Gerris USV - 从零开始的水力无人机！
今天，“在车间”是关于一个稍微大一点的项目——也就是说，关于一个无人船，例如，用于测深测量。 您可以在 6 年第 2015 期《青年技术员》中了解我们的第一艘双体船，适用于无线电控制版本。 这一次，MODELmaniak 团队（一群经验丰富的建模师隶属于弗罗茨瓦夫的 Kopernik Model Workshops Group）面临着从头开始设计更适合砾石条件的浮动测量平台的友好挑战。 采石场，可扩展为独立版本，为操作员提供更多喘息空间。
从定制开始...
几年前，当我们被问及引入驱动器的可能性时，我们第一次遇到了这个问题。 适应无线电控制拖曳测深 （即用于测量水体深度的测量平台）。
1.测量平台初版，仅适配RC版
2. 第一个水力无人机的驱动器是稍微修改过的水族箱逆变器——它们工作得很好，尽管它们绝对没有“施工阻力”。
模拟任务是为预制 PE 拉伸吹塑浮子（RSBM——类似于 PET 瓶）设计和制造执行器。 在分析了操作条件和可用选项之后，我们选择了一个非常不寻常的解决方案 - 在不干扰水线以下船体的情况下，我们安装了水族箱循环逆变器作为驱动器，具有 360 度旋转和提升的附加功能（例如, 当遇到障碍物时或在运输过程中) ) 。 该解决方案由单独的控制和电源系统额外支持，即使在其中一个部分（右侧或左侧）出现故障的情况下，也可以控制并返回给操作员。 这些解决方案非常成功，以至于双体船仍在运营。
3. 在准备我们自己的项目时，我们详细分析了（通常是个人！）许多类似的解决方案 - 在这个插图中，德语......
4.…这是一个美国人（还有几十个）。 我们拒绝了单一船体，因为它的通用性较差，并且驱动器突出在底部以下，因为在操作和运输方面存在潜在问题。
然而，缺点是磁盘对水污染的敏感性。 虽然您可以在紧急游到岸边后快速清除转子上的沙子，但在下水和靠近底部游泳时需要小心这方面。 但是，因为它确实包括测量能力的扩展，并且在此期间也有所扩展。 水力无人机范围 （在河流上）我们的朋友对专门为此设计的平台的新开发版本表现出兴趣。 我们接受了这一挑战 - 根据我们工作室的教学概况，同时提供在实践中测试开发的解决方案的机会！
5. 快速折叠的模块化箱子以其多功能性和易于运输的特点非常鼓舞人心 3（照片：制造商的材料）
Gerris USV - 技术数据：
• 长/宽/高 1200/1000/320 mm
• 结构：环氧玻璃复合材料，铝连接框架。
• 排量：30 公斤，包括承载能力：不小于 15 公斤
• 驱动：4 BLDC 电机（水冷）
• 电源电压：9,0 V…12,6 V
• 速度：工作：1 m/s； 最大：2 m/s
• 一次充电的工作时间：长达 8 小时（使用两节 70 Ah 的电池）
• 项目网站：https://www.facebook.com/GerrisUSV/
练习继续 - 即新项目的假设
我们在开发自己的版本时为自己设定的指导原则如下：
- 双壳（与第一个版本一样，保证使用回声测深仪获得准确测量所需的最大稳定性）；
- 冗余驱动、电源和控制系统；
- 位移，允许安装车载设备称重最小。 15公斤；
- 易于拆卸运输和附加车辆；
- 允许在普通乘用车中运输的尺寸，即使在组装后；
- 防止损坏和污染，身体旁路中的重复驱动器；
