Sjøgående droneplattform designet av Wave                                        KNM Tsunami                        

KNM Tsunami

Sjøgående droneplattform

Designet av

Innholdsfortegnelse

Innholdsfortegnelse        2

1. Sammendrag        6

2. Kravdokument        7

2.1 Kravdokument (KD) Stabsskrav til dokumentet        7

2.1.1 Krav og forutsetninger til systemet:        7

2.1.2 Krav til modell og andre forutsetninger:        8

3. Planlegging        9

3.1 Konseptfasen        9

3.1.1 Behovsanalyse        9

3.1.2 Mål og strategi        9

3.1.3 Overordnede krav        9

3.1.4 Alternativ analyse        10

3.2 Definisjonsfasen        10

3.3 Anskaffelsesfasen        10

3.5 Organisasjon        10

3.5.3 Tidsplanlegging        11

3.5.4 Work Breakdown Structure        12

3.5.6 Helse, miljø og Sikkerhet (HMS)        13

3.5.6.1 Krav        13

3.5.6.2 Tiltak        14

3.5.6.2.1 Lodding        14

3.5.6.2.2 Pussing av skrog        14

3.5.6.2.3 Kapping med stikksag        14

3.5.6.2.4 Lage kretskort        14

4. Dokumentasjon        15

4.1 Konstruksjon        15

4.1.1 Skrog        15

4.1.2 Hangar        20

4.1.3 Utfordringer underveis        24

4.1.4 Forskjell på modellen og en fullskala        24

4.1.5 Avvik fra modellen og tegningen        25

4.1.6 Kjemikalier        25

4.1.6.1 Lim        25

4.1.6.2 Sparkel        26

4.1.6.3 Maling        26

4.1.7 Innkjøp        27

4.1.8 Drift og vedlikehold av modellen        28

4.1.8.1 Før drift        28

4.1.8.2 Under drift        28

4.1.8.3 Etter drift        28

4.1.9 Tyngdepunktsberegninger        28

4.2 Fremdriftssystemer, styring og mekanikk        33

4.2.1 Motor        33

4.2.2 Servo        34

4.2.2.1 Modifikasjon av servo        34

4.2.3 Batteripakke        36

4.2.3.1 Resultater        37

4.3 Elektronikk og styresystemer        38

4.3.1 Oversikt over kanaler        38

4.3.2 RC – kontrollen        38

4.3.2.1 Tilkobling        38

4.3.2.2 Brytere        39

4.3.2.3 Koblingsskjema RC – kontroll        40

4.3.2.4 National Instruments USB-6008, mikrokontroller        41

4.3.2.5 Koblingsskjema system        43

5.3.2.6 Design av D/A-omformer        44

4.3 Styresystemer i Labview 2009        45

4.3.1 Frontpanel        45

4.3.2 Blokkdiagram        46

4.3.3 Dynamisk posisjonering        47

4.3.3.1 Bruksområder        47

4.3.3.2 Parametere        48

4.3.3.3 Dynamisk PosisjonsSystem        49

4.3.3.4 Posisjonsdata        51

4.3.1.5 Lukekontroll        52

4.3.1.6 Manuell styring        53

4.3.3.4 Kalibrering av DPS        55

4.3.4 Wifi        56

4.3.4.1 Kanalfordeling        57

4.3.4.2 Erfaringer        57

5. Testresultater        58

5.1 Slepetest        58

5.1.1 Sammendrag av slepetest        58

5.1.2 Resultater        58

5.1.3 Rekkevidde og drivstoff forbruk        62

5.2 Krengetest        64

5.2.1 Sammendrag av krengetest        64

5.2.2 Teori        64

5.2.3 Fremgangsmåte        65

5.2.4 Resultater        68

5.2.4.1 Graf        70

5.2.5 Eventuelle feilkilder        71

5.3 Test av fart og akselerasjon        72

5.3.1 Sammendrag av forsøk        72

5.3.2 Gjennomføring akselerasjonstest        72

5.3.3 Gjennomføring fartstest        73

5.4 Hydrostatikk        74

5.4.1 Hensikt        74

5.4.2.1 Gloseliste        75

5.5 Kraftmåling        76

5.5.1 Hensikt        76

5.5.2 Sammendrag        76

