Модель подводной лодки на радиоуправлении своими руками

Содержание

Из этих элементов мастер будет делать подводную лодку на радиоуправлении. Авторское видео канала Science Vetal внизу статьи.

Для этого нужно 2 долларовых насоса. Arduino uno. Nano. Джойстик. Два радиомодуля. Сервопривод. Драйвер двигателя. Аккумулятор на 7,4 вольта. Зарядное устройство для него. Корпусом является бутылка на 375 миллилитров. Набрал воды, чтобы узнать ее вес.

Из закона Архимеда следует, что без воды, которая будет выталкиваться из емкости, должен равняться весу самой емкости. В представленном случае лодка. Она должна уметь плыть под толщей воды, не всплывая сампроизвольно. На поверхности не видно, полностью погружена в бассейн. Вес всей электроники с довеском для выравнивания 373 грамма. Arduino UNO будет передатчиком, nano – приемником.
Все радиодетали продаются дешево в этом китайском магазине.

Выбираем параметры и нажимаем кнопку загрузить.

Теперь собираем пульт управления. Берем arduino и вставляем шилд. Затем nrf24 L01 вставляем в разъем. Пульты готов, осталось только подключить питание. Используется аккумулятор. Схема не представлена, в скетче приемника написано подключение. Какая электронная начинка будет на подводном корабле. Все это нужно засунуть внутри подводной лодки.

Посмотрим, как работает изготовленное устройство. Сначала включаем всегда пульт управления. Зачем лодку. Подводный катер погружается на дно за счёт положения регулятора глубины. Он представляет из себя простую систему. Кусочек пластмассы, петля. Крепеж. Проволочка, которая выходит на сервопривод и крепится внутри.

На этом этапе испытания показали, что лодка пока не совсем идеальная, она может плавать под водой, но нет поворотов. Мастеру это не очень нравится, он хочет заменить также корпус. Это будет в одном из следующих видео.

Есть статья о другом устройстве такого рода.

Yellow submarine.

Когда ПЛ уже не всплыть,

И только час на жизнь нам дан,

В отсеке тесном, так и быть,

Получитьнастоящую подводную лодку мне захотелось в классе 4-мна даче. Тогда отец сделал мне из фанеры резиномоторную подводную лодку, по чертежам из «Моделиста конструктора». Потом мы запускали ее на пляже.Лодка прикольно подныривала метров на 10 и глубину 0.5-1 м, а потом всплывала, когда заряд резинового аккумулятора заканчивался. До создания радиоуправляемой модели дело тогда не дошло. Да и не могло дойти из-за отсутствия в продаже систем радиоуправления.

Все модели подводных лодок, которые мне попадались последнее время не имели балластной цистерны и погружались только используя рули глубины. Все эти модели имели к тому же очень небольшое водоизмещение, мало что можно было на них погрузить. Когда в начале года я наткнулся на «Нептуна» от компании « Tanger Tiger », полнофункциональную модель с балластной цистерной и возможностью установки видеокамеры, то крепко задумался. Водоизмещение лодки было около 8 кг, т.е. На нее можно было повесить по моим предположениям нагрузкуболее 1 кг.

В общем капитан Немо отдыхает со своим электрическим «Наутилусом» по сравнению с «Нептуном», не было у него на лодке ни видеокамеры, ни радиоуправления.

Напрягалото, что лодка поставлялась в абсолютно разобранном на винтики виде, в прямом смысле этого выражения. К приобретению ееменя сподвиглостечение обстоятельств. Одна из причин — день рождение дочери, которой надоели самики. После последних запусков дочь заявила:

— Пап, а давай лучше какой-нибудь кораблик запустим?

Я ей естественно сказал :

Последний аттракцион был организован в отпуске, когда я как бы случайно подсунул заранее распечатанное описание и руководство по сборке ПЛ жене. Описание сборки лодки было очень подробным и на русском языке. Каждый шаг подробнейше расписывался в картинках, подробнее, чем в инструкции к «Лего». Жене описание понравилось и она даже выразила желание поучаствовать в сборке. Говоритьсколько стоит «игрушка», я ей не стал. Сказал, что на уровне «Лего».

