang mahal akibat penggunaan bahan yang jauh lebih kuat dari biasanya ...

12. …yang membuat kuku serupa dari badan busa XPS dan teknologi CNC.

13. Inti busa juga harus dibersihkan.

Dengan tanggal penerimaan mendekati sangat cepat, kami memutuskan untuk menjauh dari desain modular dan Pencetakan 3D untuk teknologi laminasi keras dan lebih dikenal - dan kami mulai bekerja dalam dua tim secara paralel pada berbagai jenis pola positif (kuku) tubuh: tradisional (konstruksi dan kayu lapis) dan busa (menggunakan router CNC besar). Dalam perlombaan ini, "tim teknologi baru" yang dipimpin oleh Rafal Kowalczyk (omong-omong, pemain multimedia dalam kompetisi nasional dan dunia untuk konstruktor model yang dikendalikan radio - termasuk rekan penulis "On the Workshop" yang dijelaskan 6/ 2018) memperoleh keuntungan.

14. ... cocok untuk membuat matriks negatif ...

15. …di mana cetakan float epoksi kaca pertama segera dibuat. Satu lapisan gel digunakan, yang terlihat jelas di atas air (karena kami telah meninggalkan modul, tidak ada alasan untuk mengganggu pekerjaan dengan dekorasi dua warna).

Oleh karena itu, pekerjaan bengkel selanjutnya mengikuti jalur desain ketiga Rafal: mulai dari pembuatan bentuk positif, kemudian bentuk negatif - melalui cetakan kotak kaca epoksi - hingga platform IVDS siap pakai (): pertama, prototipe lengkap , dan kemudian salinan seri pertama yang lebih canggih. Di sini, bentuk dan detail lambung disesuaikan dengan teknologi ini - segera versi ketiga dari proyek tersebut menerima nama unik dari pemimpinnya.

16. Asumsi dari proyek pendidikan ini adalah penggunaan peralatan pemodelan yang tersedia untuk umum - tetapi ini tidak berarti bahwa kami segera memiliki ide untuk setiap elemen - sebaliknya, saat ini sulit untuk menghitung berapa banyak konfigurasi yang dicoba - dan perbaikan desain tidak berakhir di situ.

17. Ini adalah baterai terkecil yang digunakan - memungkinkan platform bekerja selama empat jam di bawah beban kerja. Ada juga opsi untuk menggandakan kapasitas - untungnya, palka servis dan daya apung yang lebih besar memungkinkan banyak hal.

Gerris USV adalah anak yang hidup dan bekerja (dan dengan pikirannya!)

Garris ini adalah nama generik Latin untuk kuda - mungkin serangga yang terkenal, mungkin bergegas melintasi air dengan kaki yang berjarak jauh.

Target Hydrodrone Hulls Diproduksi dari laminasi epoksi kaca multi-lapisan – cukup kuat untuk kondisi keras, berpasir/kerikil dari pekerjaan yang dimaksud. Mereka dihubungkan oleh rangka aluminium yang dapat dibongkar dengan cepat dengan balok geser (untuk memudahkan pengaturan draf) untuk memasang alat pengukur (penyanyi gema, GPS, komputer terpasang, dll.). Kenyamanan tambahan dalam transportasi dan penggunaan tercakup dalam garis besar kasus. cakram (dua per pelampung). Motor ganda juga berarti baling-baling yang lebih kecil dan keandalan yang lebih tinggi, sementara pada saat yang sama dapat menggunakan lebih banyak simulasi daripada motor industri.

18. Melihat salon dengan motor dan kotak listrik. Tabung silikon yang terlihat adalah bagian dari sistem pendingin air.

19. Untuk uji coba air pertama, kami memberi bobot lambung agar katamaran berperilaku memadai untuk kondisi pekerjaan yang dimaksud - tetapi kami sudah tahu bahwa platform dapat menanganinya!

Dalam versi berikutnya, kami menguji berbagai sistem propulsi, secara bertahap meningkatkan efisiensi dan tenaganya - oleh karena itu, versi platform berikutnya (tidak seperti katamaran pertama beberapa tahun yang lalu) dengan margin kecepatan yang aman juga mengatasi aliran setiap sungai Polandia.