5.5.3 Gjennomføring kraftmåling        76

5.5.4 Resultat        76

5.6 Strømtrekk og spenning over motor under kjøring        77

5.6.1 Sammendrag        77

5.6.2 Gjennomføring strømforbrukstest        77

5.6.3 Gjennomføring test av spenning over motor        78

5.6.3.1 Halvt pådrag        78

5.6.3.2 Fullt pådrag        79

5.7 Motorens virkningsgrad, dreiemoment, og strømforbruk, ved ulike turtall.        80

5.7.1 Hensikt        80

5.7.2 Sammendrag        80

5.7.3 Gjennomføring Test av Virkningsgrad og Dreiemoment        80

5.7.4 Gjennomføring strømforbruk ved ulike turtall        82

5.7.4.1 Resultater        82

5.8 Konstruksjonsvannlinjen og trim        83

5.8.1 Hensikt        83

5.8.2 Sammendrag        83

5.8.3 Bilde fra Freeship        83

5.8.4 Gjennomføring        83

5.8.5 Bilder av første vannlinje test        84

6. Serieproduksjon        85

6.1 Muligheter        85

6.3 Utfordringer        85

6.4 Fordeler        85

6.5 Kostnader        85

7 Kilder        87

7.1 Nettsider        87

8 Programvare        87

1. Sammendrag

Sjøforsvaret har besluttet å anskaffe seg autonome angrepssystemer bestående av en liten sjøgående plattform og et antall angrepsdroner, som er tenkt å operere i Tromsø/Ramsund området og skal avdekke et havområde nord til Spitsbergen og vest/østover.  

Det ble besluttet å danne fem prosjektgrupper fra henholdsvis ED-0, Maskin-0 og EA-0 på Sjøkrigsskolen. Gruppene skulle selv planlegge, teste og konstruere fartøyet. Vi fikk utlevert et kravdokument (KD) som inneholdt krav og spesifikasjoner til fartøyet.

Innledningsvis i prosjektarbeidet fordelte vi arbeidsoppgaver, samt satte oss  overordnede mål for hvordan vi ville gjennomføre oppgaven. Gruppen skulle lage en prototype i en modellskala for kartlegging og demonstrasjon av egenskaper. Plattformen skulle fremstilles i skala 1:24.

På kickoff-møtet, 23 mai 2017, presenterte vi arbeidsfordelingen innad i gruppen, samt en grov skissert fremdriftsplan med ulike milepæler for datoer de forskjellige oppgavene skulle være ferdig.

De første ukene av prosjektet gikk med til undervisning. Vi lærte om stabilitet og digitale kretser, i tillegg til at vi hadde labforsøk i det vi fikk opplæring i. Vi benyttet programmene Labview, Freeship og Gx works 2. Vi ble enige om å bruke facebook som kommunikasjonsverktøy, samt Google Docs, hvor vi lastet opp filene, slik at alle fikk tilgang til disse. I sluttfasen då vi skulle skrive rapporten og samle alle dokumentene vi hadde, viste dette seg å være en veldig smart løsning. Google docs gjør at samtlige kan skrive i samme dokument samtidig.

Modellen er konstruert slik at fart, stabilitet og hangar-løsning for utskytning av droner passer godt til arbeidskravene.

Konstruksjon av skrog og utvikling av styresystemer, elektronikk og dynamisk posisjonering foregikk parallelt. I denne fasen var prosjektgruppen splittet og vi var derfor avhengig av møter hvor vi gikk gjennom fremgangen til hver enkelt. I tillegg til å få et bedre innblikk i hverandres problemstillinger og løsninger. Da modellen var ferdig konstruert, startet vi med testing. Dette foregikk hovedsakelig i slepetanken. Prosjektarbeidet ble avsluttet med en konkurranse og gruppepresentasjoner for prosjekteier.


2. Kravdokument

Alle gruppene fikk utlevert et kravdokument som inneholdt spesifikasjoner og krav som fartøyet måtte overholde.

