Потаённое Судно - в аквариуме
Здравствуйте, друзья.
Ко мне обратился за советом 8-миклассник Константин. Он изготавливает модель первой в России подводной лодки - потаенного судна. Электронная начинка есть, встал вопрос как лучше реализовать механику. Требования к проекту достаточно интересные.
- Модель будет плавать в обычном аквариуме в учебном заведении. Размер лодки не больше 30см в длину.
- Двигается только вперед/назад и вверх/вниз по программе на Arduino
- Напоминает прототип в форме деревянной бочки.
Конструкция
--------------
Для такой форму корпуса мне кажется лучше использовать схему с 2мя корпусами: прочный и легкий. У Константина есть обычная деревянная модель судна (1 вопрос - водостойкость). Выполнена из реечек. Размер 20см в длину, 10см макс диаметр, 7см диаметр на торцах. Примерный объем НАДводной части равен 10см3. (см фото)
Прочный корпус содержит:
- ардуино - для управления
- БЦ + регулятор хода
- регулятор хода главного мотора
ХОдовой мотор предлагается использовать БК (бесколлекторный) с реверсивным регулятором хода и малыми оборотами (низким kv). Его можно расположить снаружи прочного корпуса. (2 вопрос - гермитизация двигателя)
В итоге из прочного корпуса выходят только провода к двигателю и штуцер БЦ. Такой корпус можно сделать из пластиковой банки с закручивающейся крышкой.
Балластная Цистерна
-------------------
Этот сложный узел уже есть! Константин реализовал его на коллекторном моторе с редуктором и штоком, толкающим поршень шприца.
Т.к. объем НАДводной части достаточно мал, то кажется такая БЦ справится.
Питание
-------
Лодка будет плавать в аквариуме. Можно реализовать внешнее питание по проводу, чтобы она там плескалась круглые сутки от розетки. Но если крышка прочного корпуса делать легкоразборной, то можно и аккумулятор разместить внутри.
Проект уже длится какое-то время, и хотелось бы его завершить до НГ. Посему сложные решения не очень подходят.
Вопросы
-------
- Как лучше защитить деревянный внешний корпус модели от влаги?
- Как лучше защитить двигатель расположеныый снаружи? На сколько ему вредна вода из под крана? Может есть добавки в аквариум, чтобы вода меньше разъедала?
- Какая схема питания вам нравится больше: внешнее по проводку (модель всегда ориентирована носом в одну сторону), или внутренний аккумулятор?
Требования достаточно непривычные, и возможно где-то можно отступить от принятых схем. Поэтому любые мысли и предложения приветствуются.
Пропитать водостойким лаком , как внутри ,так и снаружи. Есть яхтенные лаки, по древесине…
ХОдовой мотор предлагается использовать БК (бесколлекторный) с реверсивным регулятором хода и малыми оборотами (низким kv). Его можно расположить снаружи прочного корпуса. (2 вопрос - гермитизация двигателя)
Какой такой мотор снаружи? Оно-ж на веслах должно было ходить с гребцом унутре 😃
Еврика!
Проект действительно специфичный.
- лодка должна плавать в относительно чистой воде аквариума.
- двигаться медленно
- у прототипа не было винта
Сложное решение: Мотор с редуктором в корпусе, дейдвуд, торцевая заглушка, медленный винт.
Простое (гениальное) решение: использовать в качестве движителя погружной аквариумный микронасос (см. фото). Он уже обладает необходимой гидроизоляцией, имеет какой-то ресурс и супер-низкую цену в 125руб в Мск. Нам понадобится 2шт таких для реверса хода.
В итоге струя будет выходить из щели легкого корпуса, движение лодки получится достаточно медленным, а сама она будет копийной.
Корпус - пока пробуем поместить все в банке из-под соли (см фото), внутренний размер 55х135мм. Главным образом отталкивались от БЦ - шприц диаметром 30мм и длиной 100мм, плюс моторчик с редуктором и валом 30мм.
Помимо бц надо уместить: батарейки, ардуино, драйвер мотора.
- Как лучше защитить деревянный внешний корпус модели от влаги?
Сделать из пластика с имитацией покраской/расшивкой под дерево - любой приличный стендовик проблему решает без проблем,от оригинала будет трудно отличимо .Можно и на 3 Д распечатать сразу со структурой волокон .