Набор я заказал еще до отпуска. Продавался он только в одном магазине с которым я не был знаком, сбить цену у меня не получилось. Пришлось обращаться в кассу взаимопомощи предприятия за очередным займом. В этот раз я удостоился чести увидеть живого менеджера из интернет-магазина, модель привез не курьер, аменеджер Дима.

Сначала я не придал значения тому, что коробку с моделью привезли на машине. Коробка благополучно пролежала весь отпуск на работе, к месту сборки я планировал доставить лодку сразу после отпуска.Читатель естественно озадачится вопросом :

— Ведь можно было купить после отпуска?

— Нет нельзя, тогда бы я все деньги потратил бы в отпуске и вообще ничего не купил.

По закону Мерфи, модель пришлось тащить на дачу на руках.Десять кг, довольно чувствительный вес, особенно, когда надо пробежать километра три, а теща продуктов заказала еще килограмм на 10. Чтобы максимально облегчить ручную кладь, мне пришлось ознакомиться с содержимым упаковки. Тяжелее всего весили две коробочки со свинцовым акком – она тянула под 1 кг и коробка с балластом – круглые железки, которые весили тоже под килограмм. Скинув эти комплектующие в сумку, нести коробку стало сразу приятней.

Все субботнее утро я потратил на медитацию с содержимым коробки. Массивные детали комплекта разительно отличалисьот хрупких деталей самолетиков. Очень много металла, вся конструкция собиралась исключительно на металлических винтах от 3 мм до 10 мм.

Комплектация и ТТХ подводной лодки «Нептун»:

— Высокопрочный корпус из АБС пластика
— 12В двигательная установка
— Статическая и динамическая система погружения
— Балластная цистерна с приводом насос-мотор
— Устройство управления рулями глубины и направления
— Автоматическая электронная система защиты
— Модель оборудована кабелем передачи видеосигнала, есть возможность опционально установить видеокамеру
— 12В герметичная свинцовая аккумуляторная батарея
— Рабочая глубина погружения: 5 метров. Максимальная глубина погружения: 10 метров
— Скорость: 1.45 узлов (2,7 км/ч) на поверхности, 1.08 узлов (2 км/ч) под водой

Комплектация

набор для сборки подводной лодки
балластная цистерна
электромоторы
регулятор скорости
аккумулятор 12V
2 c ервомашинки

Физические характеристики :

Винт3 лопасти, 40 мм внешний диаметр, шаг 41 мм.

Сборка лодки начинается со сборки шпангоутов. На переднем шпангоуте устанавливается блок с выключателями, на заднем две рулевые машинки.

Рулевые машинки крепятся саморезами в пластмассовом блоке, который потом привинчивается к заднему шпангоуту.

Внешняя несущая конструкция, прозрачный«стакан» из орг. стекла вставляется внутрь, шпангоуты стягиваются потом четырьмя длинными винтовыми стержнями М4.

Сложнее всего мне далась сборка помпы, три пластиковых цилиндра никак не хотели влезать вместе с силиконовой трубкой в корпус. Кто-то из них оказывался лишним.

Вся электроника крепится на переборках внутреннего блока, снизу свинцовый аккумулятор на 2 А*ч, сверху балластная цистерна.

Цель данной статьи — сделать простую подводную лодку на радиоуправлении. Не требуется изготовление деталей на сложных станках, всё покупается либо в хозяйственном магазине, либо в Китае. В конце статьи приведены ссылки для заказа зарубежом.

Теория

Модель подводной лодки строится по тем же принципам, что и настоящая. В центре находится "прочный" водоНЕпроницаемый корпус, внутри которого скрыты все органы управления и электроника. Снаружу он окружен "легким" проницаемым корпусом, служащим для обтекания и красивого внешнего вида. Наша модель будет состоять только из прочного корпуса.

На скорости подводная лодка может погружаться за счет рулей глубины, а в статическом положении только с помощью балластной цистерны. Как это работает? При плавании на поверхности масса лодки чуть меньше массы объема вытесненной воды (закон Архимеда). Т.е. если лодка имеет объем 3л, то ее масса должна быть чуть меньше 3кг. Затем лодка начинает набирать воду внутрь прочного корпуса. Объем корпуса остается тот же, а масса увеличивается — и лодка погружается. В этот момент внутри корпуса немного увеличивается воздушное давление, но не на столько, чтобы нарушить герметичность.

