Gerris USV - Hydrodrohne von Grund auf neu!

Heute geht es bei „In der Werkstatt“ um ein etwas größeres Projekt – nämlich um ein unbemanntes Schiff, das beispielsweise fürbathymetrische Messungen eingesetzt wird. Über unseren ersten Katamaran, angepasst an eine funkgesteuerte Version, können Sie in der 6. Ausgabe von „Young Technician“ für 2015 lesen. Diesmal stellte sich das MODELmaniak-Team (eine Gruppe erfahrener Modellbauer der Kopernik Model Workshop Group in Breslau) der freundlichen Herausforderung, von Grund auf eine schwimmende Plattform für Messgeräte zu entwickeln, die noch besser an die Bedingungen auf Kies angepasst ist. Steinbruch, mit der Möglichkeit, es zu einer eigenständigen Version zu erweitern, was dem Bediener mehr Raum zum Atmen gibt.

Ich begann mit der Anpassung ...

Auf ein ähnliches Problem stießen wir zum ersten Mal, als wir vor einigen Jahren nach der Möglichkeit der Einführung von Laufwerken gefragt wurden Anpassung an die Funksteuerung der gezogenen Bathymetrie (d. h. eine Messplattform zur Messung der Tiefe von Gewässern).

1. Erste Version der Messplattform, nur angepasst an die RC-Version

2. Die Antriebe der ersten Hydrodrohne waren leicht modifizierte Aquarienwechselrichter – und die funktionierten ganz gut, obwohl sie definitiv keinen „Bauwiderstand“ hatten.

Die Simulationsaufgabe bestand darin, Aktuatoren für vorgefertigte PE-streckblasgeformte Schwimmer (RSBM – ähnlich PET-Flaschen) zu entwerfen und herzustellen. Nach Analyse der Betriebsbedingungen und verfügbaren Optionen haben wir uns für eine eher ungewöhnliche Lösung entschieden - und ohne die Rümpfe unterhalb der Wasserlinie zu beeinträchtigen, installierten wir Aquarienumrichter-Wechselrichter als Antriebe mit der zusätzlichen Fähigkeit, sich um 360 ° zu drehen und zu heben (z , beim Auftreffen auf ein Hindernis oder beim Transport) ) . Diese Lösung, zusätzlich unterstützt durch ein separates Steuerungs- und Stromversorgungssystem, ermöglichte die Kontrolle und Rückgabe an den Bediener auch bei Ausfall einer der Sektionen (rechts oder links). Die Lösungen waren so erfolgreich, dass der Katamaran immer noch in Betrieb ist.

3. Bei der Vorbereitung unseres eigenen Projekts analysierten wir ausführlich (oft persönlich!) Viele ähnliche Lösungen - in dieser Abbildung deutsch ...

4.…hier ist ein Amerikaner (und ein paar Dutzend mehr). Einzelne Rümpfe lehnten wir als weniger vielseitig ab und Antriebe, die unter dem Boden hervorstehen, als potentiell problematisch in Betrieb und Transport.

Der Nachteil war jedoch die Empfindlichkeit der Scheiben gegenüber Wasserverschmutzung. Obwohl Sie den Sand nach einem Notschwimmen an Land schnell vom Rotor entfernen können, müssen Sie auf diesen Aspekt achten, wenn Sie zu Wasser lassen und in Bodennähe schwimmen. Denn es geht damit allerdings um die Erweiterung der Messmöglichkeiten, und diese hat sich in dieser Zeit auch erweitert. Einsatzgebiet der Hydrodrohne (auf den Flüssen) zeigte unser Freund Interesse an einer neuen Entwicklungsversion der Plattform, die speziell für diesen Zweck entwickelt wurde. Wir haben uns dieser Herausforderung gestellt – gemäß dem didaktischen Profil unseres Studios und gleichzeitig die Möglichkeit gebend, die entwickelten Lösungen in der Praxis zu testen!

5. Schnell faltbare modulare Koffer waren aufgrund ihrer Vielseitigkeit und einfachen Transportmöglichkeiten sehr inspirierend 3 (Foto: Materialien des Herstellers)

Gerris USV - technische Daten:

• Länge/Breite/Höhe 1200/1000/320 mm

• Konstruktion: Epoxidglas-Verbundwerkstoff, Aluminium-Verbindungsrahmen.