2.1 Kravdokument (KD) Stabsskrav til dokumentet

2.1.1 Krav og forutsetninger til systemet:

  1. Det skal tilstrebes en lav-kost løsning.
  2. Lav signatur (IR, RCS, lyd og visuell) skal tilstrebes.
  3. Framdrift skal bestå av en enkel framdriftslinje – motor/aksel/propell/ror.
  4. Lengde overalt skal ikke overstige 24 m.
  5. Største bredde overalt skal ikke overstige 5m.
  6. Dronene skal kunne sendes ut i rask rekkefølge eller samlet.
  7. Plattformen skal kunne frakte minst 10 stk. droner.
  8. Plattformen bør minimum kunne tilbakelegge 1000 nm ila. 72 timer.
  9. Driftsprofil for plattformen, i venteområdet, er 5 kts fart/døgn.
  10. Skal kunne drive operasjoner i 30 dager i området.
  11. Fartøyet skal være stabilt med tomme tanker og med droner ombord.
  12. Dronene skal ha sjøsikker lagring når ombord.
  13. Fartøyet skal operere autonomt og/eller via avstandskommunikasjon.

Prototype i modellskala lages for kartlegging og demonstrasjon av egenskaper.


2.1.2 Krav til modell og andre forutsetninger:

Andre utrustningsdetaljer og annet i henhold til prosjektgruppens behov.

3. Planlegging

Planleggingsfasen består av en konseptfase, behovsanalyse og målsetninger.

3.1 Konseptfasen

Hensikten med konseptfasen er til for å avdekke samt vurdere de konseptuelle valgene knyttet til et konkret behov Forsvaret har. Men hva er egentlig et konsept? Et konsept er en måte å gå frem på for å løse et problem eller skape en endring. Konseptfasen skal sikre at lederen får god, relevant og tilstrekkelig informasjon for å trekke en konklusjon om hvorvidt man skal iverksette bygging.

3.1.1 Behovsanalyse

En behovsanalyse skal utarbeides med utgangspunkt i en konkret prosjektidé. Denne analysen inneholder kartlegging og gruppering av interessesenter, samt en sammenfatning av det totale behovet. Behovsanalysen er muligens den viktigste fasen i salgsarbeid. Det som menes med behovsanalyse er at det er en dialog mellom kunden og selgeren, hvor selgeren gjennom målrettet bruk av ulike spørreteknikker prøver å kartlegge hvilke behov og problemer kunden har. Formålet med denne analysen er å bli kjent med kunden og deres markeds - og konkurransesituasjon.

Det viktigste behovet som må avdekkes er sikker transport og behandlingsmåte av kampdronene.

3.1.2 Mål og strategi

Hva er egentlig et mål? Det er en beskrivelse av en ønsket fremtidig tilstand. En strategi derimot er en beskrivelse av hvordan en tenker seg å nå målene. Det finnes i grunn to ulike hovedstrategier.

  1. Generiske strategier. Dette er knyttet til hvordan en organisasjon posisjonerer seg i forhold til sine omgivelser.
  2. Ressursbaserte strategier. Denne typen retter fokuset inn mot de interne forholdene i organisasjonen.  

Målet er å kunne hurtig angripe allerede etablerte, fiendtlige strukturer i havområder uten mannskaper. Strategien vil være å konstruere et skip med lav signatur, i den hensikt at fartøyet skal være vanskelig å oppdage for fienden.

3.1.3 Overordnede krav

Autonom kampdrone support, AUKADS, skal kunne operere i vindstyrke opptil stiv kuling, samt med bølgehøyde opp til 5 meter. I tillegg skal den kunne transportere og aktivere kampdronene opptil størrelsen til en standard kampdrone forsvaret besitter. Rekkevidden til kampdronen er på inntil 20 nanometer (nm) fra moderflyet.

3.1.4 Alternativ analyse

Det er vurdert 3 alternative størrelseskrav til kampdronene som skal transporteres. Det er henholdsvis 5, 10,15 eller 20 kampdroner pr. fartøy. Det er i tillegg vurdert mindre krav til vind og bølgehøyde.