Теоретические расчеты погружения модели подводной лодки.

При строительстве есть 3 основные проблемы. Они вполне независимы и могут решаться отдельно.

радио-аппаратура (2.4 ГГц не работают под водой)
герметизация — корпус, вал двигателя и тяги рулей
балластная цистерна

Начнем по порядку.

Радиоаппаратура

2.4 ГГц не проходят под водой. Самый простой способ найти старую аппаратуру в МГц-евом диапазоне (27МГц, 35МГц, 40МГц, 72МГц или даже 433МГц). Они еще остались у моделистов и можно найти объявления о продаже на форумах.

Моделисты, пожалуйста, не выбрасывайте старые аппаратуры! Подводники купят их у вас 😉 Это был самый сложный вопрос, дальше все просто.

Герметизация

Нам нужно обеспечить герметичность 3 элементов:

прочный корпус
вал двигателя
тяги управления рулей

Прочный Корпус

часто называется ВПЦ (ВодоНеПроницаемыйЦилиндр) или WTC (WaterTightCilinder), представляет собой пластиковую трубу диаметром 75 мм длиной 600мм. С обоих торцов в нее вставляются цилиндрические заглушки с канавкой под уплотнительное кольцо. Труба покупается в сантехническом магазине, заглушки будем делать из нескольких слоев листового ПВХ толщиной 4-5мм, а кольца заказываем в Китае (о том как покупать на Алиэкспрессе написано в конце статьи).

Заглушка будет состоять из 6 слоев. Внутренний диаметр трубы равен 71 мм, толщина уплотнительного кольца 3,5мм. Тогда основные листы имеют диаметр 70мм, маленькие 65мм и внешний большой 75мм. Очень важно и очень сложно соблюсти соосность листов, чтобы кольца прижимались равномерно к трубе. Для центровки используется болт диаметром 6мм (или строительная шпилька). Сначала сверлим отверстие, затем чертим цилиндр нужного диаметра и вырезаем лобзиком с запасом. Доводим до нужного диаметра на оси зажатой в дрель. Я обтачивал наждачкой на бруске.

Склеиваем листы тоже на оси, стараясь соблюсти перпендикулярность. Самый лучший клей для ПВХ "Момент-Гель". Титан не берет, обычный "Момент" — тоже. Все, одеваем резиновые кольца и идем тестировать на герметичность.

Позже напечатал заглушку на 3d-принтере — очень понравилась точность. Сейчас планирую все детали напечатать. Об этом в отдельной статье.

Дейдвуд

Так называется узел, обеспечивающий герметичность вала двигателя. В торцы внешней трубы впаиваются подшипники. Вставляется вал и внутрь трубы забивается густая смазка (например литол). Ее надо иногда добавлять, т.к. вода постепенно вымывает.

Валы и подшипники купил на Али, медные трубки и смазку на строительном рынке. Я нашел подшипники 3мм внутренний и 6мм внешний диаметр. Соответственно покупаем валы из нержавейки на 3 мм, и медную трубку с внутренним на 6 мм (внешний получился 8мм). Валы обязательно покупать специальные, обычная проволока несиметрична, будут биения. Сначала припаиваем патрубок, затем просверливаем в нем отверстие. Для пайки понадобится кислота и 3-ья рука 😉

Тяги рулей

Тяги выводим через резиновые манжеты закрепленные на медных трубках диаметром 6мм. Диаметр самих тяг 1.5мм. Я использовал жесткий провод со снятой изоляцией.

Балластная цистерна

Обычно это самая сложная часть подводной лодки. Но мы сделаем ее просто — воспользуемся микронасосом. Точнее перистальтическим микронасосом — он сам держит давление и не требует дополнительных клапанов. Сам насос способен развивать давление в 1 атмосферу, это значит он сможет прокачать цистерну на глубине до 10 метров. Управляется насос так же как обычным электромотором — регулятор хода или серва с микро-переключателями.

