Félévkezdés

Na, kibuliztam magam augusztusban, szóval akár fel is lehet pörgetni az eseményeket:

A tervezett témakiírásom Önlab 2-re a következő:

"Autonóm felszíni oceanográf fejlesztése (II):

A tengeri mérések elvégzése általában idő és költségigényes feladat, pedig nagy hatással lehetnek a kutatás térségére. A feladat egy autonóm GPS vezérlésű felszíni kutatóhajó tervezése és építése, mely előre kijelölt térségben képes önállóan navigálni és méréseket végezni.

Féléves feladatok:

A hajó alacsony szintű vezérlésének implementálása (motorvezérlés, kommunikáció, MIMO irány és sebességszabályozás). A hajó dinamikus modelljének meghatározása, hajótest elkészítése. Elektronika elkészítése, működés tesztelése. A rendszer kombinálása az előző féléves eredményekkel (pályatervezés, navigáció). Vitorlázó-üzem energetikai és megvalósíthatósági vizsgálata, széltől függő pályatervezés, vezérlés."

Egy idő után csak leesett, hogy a vízen egy vitorla segítségével lehet a legtovább mozgásban maradni, a vitorlakezeléshez szükséges szervomotorok energiaellátását pedig napelem is biztosítani tudja. Persze lesznek kiegészítő motorok is (NQD-757).

http://www.ensta-bretagne.eu/images/contenu//actualite/VAIMOS.jpg

A másik pozitív hozománya a vitorlázásnak, hogy nem vethetik a szememre, csak egy távirányítós hajót építek, hanem lesz valami kutatás-szaga is a dolognak. Egyébként már számos ilyen design létezik, erre szakosodott versenyeket is kiírtak, ami tök jó. Már csak egy életképes koncepció kell. El is kezdtem olvasni a XY-tól a Vitorlázás c. könyvet, a Műszaki Könyvkiadótól. Mintha direkt nekem írták volna azt a könyvet, alaposan bemutat mindent de nem virágnyelven, hanem nyomásgradiensekkel.

Azért nem telt teljesen haszontalanul augusztus, kitaláltam egy módszert a hajótest legyártására: Térben kijelölt pontokat megfelelően paraméterezett Dealuney háromszögeléses módszerrel háromszögekre bontunk. Ezeket kivágjuk egyesével rétegelt lemezből, majd a megfelelő oldalakat epoxyval összeragasztjuk, felépítve az eredeti térbeli modellt. Ahogy egy jó barátom jellemezte az ötletet:

"Szegény ember 3D nyomtatója"

Még várom a konzulensem reakcióját a témakiírásra és a vitorlázós ötletre. Remélem zöld utat kapok.

Hajógyártás

Pár nappal ezelõtt az Obi-ban végre felfedeztem a megfelelõ elemeket a hajó vázszerkezetének és felépítményének legyártásához: beton-acél összekötõ lemezek. Ilyen-olyan összecsavarozható masszív, rozsdamentes lemezek a legkülönfélébb méretekben.

Kép

A következõ napokban a két ama hajótest formáját és legyártásának módját kellene megálmodni, rajzolni az egészrõl egy skiccet és megvenni a szerkezeti elemeket.

Kép

Buzi Conrad még mindig nem volt képes beszerezni a BeagleBoardomat, de azzal is haladni kellene, vészesen közeleg szeptember!

Motor

Ez a bejegyzés a hajóról és motorjáról szól, a Stirling-motor építési tapasztalatokhoz a "Stirling" kulcsszóra keress.

A hajó meghajtását Stirling-motorra bíznám, vagy legalábbis a pufferakkumulátorok töltését. Lássuk miért:

A norvég és dán tengeralattjárók kizárólag stirling-motor meghajtásúak, ezért talán nem annyira hamvába halt ez az ötlet.

Egy stirling motor megépítése lényegesen olcsóbb, mint egy akkumulátoros energiatárolás kiépítése. Ráadásul sokkal hosszabb üzemidõt eredményez.

A tengert kihasználva a Motor-körfolyamat hatásfokát nagymértékben növelhetjük a hideg oldal erõteljes vízhûtésével.

