Elektronika

Instalujemy elektronikę

Równolegle podczas prac nad kadłubem były przygotowywane układy elektroniczne. Zaczęliśmy od podstawowego wyposażenia czyli autopilota i sterowników silników. Dołożyliśmy do tego przetwornik i echosondę do wykonywania pomiarów, a także kamerę z bezpośrednią transmisją obrazu do stacji roboczej, aby mieć stały podgląd otoczenia łodzi. Całość została zasilona wysokiej jakości bateriami litowo-jonowymi.

Początkowo mieliśmy trochę problemów ze sterownikami. Szukaliśmy błędu w sposobie ich zaprogramowania. Znalezienie przyczyny wymagało trochę wysiłku. Ostatecznie zdecydowaliśmy się na wymianę kompletu sterowników dzięki czemu problemy się skończyły.

Wstępne dogranie pracy podzespołów nie było zadaniem trywialnym, dlatego pierwsze testy sterowania przeprowadziliśmy w besenie. Dość szybko okazało się, że podstawowe funkcje bezpieczeństwa takie jak – powrót do bazy w przypadku utraty sygnału – udało się zaprogramować i byliśmy na najlepszej drodze do pierwszych testów “na wodzie”.

Układ napędowy

Dobór napędu

Z prac nad modelowaniem kadłuba posiadaliśmy informacje dotyczące prognozy oporowej, czyli punktu wyjścia do doboru napędu. Wiedzieliśmy, że chcemy zastosować nowoczesny silnik bezszczotkowy. Mieliśmy kilka przetestowanych modeli z wcześniejszych projektów i chcieliśmy iść w tym kierunku. Istotną kwestią był odpowiedni dobór mocy, po to by z jednej strony zapewnić nadwyżkę mocy na warunki ekstremalne, z drugiej natomiast, żeby mieć możliwie najmniejsze straty energetyczne.

Chcieliśmy stworzyć układ bardzo solidny, o niskim ryzyku uszkodzenia, dlatego zrezygnowaliśmy z używania jakichkolwiek przekładni czy pędników azymutalnych i umieściliśmy śrubę na łożyskowanym wale prostym z podwójnym uszczelnieniem. Rozwiązanie takie gwarantuje absolutną szczelność przejścia bez konieczności stosowania zalewanej dławicy.

Jeżeli chodzi o dobór śruby to na razie bazowaliśmy na śrubach seryjnych typu uciągowego. Śruby zakupiliśmy w sklepie modelarskim. W planie jest wykonanie optymalizacji i projektu śruby dedykowanej, jednak dopiero po testach łodzi na wodzie. Właściwy dobór śruby jest kluczowym elementem w układzie napędowym, ponieważ bezpośrednio przekłada się na sprawność całego układu napędowego. Będziemy jeszcze wracać do tego tematu.

Kadłub - sztuka

Kadłub – sztuka

Mamy to! Udało się bez problemów wyciągnąć pierwszą sztukę z formy. Kadłub wykonaliśmy na zbrojeniu z maty szklanej. Laminat z tym zbrojeniem charakteryzuje się dużą udarnością, czyli wytrzymałością na uderzenia. Dla tak małej gabarytowo jednostki uszkodzenia od uderzenia są niewątpliwie najbardziej ryzykowne. Pozostałe obciążenia nie mają większego znaczenia.

Zastosowaliśmy laminat, ponieważ jest to materiał, który prawidłowo wykonany pozwoli nam na użytkowanie urządzenia bez najmniejszych problemów przez co najmniej 10 lat. Nasz kadłub dodatkowo poddaliśmy wygrzewaniu w specjalnie przygotowanej komorze grzewczej, aby poprawić własności wytrzymałościowe, ale również odporność na szkodliwe oddziaływanie wody i wilgoci.

Kadłub ma być użyty w jednostce pomiarowej/badawczej dlatego zdecydowaliśmy się na żółty kolor żelkotu. Kolor żółty jest najlepiej widoczny w wodzie, dzięki czemu ułatwi nam obserwacje i rejestrację pracy jednostki na wodzie. Przy okazji tego projektu chcieliśmy dokonać kilku doświadczeń dotyczących charakterystyk oporowych kadłuba wypornościowego, ale to tylko dygresja. Teraz skupiamy się na modelowaniu pokładu.

W międzyczasie dotarła do nas zamówiona w USA echosonda z przetwornikiem. Wcześniej przeprowadziliśmy szeroko zakrojony przegląd produktów w tym zakresie. Sprawdziliśmy oferty wszystkich liczących się producentów echosond o interesujących nas parametrach. Zdecydowaliśmy się na zamówienie zagraniczne, głównie ze wzgledu na korzystną cenę. Bez problemu można ten sam produkt otrzymać na polskim rynku, jednak jego cena jest minimum 50% wyższa.