Судно может иметь копийный привод. Чтобы весла гребли под водой, на холостом ходу лопасть весла должна устанавливаться в горизонтальное положение, на рабочем ходу - в вертикальное, т.е. в крайних положениях лопасть должна проворачиваться на 90 градусов. Роль гребца может исполнять обычная серва. Поворот лопасти - еще одна. Мозгов ардуино для управления процессом гребли вполне достаточно. Для гибких водонепроницаемых уключин понадобится резиновая вставка. Подвеску весла, чтобы оно и качалось, и крутилось, придется делать на кардане. Задача не очень простая, но ничего сверхъестественного 😃
Судно может иметь копийный привод. Чтобы весла гребли под водой, на холостом ходу лопасть весла должна устанавливаться в горизонтальное положение, на рабочем ходу - в вертикальное, т.е. в крайних положениях лопасть должна проворачиваться на 90 градусов. Роль гребца может исполнять обычная серва. Поворот лопасти - еще одна. Мозгов ардуино для управления процессом гребли вполне достаточно. Для гибких водонепроницаемых уключин понадобится резиновая вставка. Подвеску весла, чтобы оно и качалось, и крутилось, придется делать на кардане. Задача не очень простая, но ничего сверхъестественного 😃
Нашел простую конструкцию
Но она рассчитана на движение по поверхности воды, для подводного же варианта надо её доработать. Пока плохо это представляю, каким-то образом следует лопастям, при “замахе”, придать горизонтальное направление, а при “толчке”, вертикальное. Да, дело не простое.
Зацепила меня сложность проблемы, все эти дни, при удобном случае, чертил варианты решения этой механической задачки. Похоже получается справиться с заданием, начал чертить подробный эскиз, Как доведу до ума, то сразу и выложу результат. А пока кратко: механизм состоит из трёх взаимозависимых частей, первая часть представляет из себя фундамент конструкции, по которой перемещается вторая часть, изменяющая положение вёсел, и приводимая в движение круглой пружиной, к примеру, от шариковой ручки, и наконец, сверху перемещается третья часть, предназначенная так же для изменения положения вёсел, которое происходит за счёт плоской пружины, к примеру, сделанной из крепления ёлочного шарика. Управление механизмом осуществляет одна серва, “таская” верхнюю его часть. Пока, как-то так.
Нам нужен только поступательный ход весла - туда-сюда Такое реализуется кривошипно-шатунным механизмом. На каждое весло нужен свой кривошип и шатун, между кривошипами ставится стойка с подшипниками. Можно использовать сервы.
Далее самое простое решение - складная лопасть весла. При ходе весла назад лопасть гребет, при ходе весла вперед лопасть складывается. Вариант чуть посложней - с поворотом лопасти. Механизм по принципу тумблера - пружинка, которая способна фиксировать два устойчивых положения и рычажок, который перекидывается на 90 градусов в крайних положениях шатуна, упираясь в ограничители.
Можно все сделать на шестеренках, а для поворота лопасти использовать мальтийский крест с карданом, но это уже будет довольно сложная конструкция.
Вариант чуть посложней
Вот-вот, мой вариант из сложных. И, пожалуй, вы правы, не стоит “городить огород”, а стоит делать вариант со складными лопастями под управлением сервой, т.е. она и осуществляет поступательный ход обоих вёсел. И, что б лопасти лучше раскрывались, на них надо установить “закрылки”.
Со складными лопастями все становится предельно просто - рядом ставятся две сервы, подключаются через Y-реверсер, чтобы отрабатывали в разные стороны. Между приемником и Y-реверсером включается модуль “Angry Birds”: toyhobby.ru/shop/catalog/product_info.php?products…
Если конструкция негерметичная, то весла можно просто прикрутить к качалкам, если нужна герметичность, придется герметизировать уключины, а привод весел от серв делать через дополнительные тяги. Механика получается совсем простая, а управление от одного канала газа.
Словом, выбор за хозяином темы.
У нас лодка движется вперед и назад (в аквариуме не развернуться). За компактностью не гнались, водоизмещение 1кг. Рабочий объем балластной цистерны получился 50мл.
Что касается механизма с двигающимися веслами, да еще чтобы он приводил в движение судно - очень сложно. Теоретически все узлы уже существуют, но разместить это в тесном корпусе, и дать настоящую нагрузку - вылезет много нюансов на каждом шагу.
Очень даже хорошо! Если сможете сделать герметичные шарниры для вёсел, то со складными лопастями проблем будет меньше. Удачи!
Если вопрос с движением судна решен, движущиеся весла могут быть простой имитацией. В этом случае не нужна ни серва, ни герметизация. Можно отобрать часть струи от насоса и направить его на гребное колесико внутри бочки, а от него сделать привод на весла, как на ролике в сообщении #7. В принципе, привод колесика можно сделать и на всасывании насоса. Весла должны просто шевелиться, зато у зрителей будет крышу сносить 😃