20. Set dasar - dengan satu sonar (belum terhubung di sini). Dua balok pemasangan yang dipesan pengguna juga memungkinkan perangkat pengukuran diduplikasi dan dengan demikian meningkatkan keandalan pengukuran itu sendiri.

21. Lingkungan kerja biasanya berkerikil dengan air yang sangat keruh.

Karena unit dirancang untuk beroperasi dari 4 hingga 8 jam terus menerus, dengan kapasitas 34,8 Ah (atau 70 Ah di versi berikutnya) - satu di setiap casing. Dengan waktu pengoperasian yang begitu lama, jelas bahwa motor tiga fasa dan pengontrolnya perlu didinginkan. Ini dilakukan dengan menggunakan sirkuit air pemodelan tipikal yang diambil dari belakang baling-baling (pompa air tambahan ternyata tidak diperlukan). Perlindungan lain terhadap kemungkinan kegagalan yang disebabkan oleh suhu di dalam pelampung adalah pembacaan parameter secara telemetrik pada panel kontrol operator (yaitu, tipikal pemancar untuk simulasi modern). Secara teratur, khususnya, kecepatan mesin, suhunya, pengatur suhu, tegangan baterai suplai, dll. Didiagnosis.

22. Ini bukan tempat untuk model crop yang ramping!

23. Langkah selanjutnya dalam pengembangan proyek ini adalah penambahan Autonomous Control Systems. Setelah menelusuri reservoir (di peta Google atau secara manual - sesuai dengan aliran di sekitar unit kontur reservoir yang diukur), komputer menghitung ulang rute sesuai dengan perkiraan parameter dan setelah menyalakan autopilot dengan satu sakelar, operator dapat dengan nyaman duduk untuk mengamati pengoperasian perangkat dengan minuman ringan di tangannya ...

Tugas utama dari seluruh kompleks adalah untuk mengukur dan menyimpan dalam program geodesi terpisah hasil pengukuran kedalaman air, yang kemudian digunakan untuk menentukan kapasitas reservoir total yang diinterpolasi (dan dengan demikian, misalnya, untuk memeriksa jumlah kerikil yang dipilih sejak pengukuran terakhir). Pengukuran ini dapat dilakukan baik dengan kontrol manual perahu (identik dengan model terapung konvensional yang dikendalikan dari jarak jauh) atau dengan pengoperasian sakelar yang sepenuhnya otomatis. Kemudian pembacaan sonar saat ini dalam hal kedalaman dan kecepatan gerakan, status misi atau lokasi objek (dari penerima GPS RTK yang sangat akurat, diposisikan dengan akurasi 5 mm) ditransmisikan ke operator secara berkelanjutan dasar oleh operator dan aplikasi kontrol (juga dapat mengatur parameter misi yang direncanakan) .

Versi latihan ujian dan pengembangan

dijelaskan hidrodron Ini telah berhasil melewati sejumlah tes dalam berbagai, biasanya kondisi kerja, dan telah melayani pengguna akhir selama lebih dari satu tahun, dengan susah payah "membajak" reservoir baru.

Keberhasilan prototipe dan akumulasi pengalaman menyebabkan lahirnya unit baru yang bahkan lebih canggih dari unit ini. Fleksibilitas platform memungkinkannya untuk digunakan tidak hanya dalam aplikasi geodetik, tetapi juga, misalnya, dalam proyek siswa dan banyak tugas lainnya.

Saya percaya bahwa berkat keputusan yang berhasil dan ketekunan serta bakat manajer proyek, akan segera ada perahu gerris, setelah diubah menjadi proyek komersial, mereka akan bersaing dengan solusi Amerika yang ditawarkan di Polandia, yang jauh lebih mahal dalam hal pembelian dan pemeliharaan.

Jika Anda tertarik dengan detail yang tidak tercakup di sini dan informasi terbaru tentang perkembangan struktur yang menarik ini, silakan kunjungi situs web proyek: GerrisUSV di Facebook atau biasanya: MODElmaniak.PL.

Saya mendorong semua pembaca untuk menyatukan bakat mereka untuk menciptakan proyek yang inovatif dan bermanfaat bersama-sama—terlepas dari (seberapa akrabnya!) “Tidak ada yang membayar di sini.” Percaya diri, optimisme dan kerjasama yang baik untuk kita semua!