• Verdrängung: 30 kg, einschließlich Tragfähigkeit: mindestens 15 kg

• Antrieb: 4 BLDC-Motoren (wassergekühlt)

• Versorgungsspannung: 9,0 V… 12,6 V

• Geschwindigkeit: Arbeiten: 1 m/s; maximal: 2 m/s

• Betriebszeit mit einer Ladung: bis zu 8 Stunden (mit zwei 70-Ah-Akkus)

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

Die Übungen gingen weiter - also Annahmen für ein neues Projekt

Die Leitprinzipien, die wir uns bei der Entwicklung unserer eigenen Version gesetzt haben, waren die folgenden:

• Doppelhülle (wie bei der ersten Option, die die größtmögliche Stabilität gewährleistet, die für genaue Messungen mit einem Echolot erforderlich ist);
• redundante Antriebs-, Energie- und Steuerungssysteme;
• Verdrängung, die den Einbau von Bordgeräten mit einem Gewicht von min. 15 kg;
• einfache Demontage für den Transport und zusätzliche Fahrzeuge;
• Abmessungen, die den Transport in einem normalen Pkw auch im zusammengebauten Zustand ermöglichen;
• Die Laufwerke sind vor Beschädigung und Verschmutzung geschützt und rund um das Gehäuse dupliziert.
• Vielseitigkeit der Plattform (kann in anderen Anwendungen verwendet werden);
• Möglichkeit des Updates auf eine Standalone-Version.

6. Die ursprüngliche Version unseres Projekts beinhaltete eine modulare Aufteilung in Abschnitte, die mit unterschiedlichen Technologien gebaut wurden, die jedoch genauso einfach wie gängige Blöcke zusammengebaut werden konnten und verschiedene Einsatzmöglichkeiten erhielten: von funkgesteuerten Rettungsmodellen über USV-Plattformen bis hin zu elektrische Tretboote

Design versus Technologie, also Lernen aus Fehlern (oder bis zu dreimal mehr als Kunst)

Zuerst stand natürlich die Recherche an – es wurde viel Zeit damit verbracht, im Internet nach ähnlichen Designs, Lösungen und Technologien zu suchen. Sie haben uns so sehr inspiriert Hydrodrohne für verschiedene Anwendungen, sowie modulare Kajaks und kleine Passagierboote zum Selbstaufbau. Wir gehörten zu den ersten, die Beweise für den Wert der Zweirumpfkonstruktion der Einheit fanden (aber bei fast allen befanden sich die Propeller unter dem Meeresboden – die meisten waren für den Betrieb in saubereren Gewässern konzipiert). Modulare Lösungen Industriell gefertigte Kajaks veranlassten uns, über eine Aufteilung des Modellkörpers (und Werkstattarbeiten) in kleinere Elemente nachzudenken. Somit entstand die erste Version des Projekts.

7. Dank des Jakobsche-Editors waren die anschließenden 3D-Gestaltungsmöglichkeiten schnell erstellt - notwendig für die Umsetzung in Filamentdrucktechnologie (die ersten beiden und letzten beiden Segmente des Körpers resultieren aus den Druckraumbeschränkungen der eigenen Drucker).

Zunächst haben wir eine gemischte Technologie eingeführt. Beim ersten Prototyp mussten die Bug- und Heckteile aus dem stärksten Material bestehen, das wir finden konnten (Acrylnitril-Styrol-Acrylat – kurz ASA).

8. Angesichts der erwarteten Genauigkeit und Wiederholbarkeit der Modulverbindungen erforderten die Mittelteile (ein halber Meter lang, letztendlich auch ein Meter) eine entsprechende Ausrüstung.

9. Unser Top-Kunststofftechnologe produzierte eine Reihe von Testmodulen, bevor das erste ASA extreme gedruckt wurde.

Letztendlich haben wir nach dem Proof of Concept, um spätere Fälle schneller zu realisieren, auch überlegt, Abdrücke als Hufe zu verwenden, um Formen für die Laminierung zu erstellen. Die Mittelmodule (50 bzw. 100 cm lang) mussten aus Kunststoffplatten zusammengeklebt werden – wofür unser echter Pilot und Spezialist für Kunststofftechnik – Krzysztof Schmit (den Lesern von „In der Werkstatt“ bekannt, unter anderem als Co-Autor ( MT 10/2007) oder funkgesteuerter Maschinen-Amphibienhammer (MT 7/2008).

10. Der Druck der Endmodule hat gefährlich lange gedauert, also haben wir begonnen, Positivkörper-Vorlagen zu erstellen – hier in der klassischen, gefälzten Version.

11. Die Sperrholzummantelung erfordert etwas Kitt- und Endlackierung - aber wie sich herausstellte, war dies ein guter Schutz im Falle eines möglichen Ausfalls der Navigationsbrigade ...

3D-Design des neuen Modells für den Druck, herausgegeben von Bartłomiej Jakobsche (eine Reihe seiner Artikel über elektronische 9D-Projekte finden Sie in den Ausgaben von „Młodego Technika“ vom 2018/2–2020/XNUMX). Bald fingen wir an, die ersten Elemente des Rumpfes zu drucken - aber dann begannen die ersten Schritte ... Das genau genaue Drucken dauerte mehrdeutig länger als wir erwartet hatten, und es gab kostspielige Mängel, die sich aus der Verwendung von viel stärkerem Material als üblich ergaben ...

