Шариков Максим
Челябинская область, г. Челябинск
МБОУ «Лицей № 11 г. Челябинска», 8 класс
РАЗРАБОТКА ПРОТОТИПА РОБОТИЗИРОВАННОГО СУДНА НА ВОЗДУШНОЙ ПОДУШКЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭФФЕКТА ОТРАЖЕНИЯ ВОЗДУШНЫХ СТРУЙ – «ЛЕПТОНИКС»
1
Научный руководитель: Овсяницкий Дмитрий Николаевич, Челябинская область, г. Челябинск, студия "Ожившая механика", руководитель
0
Ит
Максим Шариков
10
Ит
РАЗРАБОТКА ПРОТОТИПА РОБОТИЗИРОВАННОГО СУДНА НА ВОЗДУШНОЙ ПОДУШКЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭФФЕКТА ОТРАЖЕНИЯ ВОЗДУШНЫХ СТРУЙ – «ЛЕПТОНИКС»
Цель работы
Разработать прототип роботизированного СВП с использованием эффекта отражения воздушных струй – «Лептоникс».
Актуальность работы
Создание данного прототипа проистекает из концепции создания комплекса (ячейки) состоящей из нескольких разнообразных мини-роботов связанных между собой для выполнения единой цели.
Данный прототип не создаёт давление на грунт , соответственно, может использоваться на мягких грунтах на границе сред, например, в прибрежной, приморской зоне, в районе пляжа, на болотах, на минных полях, а также на плавающих и зыбучих грунтах , например, в пустыне. Данные свойства прототипа могут быть актуальны в зонах ЧС или военных конфликтов.
Задачи
  1. Провести анализ имеющихся СВП.
  2. Выявить положительные и отрицательные стороны каждого аппарата.
  3. Проработать техническую задачу.
  4. Создать прототип аппарата из доступных материалов.
  5. Провести испытания.
  6. Установить и устранить возможные проблемы.
  7. Подготовить аппарат для установки электронных систем.
Новизна
Квадрокоптерная схема расположения моторов – нет необходимости в развесовке аппарата.

Вертикальный забор воздуха и конструкция заборника в виде трубы по типу импеллера с нижним расположением винтомоторной группы. Получаем все плюсы и минусы импеллера.

Техническое решение – использование чашеобразных элементов для использования отраженного от поверхности воздуха. Такое решение может быть применимо не только для воздушных потоков и винтовых моторов.
Лептоникс – в переводе с греческого означает «маленький когтистый». Является частью названия млекопитающего - морского леопарда (Hydrurga лептоникс), единственного животного в своём роде. Отличается способностью быстро передвигаться в воде и на суше.

Суда на воздушной подушке (СВП), на наш взгляд, являются очень перспективными видами транспорта. Они могут эффективно передвигаться по воде, мягкому и твердому грунту, снегу, грязи. В тех местах, где использовать другие транспортный средства не представляется возможным, затруднено или не целесообразно. Поэтому СВП был внесен нами в список роботизированных аппаратов, которые мы хотим объединить в единую систему взаимодействия для совместного использования в различных жизненных ситуациях.

Это могут быть исследования, помощь при ЧС, сбор каких-либо данных, разведка. Полагаем, что работа в системе аппаратов с различными возможностями перемещения в разных средах и на их границах будет более эффективной, чем использование их по отдельности.

Из опыта создания предыдущих прототипов СВП нами были выявлены ряд отрицательных моментов, присущих как большинству СВП, так и создаваемым нами моделям. В данном прототипе мы учли эти моменты и внедрили собственные наработки, поэтому целью проекта стало – разработка прототипа роботизированного СВП с использованием эффекта отражения воздушных струй – «Лептоникс».
Этап 1. Исследования.

СВП – Судно на воздушной подушке - судно, у которого вся масса или значительная ее часть на ходу или без хода поддерживается над водой (грунтом, льдом и т.д.) силами избыточного давления воздуха, постоянно нагнетаемого под днище в полость, называемую воздушной подушкой. Конструкция предложена в 1716 шведским ученым Э. Сведенборгом

В ходе работы над предыдущими проектами мы изучили различные виды и типы СВП, различные схемы подушек и способы их создания. Нами рассмотрены все положительные и отрицательные качества подобного типа судов, которые широко известны.
Рисунок 1. Схема классического СВП
На данном этапе нами были выявлены ещё ряд проблем, которым уделено меньше внимания.
  1. Проблема развесовки судна, проблема размещения полезной нагрузки на судне.
  2. Проблема, которую мы выявили в нашей конструкции – потеря воздуха в винтомоторной группе.
Рисунок 2. Схема потери воздуха через винтомоторную группу
Этап 2. Постановка технической задачи. Решение выявленных на этапе исследования проблем.