- 平台的普遍性（在其他应用程序中使用它的能力）；
- 升级到独立版本的能力。
6. 我们项目的原始版本涉及模块化划分为使用不同技术构建的部分，然而，这些部分可以像流行的块一样容易组装并具有各种用途：从无线电遥控救援模型，通过 USV 平台，到电动脚踏船
设计与技术，即从错误中学习（或比艺术多三倍）
起初，当然是进行研究——花费大量时间在 Internet 上搜索类似的设计、解决方案和技术。 他们给了我们很多启发 氢氟酸 各种应用，以及用于自组装的模块化皮划艇和小型客船。 在第一批中，我们发现了该装置双壳布局的价值（但几乎所有的螺旋桨都位于海床下方——其中大部分设计用于在更清洁的水域中工作）。 模块化解决方案 工业皮划艇促使我们考虑将模型船体（和车间工作）拆分成更小的部分。 因此，创建了项目的第一个版本。
7. 感谢 Jakobsche 的编辑，很快创建了后续的 3D 设计选项——这是在长丝打印技术中实施所必需的（身体的前两段和最后两段是打印机所拥有的打印空间限制的结果）。
最初，我们采用混合技术。 在第一个原型中，船首和船尾部分必须由我们能找到的最坚固的材料（丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯-简称 ASA）制成。
8. 由于模块连接的预期精度和可重复性，中间部分（半米长，最终也是一米）需要适当的设备。
9. 在打印第一个极端 ASA 元件之前，我们的顶级塑料技术专家制作了一系列测试模块。
最终，在概念验证之后，为了更快地实现后续案例，我们还考虑使用印模作为蹄子来制作用于层压的模具。 中间模块（50 或 100 厘米长）必须用塑料板粘合在一起 - 为此，我们真正的塑料技术飞行员和专家 - Krzysztof Schmit（为“在车间”的读者所熟知，包括作为合著者（ MT 10 / 2007）或无线电控制的机器两栖锤（MT 7/2008）。
10. 末端模块的打印花费了危险的长时间，因此我们开始创建正体模板 - 这里是经典的打折版本。
11.胶合板护套需要一些油灰和最后的油漆 - 但事实证明，这是一个很好的保护，以防航行旅可能出现故障......
新模型的3D设计 用于印刷，由 Bartłomiej Jakobsche 编辑（他关于 9D 电子项目的一系列文章可以在 2018 年 2 月至 2020 年 XNUMX 月的“Młodego Technika”期刊中找到）。 很快我们开始打印机身的第一个元素——但随后第一步开始了……准确准确的打印花费的时间比我们预期的要长，而且由于使用比通常更坚固的材料而导致代价高昂的缺陷……
12. …谁用 XPS 泡沫体和 CNC 技术制造了类似的蹄子。
13. 泡沫芯也必须清洗。
随着验收日期快得惊人，我们决定放弃模块化设计和 3D 打印用于硬质且广为人知的层压技术 - 我们开始在两个团队中并行研究不同类型的积极模式（蹄） корпус：传统（建筑和胶合板）和泡沫（使用大型 CNC 路由器）。 在这场比赛中，由 Rafal Kowalczyk 领导的“新技术团队”（顺便说一下，在无线电控制模型建造者的国家和世界比赛中的多媒体播放器 - 包括所描述的“在车间”的合著者 6/ 2018）获得了优势。
14. ...适合制作负矩阵...