12. ...der einen ähnlichen Huf mit einer XPS-Schaumschale und CNC-Technologie hergestellt hat.

13. Auch der Schaumstoffkern musste gereinigt werden.

Da der Abnahmetermin besorgniserregend schnell näher rückt, haben wir uns entschieden, vom modularen Design abzuweichen 3D-Druck für solide und bekanntere Laminattechnologie - und wir begannen, in zwei Teams parallel an verschiedenen Arten von positiven Mustern zu arbeiten (Hufe) Gehäuse: traditionell (Konstruktion und Sperrholz) und Schaumstoff (mit einer großen CNC-Fräse). In diesem Rennen nahm das „Team der neuen Technologien“ unter der Leitung von Rafal Kowalczyk (übrigens ein Multimedia-Spieler bei nationalen und weltweiten Wettbewerben für die Gestaltung funkgesteuerter Modelle – darunter der Co-Autor des beschriebenen „At the Workshop“) teil. 6/2018) einen Vorteil verschafft.

14. ... zur Erstellung einer Negativmatrix geeignet sein ...

15. ...wo bald die ersten Glas-Epoxiddrucke von Schwimmkörpern hergestellt wurden. Es wurde ein Gelcoat verwendet, der auf dem Wasser deutlich sichtbar war (da wir die Module bereits aufgegeben hatten, gab es keinen Grund, bei der Arbeit mit zweifarbigen Dekorationen einzugreifen).

Daher folgte die weitere Arbeit des Workshops Rafals drittem Designpfad: ausgehend von der Erstellung positiver Formen, dann negativer - durch die Abdrücke von Epoxidglasgehäusen - bis hin zu fertigen IVDS-Plattformen (): zuerst ein voll ausgestatteter Prototyp , und dann nachfolgende, noch fortschrittlichere Kopien der ersten Serie. Hier wurden Form und Details des Rumpfes an diese Technologie angepasst – bald erhielt die dritte Version des Projekts einen eindeutigen Namen von ihrem Anführer.

16. Die Voraussetzung für dieses Bildungsprojekt war die Verwendung von öffentlich zugänglichem Modellbau-Equipment - aber das bedeutet nicht, dass wir sofort eine Idee für jedes Element hatten - im Gegenteil, heute ist es schwierig zu zählen, wie viele Konfigurationen versucht wurden - und die Designverbesserung endete nicht dort.

17. Dies ist die kleinste der verwendeten Batterien - sie ermöglicht es der Plattform, vier Stunden unter Arbeitslast zu laufen. Es besteht auch die Möglichkeit, die Kapazität zu verdoppeln – zum Glück lassen Serviceluken und mehr Auftrieb einiges zu.

Gerris USV ist ein lebhafter, fleißiger Junge (und hat seinen eigenen Kopf!)

Gerris das ist der lateinische Gattungsname für Pferde - wohl bekannte Insekten, die vermutlich auf weit auseinander stehenden Gliedmaßen durchs Wasser eilen.

Zielen Sie auf Hydrodrohnenkörper Hergestellt aus mehrschichtigem Glas-Epoxy-Laminat – stark genug für die rauen Sand-/Kiesbedingungen des beabsichtigten Einsatzes. Sie waren durch einen schnell demontierbaren Aluminiumrahmen mit verschiebbaren (zur Erleichterung der Tiefgangseinstellung) Trägern zur Montage von Messinstrumenten (Echolot, GPS, Bordcomputer usw.) verbunden. Zusätzliche Bequemlichkeiten bei Transport und Verwendung werden in Umrissen von Koffern behandelt. Scheiben (zwei pro Float). Doppelmotoren bedeuten außerdem kleinere Propeller und eine höhere Zuverlässigkeit und ermöglichen dennoch noch mehr Simulation als Industriemotoren.

18. Ein Blick in den Innenraum mit Motoren und Elektrokasten. Der sichtbare Silikonschlauch ist Teil des Wasserkühlsystems.

19. Für die ersten Wasserversuche haben wir die Rümpfe beschwert, damit sich der Katamaran für die Bedingungen der beabsichtigten Arbeit angemessen verhält - aber wir wussten bereits, dass die Plattform damit umgehen kann!

In den nachfolgenden Versionen haben wir verschiedene Antriebssysteme getestet und deren Effizienz und Leistung schrittweise gesteigert - daher bewältigen nachfolgende Versionen der Plattform (im Gegensatz zum ersten Katamaran vor vielen Jahren) mit einem sicheren Geschwindigkeitsspielraum auch die Strömung jedes polnischen Flusses.