 

Forma

Kadłub – forma

Mając dobrze wykonane kopyto przechodzimy do budowy formy. Materiałem formy jest laminat poliestrowo-szklany tzn. żywica poliestrowa ze zbrojeniem z włókien szklanych. Forma stanowi negatyw finalnego produktu, czyli jej powierzchnia wewnętrzna przylega bezpośrednio do zewnętrznej powierzchni gotowego wyrobu. Od jakości powierzchni formy zależy jakość finalnego produktu. Dlatego, nie chcąc ryzykować zaprzepaszczenia naszego wcześniejszego wysiłku przy budowie kopyta, wykonaliśmy kilka próbek testowych samego żelkotu oraz laminatu. Próbki różniły się między sobą parametrami dotyczącymi temperatury nakładania oraz proporcji utwardzacza. Chcieliśmy sprawdzić wpływ poszczególnych czynników na własności finalnego kompozytu.

Uzyskaliśmy zadowalające rezultaty, więc mogliśmy przystąpić do robienia formy. Przestrzegając wcześniej ustalonych procedur udało się uniknąć niespodzianek. Forma została dodatkowo usztywniona poprzecznym żebrem, aby zminimalizować ryzyko deformacji po ściągnięciu z kopyta. Byliśmy bardzo zadowoleni z jakości uzyskanej powierzchni oraz faktu, że kopyto dało się lekko oddzielić od formy bez uszkadzania żadnego z elementów.

 

Kadłub - kopyto

Kadłub – kopyto

Budujemy kadłub! Wyplotowaliśmy przekroje kadłuba i nanieśliśmy je na płaty pianki poliuretanowej. Całość obrobiliśmy do pożądanego kształtu zwracając szczególną uwagę na odwzorowanie zamodelowanego kadłuba oraz płynność powierzchni. Eksperymentowaliśmy sporo z różnymi rodzajami materiałów pianki bazowej, kleju, szpachli oraz innych powłok służących do wyprowadzenia dobrej jakości powierzchni kopyta tj. elementu na bazie którego będziemy wykonywać formę kadłuba.

Korzystając z dużej wiedzy jaką posiadamy na temat teorii i procesu produkcji laminatów oraz pasji eksperymentowania (charakterystycznej dla niektórych członków zespołu), metodą kolejnych przybliżeń wyprowadzaliśmy powierzchnię kopyta. Pomimo tego, że założeniem budowy pierwszego kadłuba były jedynie testy jednostki prototypowej, chcieliśmy uzyskać możliwie najwyższą jakość powierzchni.

Po około dwóch tygodniach prac udało nam się osiągnąć oczekiwany efekt.  Możemy stwierdzić, że kluczowe było dobranie odpowiedniego rodzaju pianki i szpachli. Reakcje chemiczne, które pojawiają się w kontakcie styrenu z różnymi rodzajami pianek mogą powodować ich deformacje pomimo tego, że dana pianka powinna być “teoretycznie” odporna na odziaływanie styrenu. Parametry kopyta były właściwe, zachowaliśmy płynną powierzchnię oraz pożądane odzwierciedlenie modelu bazowego. Mogliśmy szykować się do produkcji formy. Przygotowaliśmy listę materiałową uwzglęniajacą zarówno formę jak również kolejne spodziewane sztuki kadłubów testowych. Zabieramy się za laminat.

Modelowanie

Modelujemy

Przyjemną cześcią projektu jest moment kiedy wizja przeobraża się w coś bardziej namacalnego, a modele 3D i wizualizacje takie są. Dodatkowo potrzebne było przygotowanie kształtu części podwodnej, którą wykonaliśmy za pomocą profesjonalnego oprogramowania do modelowania kształtu kadłuba statku. Nasz cykl projektowy nie odbiegał zanadto od tego, jaki znajduje zastosowanie przy projektowaniu pełnowymiarowych jednostek pływających, z tą różnicą, że poszczególne etapy trwały znacznie krócej. Udało nam się zoptymalizować kształt kadłuba dla prognozowanej prędkości projektowej, dzięki temu liczyliśmy na niskie zapotrzebowanie na energię, a to przekładało się dalej na znaczną autonomiczność łodzi.

Projekt części pokładowej zmienialiśmy wielokrotnie, poszukując optymalnego zagospodarowania przestrzeni oraz możliwości właściwego rozstawienia oprzyrządowania, w szczególności anten. W koncepcji jednostka pomiarowa miała być wyposażona w panele słoneczne, żeby jeszcze bardziej wydłużyć czas pracy urządzenia. Panele pochłaniały znaczną część przestrzeni pokładowej.