3.2 Definisjonsfasen

Hensikten med definisjonsfasen er å utarbeide styrings- og beslutningsunderlag for godkjenning og videreføring av prosjektet. Det har og til hensikt å gi Forsvarsdepartementet (FD) best mulig forutsetninger for å fatte en beslutning om iverksetting. I definisjonsfasen skal det utarbeides et detaljert kravdokument. (Henviser til punkt 2. kravdokument i innholdsfortegnelsen.)

3.3 Anskaffelsesfasen

Anskaffelsesfasen markerer at prosjektet går fra planleggingsfasen til gjennomføringsfasen. Målet i anskaffelsesfasen er å vinne konkurransen mellom prosjektgruppene om beste prosjekt og presentasjon av prosjektet, i håp om at forsvaret bestiller fartøy fra oss.

3.5 Organisasjon  

Da vi skulle organisere gruppen satte vi oss ned sammen og bestemte tidlig hvem som skulle være prosjektleder. Vebjørn kom med et forslag om at hver enkelt kunne skrive hvilken rolle vedkommende ønsket å bekle. Det ble raskt avgjort hvilke roller hver enkelt skulle inneha. En naturlig del i prosessen av fordelingen av oppgavene, var at maskin gjengen tok ansvar for design og konstruksjon av skrog, og elektronikk gjengen tok ansvar for det elektriske ombord i båten. 3.5.2 Organisasjonskart

3.5.3 Tidsplanlegging

Som planleggingsverktøy har vi valgt å ta i bruk Gantt-diagram. Dette for å gi et estimat på ulike tidsfrister for de spesifikke arbeidsoppgavene.  

3.5.4 Work Breakdown Structure

Work breakdown Structure (WBS), som på norsk er oversatt til prosjektnedbrytningsstruktur (PNS), er en metode for å gi en oversiktlig beskrivelse av hva som skal gjøres og omfanget av de enkelte arbeidsoppgavene. Det er mange fordeler med hvorfor dette er et godt redskap, blant annet danner det et godt utgangspunkt for planlegging. I tillegg danner det grunnlaget for å estimere prosjekter på en nøyaktig måte.

Dette hierarkiske systemet  er delt opp i ulike nivåer. Disse nivåene reguleres etter hvor stort og omfattende prosjektet er. Over viser hvordan våres WBS ser ut.

  1. Nivå beskriver prosjektet. På dette nivået skrives gjerne prosjektnavnet opp. I denne boksen tenker man på hva slags leveranse som skal leveres. I vårt tilfelle er det prosjekteier som har gitt ut informasjon om hva som er hensikten med prosjektet og hvilke krav som er satt.
  2.  Nivå  beskriver arbeidspakker prosjektet skal bestå av. WBS’en over viser 3 ulike arbeidspakker. Dette er henholdsvis prosjektledelse, konstruksjon og dokumentasjon. Dette nivået kalles arbeidspakke nivå. Disse boksene består av arbeidsoppgaver som må gjøres. Arbeidsoppgavene som utføres her, kalles aktiviteter.
  3. Nivå beskriver arbeidsoppgavene som må gjøres i de forskjellige arbeidspakkene. Ansvaret for disse aktivitetene skal legges over på en person. I vår gruppes tilfelle er Vebjørn prosjektleder, Halvard er teknisk prosjektleder, og har hovedansvaret for konstruksjonen, og Kristian er dokumentansvarlig. Samtidig er det viktig at samtlige i gruppen har en felles forståelse av hvilke beslutninger som tas og hvordan vi ligger ann i prosjektarbeidet. På dette nivået beskrives også hva som skal gjøres.
  4. Nivået beskriver hvilke arbeidsoppgaver som må gjøres.  

3.5.6 Helse, miljø og Sikkerhet (HMS)

Gruppen vår ser på HMS som en meget viktig del i en organisasjon.
For at prosjektet skal kunne gjennomføres på best mulig måte, er det viktig at rammene rundt (både kvalitetsmessig og sikkerhetsmessig) blir overholdt på en profesjonell måte. Dette er et felles ansvar som faller på samtlige i prosjektet, deriblant prosjektledelsen. Målet er å ha et fullt forsvarlig arbeidsmiljø som skaper gode rammevilkår og resultater til enhver tid.