20. Basisset - mit einem (hier noch nicht angeschlossenen) Sonar. Die beiden vom Anwender zu bestellenden Montagebalken ermöglichen zudem eine Duplizierung der Messgeräte und erhöhen so die Zuverlässigkeit der Messungen selbst.

21. Die Arbeitsumgebung besteht normalerweise aus Kies mit sehr trübem Wasser.

Da das Gerät für einen Dauerbetrieb von 4 bis 8 Stunden ausgelegt ist, mit einer Kapazität von 34,8 Ah (bzw. 70 Ah in der nächsten Version) – jeweils einer. Bei einer so langen Laufzeit liegt es auf der Hand, dass Drehstrommotoren und deren Steuerung gekühlt werden müssen. Dies geschieht über einen typischen Modellwasserkreislauf hinter den Propellern (eine zusätzliche Wasserpumpe erwies sich als unnötig). Ein weiterer Schutz gegen mögliche Ausfälle durch die Temperatur im Inneren der Schwimmer ist das telemetrische Auslesen der Parameter auf dem Bedienfeld des Bedieners (d. h. einem für moderne Simulationen typischen Sender). Regelmäßig werden insbesondere Motordrehzahlen, deren Temperatur, Temperatur von Reglern, Spannung von Versorgungsbatterien etc. diagnostiziert.

22. Das ist kein Platz für elegante, verkürzte Styles!

23. Der nächste Schritt in der Entwicklung dieses Projekts war die Hinzufügung von Autonomous Control Systems. Nach dem Verfolgen eines Reservoirs (auf einer Google-Karte oder manuell - entsprechend der Strömung um die Kontureinheit des gemessenen Reservoirs) berechnet der Computer die Route gemäß den geschätzten Parametern neu und nach dem Einschalten des Autopiloten mit einem Schalter kann der Bediener bequem sich hinsetzen, um den Betrieb des Geräts mit einem Erfrischungsgetränk in der Hand zu beobachten ...

Die Hauptaufgabe des gesamten Komplexes besteht darin, die Ergebnisse der Wassertiefenmessungen zu messen und in einem separaten Geodätikprogramm zu speichern, die anschließend zur Ermittlung der interpolierten Gesamtspeicherkapazität (und damit beispielsweise zur Überprüfung der seitdem entnommenen Kiesmenge) verwendet werden der letzten Messung). Diese Messungen können entweder durch manuelle Bedienung des Bootes (identisch mit einem herkömmlichen ferngesteuerten Schwimmmodell) oder durch vollautomatische Betätigung eines Schalters durchgeführt werden. Anschließend werden die aktuellen Sonarwerte in Tiefe und Geschwindigkeit, Missionsstatus oder Objektstandort (von einem äußerst genauen RTK-GPS-Empfänger mit einer Genauigkeit von 5 mm) von der Dispatcher- und Steuerungsanwendung (dies kann auch möglich sein) fortlaufend an den Bediener übermittelt Legen Sie die Parameter der geplanten Mission fest.

Übungsversionen der Prüfung und Entwicklung

Beschrieben Hydrodrohne Es hat eine Reihe von Tests unter verschiedenen typischen Betriebsbedingungen erfolgreich bestanden und ist seit mehr als einem Jahr erfolgreich beim Endverbraucher im mühevollen „Pflügen“ neuer Lagerstätten im Einsatz.

Der Erfolg des Prototyps und die gesammelten Erfahrungen führten zur Entstehung neuer, noch fortschrittlicherer Komponenten dieser Einheit. Die Vielseitigkeit der Plattform ermöglicht den Einsatz nicht nur in geodätischen Anwendungen, sondern beispielsweise auch in studentischen Projekten und vielen anderen Aufgaben.

Ich glaube, dass es dank guter Entscheidungen und des Fleißes und Talents des Projektmanagers bald soweit sein wird Gerris-BooteNach der Umwandlung in ein kommerzielles Projekt werden sie eine erhebliche Konkurrenz zu den in Polen angebotenen amerikanischen Lösungen darstellen, die in Bezug auf Anschaffung und Wartung um ein Vielfaches teurer sind.

Wenn Sie an hier nicht beschriebenen Details und den neuesten Informationen über die Entwicklung dieser interessanten Struktur interessiert sind, besuchen Sie bitte die Projektwebsite: GerrisUSV auf Facebook oder traditionell: MODElmaniak.PL.

Ich ermutige alle Leser, ihre Talente zu bündeln, um gemeinsam innovative und nützliche Projekte zu schaffen – unabhängig von dem (wie vertrauten!) „Hier zahlt sich nichts aus.“ Glaube an dich, Optimismus und eine gute Zusammenarbeit für uns alle!