Есть вариант наполнять резиновый шарик, но он может лопнуть. Воспользуемся шприцом на 150 мл, называется шприц-Жане. Насос сам двигает поршень. Позже можно повесить датчики и контролировать объем поступившей воды.

Оригинальная силиконовая трубка в насосе 2.54мм, поменял на 46мм. В итоге пропускная способность увеличилась в 1.5 раза. Мотор расчитан на 6 вольт, подаю 12. Мотор немного нагревается, но не критично. Итоговая скорость 100мл за 20 сек.

Компоновка

Лодка имеет размеры 60см длина и 7,5см диаметр. Внутренний диаметр 71мм. Заглушки заходят на 2.5см каждая.

Внутри корпус поделен на "отсеки".

1 — аккумулятор и приемник
2 — цистерна
3 — насос
4 — сервы и регуляторы хода
5 — главный мотор

Цистерна должна находиться по середине, чтобы лодка погружалась горизонтально (не было дифферента).

Элеметны крепления изготовлены из листового пористого ПВХ толщиной 5мм. Затем они стягиваются на железных шпильках, расположенных вдоль корпуса. Заднюю заглушку тоже следует закрепить на шпильках, чтобы обеспечить жесткоть узла с мотором и тягами рулей.

Изначально для управления мотором и насосом использовались регуляторы хода. Но реверс у них на много медленнее прямого вращения, что не удобно для насоса. Во время испытания я не ставил отдельную схему питания UBEC и использовал встроенный BEC на 1 ампер. Т.к. мне пришла бракованная серва, которая заклинивала, в этот момент ток подскакивал и палил весь регулятор. Может и не весь, но он больше не работал как положено. Так я спалил 3 регулятора и решил сделать схему с микро-переключателями. Она очень простая и обеспечивает симметричное вращение вперед/назад. Но стабилизатор питания на 3 ампера все таки лучше поставить.

Мотор 550-ой серии избыточен для модели такого размера, можно поставить меньше. Крепится он шурупами на специальный кронштеин к задней заглушке. Соединение с валом через латунную муфту.

Так же стоит поставить модули Fail-safe на каналы насоса и двигателя. Двигатель настраивается на выключение, а насос на продувку цистерны.

Все чертежи на отдельной странице.

Балансировка

Объем корпуса приблизительно равен 2,8 литра. Масса всех деталей около 1кг, пришлось добавить еще 1,8 кг груза. Главный принцип прост:

Объем надводной части должен быть меньше объема цистерны

Он может быть любой массы, лишь бы общая оставалась 2.8 кг. Поэтому надводные элементы делают из меди или тонких пластиков.

Балансировка осуществлуяется в 2 положениях:

Надводное

ниже

Погруженное — добавляем пенопласт выше ватерлинии и добиваемся горизонта.

Купить на Алиэкспресе

Ссылки — ключевые слова для поиска. Так же выбирайте галочку "бесплатная доставка" и "сортировать по цене".

подшипники 362.5 — mr63zz
валы из нержавейки 3мм — stainless steel shaft 3mm
резиновое уплотнительное кольцо — o-ring 72mm
латунная муфта 3.17 х 3 мм — coupler 3.17mm 3mm
резиновая гофра для тяг — Waterproof Push Rod Rubber
винт 40мм под вал 2мм — three leaf propeller 40mm
мотор 550 серии — dc motor 550
насос — Dosing Pump Peristaltic 6v
силиконовая трубка — silicone tube 4*6
регулятор хода — esc 320a
серво 12кг — MG995
серво 2.5кг -sg92r
микро-переключатели — kw11-3z
стабилизатор питания — ubec 3a
fail-safe — fail safe suit
провода мягкие — awg 18
хомуты на трубки — vacuum metal clips 6mm

В хозяйственном магазине или на строительном рынке:

медная трубка 8мм
медный провод жесткий 1.5мм
паяльная кислота + припой
труба канализационная ПВХ 75мм — 250руб
листовой пористый ПВХ — 500руб/м²
шприц Жане — 150руб
контакты для мягких проводов
шпильки 6мм