3.5.6.1 Krav

Alle disse kravene er samtlige i prosjektet ansvarlig for, og prosjektledelsen(HMS-ansvarlig) har hovedansvaret for at disse kravene blir etterfulgt.

3.5.6.2 Tiltak

3.5.6.2.1 Lodding

Lodding ble gjort i store rom med luftemulighet i form av luftrenseanlegg og vindu. Holdt avstand fra loddetinn under lodding.

3.5.6.2.2 Pussing av skrog

Pussing av skrog ble gjort med vinduene åpne, i tillegg brukte vi åndedrettsvern og briller. Dette var for å forhindre å få det fine støvet i lungene og på øynene.

3.5.6.2.3 Kapping med stikksag

Når vi kappet med stikksagen valgte vi å bruke briller, for å forhindre eventuelle skader på øynene hvis f.eks bladet skulle knekke.

3.5.6.2.4 Lage kretskort

Brukte vernebriller og hansker når vi laget kretskort. Det var for å forhindre å få de ulike væskene på hendene og øynene

4. Dokumentasjon

Gjennom å dokumentere arbeid kan vi få fram det vi har observert og utført under arbeidet. I tillegg skaper man sammenheng i prosessen, mellom det som er planlagt, utført og fremtidig arbeid. Kvaliteten på arbeidet utført sikres gjennom god dokumentasjonen.  

4.1 Konstruksjon

4.1.1 Skrog

Vi samlet gruppen, slik at alle kunne komme med forslag og tanker om hvordan båten skulle bli. Noe av kravene vi satte intern i gruppa var:

Grunnen til alle disse kravene var blant annet:

En bulb så vi på som en lottokupong, der det ville være større risiko for at den ville forverre modellens egenskaper, da denne skal plasseres og pusses riktig for å få effekt ut av den. Styrefinnen ble også valgt for at fartøyet skulle få en mer stabil kurs rett forut.

Vi valgte også å ha en flat topp, grunnen til dette er å holde luken skjult ved bruk, i tillegg til at båten vil komme nærmere mål usett på grunn av høyden på båten ikke er høyere enn nødvendig. Dette valgte vi, selv om dette er en taktisk dårlig ide med tanke på radarsignal fra oven.

Deretter lagde vi tegninger av to forskjellige skrog, der vi skulle velge det skroget vi hadde mest tro på. Dette resulterte i enstemmig av dette skroget.

 

 

Då vi bygget skroget printet vi ut tverrsnitt fra båten hver 5. cm i lengderetning. Deretter skar vi ut isopor etter hver av disse tverrsnittene. Vi limte først 3 og 3 seksjoner, og deretter disse sammen til komplett modell. Neste steg var rasping og pussing av skroget til vi var fornøyd med det i forhold til tegningen.

 Videre ble det laget uthuling til motorens plassering. I tillegg til dette skulle motoren bli plassert høyere enn vannlinjen for å forhindre lekkasje inn akslingen. Deretter boret vi hull til propellaksling og ror. Her var presisjonen mellom senter av propell og senter av ror viktig, noe som vi anså som vellykket.

Vi la på totalt tre lag med sparkel som vi pusset ned etter hvert lag før vi var fornøyd med overflaten på skroget. For å sikre oss at sparkelen skulle bli skikkelig tørr, valgte vi å la skroget stå på badet da det er varmekabler i gulvet.  

For å finne en maling som var egnet for skipet, måtte vi teste mange ulike malingstyper. Derfor ble det gjennomført flere tester på isoporbiter med og uten sparkler. Til slutt enda vi opp med gråmaling og svartmaling. Da disse ikke viste noen tegn til negativ påvirkning på verken sparkelen eller isoporen. Først ble hele båten malt grå, og deretter et lag med svart bunn-maling. Grensen til bunn malingen ble bestemt av skipets dypgang med full last.