15. …很快就制作了第一批玻璃环氧树脂浮法印刷品。 使用了一层胶衣，在水面上清晰可见（由于我们已经放弃了模块，没有理由干扰双色装饰的工作）。
因此，工作室的进一步工作遵循了 Rafal 的第三条设计路径：从创建正面形式开始，然后是负面形式 - 通过环氧玻璃外壳的印记 - 到现成的 IVDS 平台（）：首先，一个装备齐全的原型，然后是第一个系列的后续甚至更高级的副本。 在这里，船体的形状和细节都适应了这项技术——很快，该项目的第三个版本就从其领导者那里获得了一个独特的名字。
16. 这个教育项目的假设是使用公开可用的建模设备 - 但这并不意味着我们立即对每个元素有了想法 - 相反，今天很难计算尝试了多少配置 - 和设计改进并没有就此结束。
17. 这是所用电池中最小的——它们允许平台在工作负载下运行四个小时。 还有一个选项可以将容量加倍 - 幸运的是，服务舱口和更大的浮力允许很多。
Gerris USV 是一个活泼、勤奋的孩子（而且用他的思想！）
加里斯 这是马的拉丁通用名称——可能是众所周知的昆虫，可能以宽阔的四肢冲过水面。
目标 Hydrodrone 船体 由多层玻璃环氧树脂层压板制成 - 强度足以应对预期工作的恶劣、沙质/砾石条件。 它们由一个可快速拆卸的铝制框架连接，该框架带有用于安装测量仪器（回声测深仪、GPS、车载计算机等）的滑动（便于设置吃水）梁。 案例大纲中涵盖了运输和使用方面的其他便利。 驱动器 （每个浮动两个）。 双电机还意味着更小的螺旋桨和更高的可靠性，同时能够使用比工业电机更多的模拟。
18.看看有电机和电箱的沙龙。 可见的硅胶管是水冷系统的一部分。
19. 对于第一次水上试验，我们对船体进行了加权，以使双体船在预期工作条件下表现得足够好 - 但我们已经知道平台可以处理它！
在后续版本中，我们测试了各种推进系统，逐渐提高了它们的效率和功率 - 因此，具有安全速度余量的平台的后续版本（与多年前的第一艘双体船不同）也可以应对每条波兰河流的流量。
20. 基本装置 - 带有一个（此处尚未连接）声纳。 两个用户订购的安装梁还允许复制测量设备，从而提高测量本身的可靠性。
21. 工作环境通常是砾石，水非常浑浊。
由于该装置设计为连续运行 4 至 8 小时，容量为 34,8 Ah（或下一个版本为 70 Ah）——每种情况下都有一个。 如此长的运行时间，显然需要对三相电机及其控制器进行冷却。 这是使用取自螺旋桨后方的典型模拟水回路完成的（事实证明不需要额外的水泵）。 另一个防止浮筒内部温度可能导致故障的保护措施是遥测读取操作员控制面板上的参数（即现代模拟的典型变送器）。 特别是定期诊断发动机转速、发动机温度、调节器温度、供电电池电压等。
22. 这不是时尚剪裁模特的地方！
23. 该项目开发的下一步是增加自主控制系统。 在追踪一个水库后（在谷歌地图上或手动-根据被测水库等高线单元周围的流量），计算机根据估计的参数重新计算路线，并在一键打开自动驾驶仪后，操作员可以轻松坐下来观察设备的运行情况，手里拿着软饮料......
整个综合体的主要任务是测量水深测量的结果并将其保存在单独的大地测量程序中，这些结果随后用于确定插值的总水库容量（例如，检查自最后一次测量）。 这些测量可以通过手动控制船（与传统的遥控浮动模型相同）或通过开关的全自动操作来进行。 然后根据深度和移动速度、任务状态或物体位置（来自极其精确的 RTK GPS 接收器，定位精度为 5 毫米）的当前声纳读数持续传输给操作员由调度员和控制应用程序根据（也可以设置计划任务的参数）。
考试和发展的实践版本
描述 水力无人机 它在各种典型工况下成功通过了多项测试，并已为最终用户服务一年多，苦心“耕”新油藏。
原型的成功和积累的经验导致了该单位新的、更先进的单位的诞生。 该平台的多功能性使其不仅可以用于大地测量应用，还可以用于学生项目和许多其他任务。
我相信，多亏了成功的决策和项目经理的勤奋和才华，很快就会有 格里斯船，在转换为商业项目后，它们将与波兰提供的美国解决方案竞争，这些解决方案在购买和维护方面要贵很多倍。
如果您对此处未涵盖的细节以及有关此有趣结构开发的最新信息感兴趣，请访问项目网站：Facebook 上的 GerrisUSV 或传统上的：MODElmaniak.PL。
我鼓励所有读者齐心协力，共同创造创新和有益的项目——不管（多么熟悉！）“这里没有任何回报。” 自信，乐观和良好的合作给我们所有人！