Veszélyei:

A Stirling motor külsõégésû motor. Meghibásodás esetén meggyulladhat az egész hajó.

A motor csúcsteljesítménye relatíve alacsony. Intelligens fogyasztóvezérlésre van szükség ilyen jellegû meghajtásnál, vagy pufferelt energiafogyasztásra.

A motor az Alfa-stirling elrendezést követné, és dupla kialakítású lenne.
Elõnye, hogy sokféle elrendezést követhet, így a melegoldali dugattyúk a "vaka"-ban, míg a hidegoldali dugattyúk az oldal-hajótestekben helyezhetõek el. Így a két motor teljesítménye és a súlyelosztás is kiegyenlítettebb.
Hátránya, hogy két légmentes dugattyúra van szükség motoronként, ezért a motor belsõ ellenállása valamivel magasabb.

A hajótest

Az energiaforrás, vezérlõszoftver, gps/rádió vevõ és a hajótest kritikus részei a designnak. Minden olyan eleme a rendszernek, mely meghibásodása esetén a hajó képtelen elérni a partot (ahol állunk) kritikus. Ezek között nem állítható fel prioritássorrend, hibátlanságuk ÉS kapcsolatban áll a vízrebocsájthatóság feltételében.
Mivel azonban az idõ és költségkeret szûkös, a hajótest határozza meg a többi elem korlátait, nem pedig fordítva, ahogy logikus lenne.
Emellett a hajótest megbízhatósága különösen kritikus, hiszen a meghibásodása esetén nem csak mentés szükséges, hanem teljes újjáépítés.
Ezért, és hajódinamikai okokból a hajótest Trimaran elrendezést követ.

Earthrace Trimaran - inspiráció.

Bármely hajótest meghibásodàsa esetén a másik kettõ képes a hajó vízfelszínen tartására, valamint az egyik ama levásásakor is a felszínen marad a hajó.
A trimaran hajótest meglehetõsen stabil, így magasabbra kerülhetnek a felépítmények.
A lényegesen nagyobb szélesség/hoszzúság arány miatt fordulékony hajót kapunk, míg az egyenes irányú közegellenállás nem nõ jelentõsen.
A trimaran hátrányaiként tartják számon az orrabukás veszélyét, a nehéz kikötõi manõverezést és alacsony helykihasználást. Az elõbbi feltétel csupán vitorláshajók esetében érvényes, az utóbbiak csak nagyméretû, ember szállítására alkalmas hajók esetében áll fenn. Így egyértelmûen jó megoldásnak tekinthetjük a háromtestes kialakítást.

BMESHIP.01

A BMESHIP.01 célja egy - mûszaki értelemben - egyszerû és megbízható távirányítható és/vagy autonóm vezérlésû hajó megvalósítása.

A projektet saját zsebbõl finanszírozom, így nagy hangsúlyt kapott a prototípus költséghatékonysága is. Megjegyzendõ, hogy ami prototípus esetében olcsó megoldás, tömeggyártás esetén kimondottan drága és rossz megoldás lehet. Mint például a python alapú vezérlés, könnyû és gyors fejleszteni, de ha nem módosul rendszeresen a program, felesleges.

Azért használom a hajó kifejezést, mert az elsô változat csupán GPS és iránytû szenzorokkal lesz felszerelve.

AAU hajó

Egyelõre fantázianeveket használok, hogy elrejtsem ennek a blognak a létezését, hogy elkerüljem a kiröhögéseket, ha nem lesz belõle semmi :)
A címben említett projekthez legelõször meg kell köszönnöm RLC, NØ, FJ és TM segítségét, pontosabban én segítettem nekik, és rengeteget tanultam tõlük Aalborgban. Remélem õk is tõlem valamennyit. A BMESHIP ötlete hozzájuk köthetõ, valamint több kisebb megoldásé is, pl a Stirling motor, a Python használata.
Röviden leírva a 0-ról hoztunk össze fél év alatt egy mûködõképes, teljesen autonóm vezérlésû robothajót. Hadd beszéljenek helyettem a teszteredmények:

Videók

A BMESHIP projekt célja hasonló, de nem egy összetákolt hajó létrehozása, hanem egy átgondolt, megbízható autonóm kutató-platformé.