Первой задачей стало решение проблемы развесовки. Для решения данной задачи мы обратились к конструкциям других аппаратов, где эта проблема решена. Наиболее оптимальным решением нам показалось совместить СВП с квадрокоптером. (рисунок 3).
    Рисунок 3. Схема работы квадрокоптера
    Мы установили четыре винтомоторные группы и 4х осевой гироскопический датчик, как у коптера, использовав классический полетный контроллер. Направление вращение винтов как в коптере – диагональное. Гироскопический датчик поддерживает горизонтальное положение СВП увеличивая или уменьшая скорость вращения моторов в зависимости от величины угла наклона судна. Такая компоновка показала себя замечательно.

    Вторая проблема – проблема потери воздуха заставила нас вернуться к исследовательскому этапу и расширить поиски. Мы рассматривали не только схемы СВП, но и схемы вентиляции, схемы управления потоками воздуха. В результате мы заметили ряд деталей, которые устанавливаются на различные винтомоторные группы, но несколько с другой целью. (рисунок 4).
      Рисунок 4. Схема СВП с успокоительными камерами
      Мы уже ставили в ходе работы такое устройство, получили положительный результат в компоновке с 1 мотором. При нашей установке с четырьмя моторами такое устройство ухудшало систему управления. Пришлось разрабатывать новое устройство с учетом возникающих воздушных потоков.

      Этап 3. Создание нового компонента системы прототипа и его испытания.

      За основу создания нового устройства был взят классический диффузор, который используется в системах вентиляции. Основная функция диффузора состоит в изменении скорости потока воздуха (замедление) и изменение направления потока воздуха (рисунок 5).
        Рисунок 5. Воздушные потоки формируемые диффузором
        В нашем случае нужно было устройство, не мешающее основному потоку проходить в подушку, но мешающее ему выходить через место крепления мотора и места сужения лопастей. То есть с одной стороны диффузор, с другой стороны анемостат наоборот, не распределяющий поток, а собирающий. Таким устройство стала перевернутая салатница. Хоть форма её была не совсем подходящей, но общий вид помог подобрать оптимальную на наш взгляд форму. Устройство получило условное название – «чашечка». Принцип работы чашечки следующий: вертикальный воздушный поток, создаваемый винтом, упирается и в дальнейшем обтекает чашечку, она работает как диффузор. Это позволяет ему более равномерно распределиться в подушке. Затем часть отраженного от поверхности воздуха поступает внутрь чашечки создавая там уплотнение и не выходя наружу. Таким образом, мы получаем локальную дополнительную подъемную силу. (рисунок 6).
          Рисунок 6. Схема воздушных потоков формируемые чашечкой
          Этап 4. Испытания прототипа и устранение возможных проблем.

          Опыты показали, что в месте установки чашечки воздух распределяется в 3х направлениях – вертикально вниз (воздушная струя), от края чашечки, вдоль дна в подушку (+ не перпендикулярно отраженный) и воздух собирающийся в чашечку. СВП как-бы стоит на этой вертикальной струе и уплотнении, создающемся внутри чашечки.

          Результатом испытания применения чашечки стала двукратная высота подъема судна над поверхностью, уменьшение необходимой мощности моторов для создания подъемной силы и соответственно экономия аккумулятора. В настоящее время создаваемый аппарат находится в процессе доработки, проводятся различные испытания, в том числе на плавучесть, для возможного его использования на поверхности жидкостной среды без подъема над ней.

          Рассматривается вариант установки на СВП системы для подлета.
            Результаты
            Разработан и создан прототип роботизированного СВП с использованием эффекта отражения воздушных струй – «Лептоникс».

            1. На сегодняшний день техническая часть прототипа роботизированного СВП полностью готова для установки электронной части
            2. В ходе работы решены возникшие проблемы и созданы новые устройства.
            3. На аппарат установлены маршевые винты, а также создано дополнительное толкающее устройство (проходит испытания).
            4. Созданный аппарат имеет оригинальную форму, обладает плавучестью.
            5. Аппарат проходит испытания на предмет укомплектования его системой подлёта.
            Перспектива развития
            Суда на воздушной подушке (СВП), на наш взгляд, являются очень перспективными видами транспорта. Они могут эффективно передвигаться по воде, мягкому и твердому грунту, снегу, грязи. В тех местах, где использовать другие транспортный средства не представляется возможным, затруднено или не целесообразно.
            Расписание работы автора проекта
            11 апреля, пн
            Диалог с экспертами
            Ответы на вопросы
            14:00
            14:20

            15:35 - 15:45

            Калинкин Д.А.
            Курганова Ю.А.
            11 апреля, пн
            14:40
            15:00
            15:20
            Чирский С.П.
            Чичекин И.В.
            Трубачев Е.А.

            Задайте вопрос автору проекта
            Обязанность отвечать на заданные вопросы остается полностью на участнике. Организаторы форума не несут ответственности за сроки получения ответа.
            Заполняя данную форму Вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности сайта.
            Пообщайтесь с автором в режиме реального времени
            Вы можете посмотреть диалог с экспертом и задать вопросы автору в форме вебинара.
            Расписание сессий приведено выше