Ważnymi punktami przy planowaniu pokładu było również rozmieszczenie kamer, czujników przeszkód oraz pozostawienie właściwej przestrzeni wewnątrz jednostki na zamontowanie dodatkowych opcji jak kamera podwodna, dodatkowy zestaw baterii itp. Projekt jest nadal żywy, stale rozwijany i będzie jeszcze z pewnością ulegał dalszym zmianom. Jednak musimy od czegoś materialnie zacząć. Zaczynamy od kadłuba.

Szkic

Pierwsze wizje

Należało zabrać się za budowę jednostki pomiarowej. Od czegoś trzeba było zacząć. Mając spore doświadczenie przy różnego typu projektach, wiedzieliśmy, że na samym początku nie można wdawać się za bardzo w szczegóły. Chodziło o to, żeby stworzyć coś namacalnego, wizję, która będzie w stanie realizować powierzone misje. Zastanawialiśmy się nad różnymi rozwiązaniami formy kadłuba, napędu oraz zasilania. Wstępnie ustaliliśmy, że będzie to katamaran i zaczęliśmy rozplanowywać wymagane wewnętrzne przestrzenie. Robiliśmy wstępne obliczenia wymaganej pojemności baterii, szacowaliśmy masę, moc silników, prędkość roboczą itd.

Pomysłów było bardzo wiele, jednak niektóre bardzo skomplikowane i na tym etapie musieliśmy je po prostu odrzucić. Chcieliśmy mieć zgodność co do formy i wymiarów gabarytowych, zanim przejdziemy do modelowania 3D naszej łodzi. Założyliśmy, że bardzo istotny jest łatwy transport, dlatego wymiary gabarytowe i masa musiały na to pozwalać. To wpływało bezpośrednio na prędkość roboczą łodzi. Drogą kolejnych przybliżeń doszliśmy do gabaryów 800 x 600 x 300 i masy ok. 15 kg.

DreamTeam

Dobieramy zespół

Mamy pomysł, ideę która wymaga wykonania ogromnej pracy, żeby uzyskać jakikolwiek efekt. W tym celu musieliśmy stworzyć zespół, który będzie w stanie sprostać takiemu zadaniu.  Nie mogli to być przypadkowi ludzie, ponieważ praca wymaga dużej wiedzy z zakresu elektroniki, informatyki, oceanotechniki i generalnie konstruktywnego inżynierskiego podejścia. Na szczęście mieliśmy idealnych do tego celu kandydatów, którym co więcej nasz pomysł się spodobał.

Rozpoczęliśmy dyskusje i omawianie poszczególnych punktów projektu. Zarysowaliśmy wstępny plan jego wdrażania i zaczęliśmy oddzielać rzeczy realne od fantazji. Na tym etapie było bardzo ważne, żeby odnaleźć wspólny język i w miarę możliwości jednolite oczekiwania, ponieważ nie można było liczyć na żadne profity, jedynie dość spore wydatki, więc praca nad projektem musiała przynosić satysfakcję i dawać możliwość kreatywnego rozwoju. Z tą myślą przewodnią przedstawialiśmy nasz projekt.

Stwierdziliśmy, że czteroosobowy zespół na wstępnym etapie projektu będzie idealny. Czery osoby to dobra grupa zadaniowa, która jest na tyle mała, że pozwala na bardzo szybkie reagowanie, a jednocześnie na tyle liczna, że w razie niespodzianek zawsze znajdzie się ktoś, kto bedzie mógł zająć się tematem. Rozpoczynamy pracę.

Powstaje pomysł

Powstaje pomysł

Powstaje pomysł… Godziny i dni spędzone nad jeziorem w poszukiwaniu ryb oraz długie dyskusje doprowadziły do tego, że uznaliśmy, iż tak być nie może, że nie ma ryb. Trzeba to sprawdzić! Ale jak? Tak w dużym skrócie powstaje pomysł użycia dronów, echosond i Bóg wie jak daleko jeszcze się posuniemy, żeby w końcu odpowiedzieć sobie na pytanie: gdzie i ile ryb jest w naszych jeziorach?

Pytań było więcej. Ciekawiły nas również nieduże jeziora w okolicy Trójmiasta. Ale jak wygląda rozkład głębokości i czy w ogóle znajdują się w nich jakieś ryby? W samym Gdańsku zostało oddanych do wędkarskiego użytku około 30 zbiorników retencyjnych, o których wiadomo było tylko tyle, że są. Od tych miejsc chcemy zacząć naszą przygodę z generowaniem map.

Pomysł w zasadzie jest prosty: przeskanować możliwie najmniej inwazyjną metodą jak najwięcej zbiorników wodnych. Jednak nie ma takich urządzeń. Na świecie znalazłoby się kilka, które są w posiadaniu Uniwersytetów lub firm offshorowych. Pozostaje budowa własnego urządzenia.