Прочитав великолепную серию статей Владимира Мажирина о любительских подводных лодках, я загорелся желанием построить свою. При этом хотелось изготовить все в домашних условиях без использования токарных и прочих станков. Сам я пришел из мира авиамоделизма. И данная статья расскажет, как построить простую подводную лодку на радиоуправлении, используя только доступные материалы из хозяйственных магазинов и китайских сайтов.
Теория
Модель подводной лодки строится по тем же принципам, что и настоящая. В центре находится "прочный" водоНЕпроницаемый копрус, 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.
При строительстве есть 3 основные проблемы. Они вполне независимы и могут решаться отдельно.
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. Мне человек бесплатно отдал, когда узнал про подлодку.
Герметизация
Нам нужно обеспечить герметичность 3 элементов:
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.
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 75мм. Очень важно и очень сложно соблюсти соосность листов, чтобы кольца прижимались равномерно. Для центровки используется болт диаметром 6мм (или строительная шпилька). 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. Всё, одеваем резиновые кольца и идем тестировать на герметичность.
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.
Для пайки понадобится кислота и 3-тья рука ;)
Тяги рулей
Тяги выводим через резиновые гофрыы 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 её 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 даже на глубине 10 метров. Управляется насос так же как обычный электромотор -- 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. Еще можно повесить датчики и контролировать объем поступившей воды.
Для ускорения погружения поменял силиконовую трубку на диаметр 4мм внутренний. Мотор расчитан на 6 вольт, подаю 12. В результате мотор немного нагревается, но не критично. Итоговая скорость -- 100мл за 20 сек.
Компоновка
Корпус поделен на "отсеки".
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.
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:
Что дальше
Постараюсь ответить на все ваши вопросы.
Модель подводной лодки строится по тем же принципам, что и настоящая. В центре находится "прочный" водоНЕпроницаемый копрус, 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.
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
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. Мне человек бесплатно отдал, когда узнал про подлодку.
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.
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 75мм. Очень важно и очень сложно соблюсти соосность листов, чтобы кольца прижимались равномерно. Для центровки используется болт диаметром 6мм (или строительная шпилька). 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. Всё, одеваем резиновые кольца и идем тестировать на герметичность.
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.
Для пайки понадобится кислота и 3-тья рука ;)
Тяги рулей
Тяги выводим через резиновые гофрыы 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 её 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 даже на глубине 10 метров. Управляется насос так же как обычный электромотор -- 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. Еще можно повесить датчики и контролировать объем поступившей воды.
Для ускорения погружения поменял силиконовую трубку на диаметр 4мм внутренний. Мотор расчитан на 6 вольт, подаю 12. В результате мотор немного нагревается, но не критично. Итоговая скорость -- 100мл за 20 сек.
Компоновка
Корпус поделен на "отсеки".
- аккумулятор и приемник
- цистерна
- насос
- сервы и регуляторы хода
- главный мотор
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.
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 - Двигая/добавляя грузы и приклеивая пенопласт в подводную часть, добиваемся нулевого дифферента. Важно на этом этапе крепить пенопласт только ниже ватерлинии.
- Погруженное - добавляем пенопласт выше ватерлинии и добиваемся горизонта.
Что дальше
- телеметрия: напряжение, токи, глубина, ориентация
- спасение: буй, детектор воды
- торпеды, ракеты
- 3d-печать деталей
- ссылки на товары для покупки в Китае
- чертежи конкретной лодки
- больше фото и видео процесса строительства
Постараюсь ответить на все ваши вопросы.
Не удалось лаконично и доступно объяснить то, что в формуле записывается 3-мя символами. Имелось в виду, что "масса лодки, чуть меньше массы воды, равной объему всей лодки".
В следующий раз буду все таки писать формулы, чтобы придать строгость и академичность ;)
Тоесть эта тема имеет стратегическое значение! :))))
А всё началось у меня с того, когда мне в середине 70-х подарили игршку подводную лодку с дистанционным управлением. Тогда ещё в СССР только зарождалось радиоуправление и по этому дистанционное управление было по проводам. Смею заметить что и сегодня ещё эта система может не пристижная но надёжная и остаётся актуальной и может рассматриваться как сейчас называют "Бюджетный вариант"
Я только не понял один главный вопрос - цель и задачи проекта постройки?
Хочу дать несколько советов по этой теме пока у вас всё в стадии проектирования, если вы не ограничетесь только ванной и басеином, предусмотреть такие проблемы:
1. - Проблема водоёмов это прозрачные кульки которые плавают в погруженом состоянии (по началу они меня задолбывали, потому что появлялись там где даже не предпологал что они могут быть) и водоросли с длинными листьями. Их с берега не возможно увидеть, они сливаются с водой и попадая под винт наматываются на него, что может привести к поломкам, чаще всего может сгореть двигатель (и не поймёте что произошло), вплоть до того что лодка не всплывёт - запутавшись.
Тоесть необходимо предусмотреть ограждение винта!
2. - Система спасения, обнаружения в случае аварии. Даже самая надёжная техника выходит из строя особенно тогда - когда этого не должно случится. Очень часто бывают ситуаци что нет желания или возможности за ней нырнуть чтобы достать (особенно зимой).
И пока на десерт посмотрите видео:
И ещё