 

Slepekrokene var neste på programmet. For å forsikre oss om at denne skulle tåle en slepekraft på 10 kg, ble det limt fast ei 6 mm kryssfinerplate som skulle få fordelt kraften fra slepekroken over et større areal.

For å få festet hangaren og skroget sammen, valgte vi å bruke borrelås, da dette er kjapt og enkelt å demontere med tanke på justeringer, batteriskifte og lasting. Men opplevde da at det ble et mellomrom mellom hangaren og skroget, så dette løste vi ved å legge fugebånd rundt hele toppen av skroget.

Når vi festet servoene valgte vi å løyse dette på forskjellig måte. Servoen til roret ble festet med borrelås, siden denne ikke trenger mye kraft for å rotere roret. Servoen til hangarluken trenger derimot en del mer kraft, i tillegg til at den må låses i en posisjon for å ikke raspe tennene til tannstangen og/eller tannhjulet. Derfor valgte vi å lime denne fast.

Når omsider vi kunne teste båten på vannet såg vi at tyngdepunktet til båten var altfor høyt, derfor valgte vi å redusere vekten til hangaren, i tillegg til å lime to ekstra vekter på totalt 2,26 kg. I tillegg til at vi gravde ned en aksling langs kjølen av båten.

Etter å ha limt fast motoren fikk vi testet den i tanken, og var veldig fornøyd med stabiliteten til båten, men oppdaga at når vi skulle bakke mot babord, så gjekk båten enten rett bakover eller svakt mot styrbord.

4.1.2 Hangar

Gruppen satte seg ned i planleggingsfasen og diskuterte hvordan hangaren til modellen skulle konstrueres. Det var særlig to ulike utforminger gruppen så for seg kunne bli en løsning.

1.        Bygge en hangar som ville splitte seg på midten og åpnes til hver sin side.
2.        Bygge en hangar som ville fungere som en slags garasjeport.
3.        Bygge en hangar som ville ei skyvedør.

 Gruppen ble enige om at nr.1 og nr.2 ville bli for komplisert til å la seg gjennomføre. Vi valgte derfor å gå for nr.3 da vi anså denne løsningen som den sikreste metoden, da det er færre komponenter, noe som gjør det enklere å endre dersom dette skulle bli nødvendig.  Det som er negativt med denne løsningen er at GM vil endre seg når luka er åpen, i forhold til når den er lukket, i tillegg vil GM endre seg alt etter om det er droner, eller om det ikke er droner på båten.

 

Først laget vi en hangar i 6 mm kryssfiner. Problemet med denne løsningen var veldig enkelt at tyngden på 1,67 kg var for tungt. Dette trodde vi kunne ordnes ved skifte ut flatene med papp, og få redusert vekten ned til 1,29 kg.

Båten ble mer stabil, men langt fra tilfredsstillende for målet vårt. Dermed bygget vi hele hangaren i papp. Det eneste som ikke var av papp var selve skinnene, dette gjorde at vekten ble redusert til 0,65 kg og båten ble meget stabil.  

 

For å få luka til å skyve seg frem og tilbake trengte vi en tannstang og et tannhjul, som en servo skulle være festet til selve hangaren, og tannstangen skulle være montert på luka. Dette var vanskelig å få tak i og vi bestemte oss derfor for å laste ned tegninger fra tracepartsonline.net og 3D-printet dette.

 3D.jpg

 

 

 

4.1.3 Utfordringer underveis

4.1.4 Forskjell på modellen og en fullskala


4.1.5 Avvik fra modellen og tegningen

Hva

Mål tegning (cm)

Mål modell (cm)

Avvik fra tegning (cm)

Totallengde

100

97

-3

Bredde aktre del

20,8

20,5

-0,3

Bredde midtre del

20,8

20,7

-0,1

Bredde forut

20,8

20,4

-0,4

Totalhøyde

20,8

20,5

-0,3

Vannlinje

97,1

97,1

0

4.1.6 Kjemikalier

4.1.6.1 Lim

Limet vi valgte å bruke er Biltema sitt
universallim. Dette ble valgt fordi
det
allerede var kjøpt inn som
hensikt til å lime skroget og andre deler.

https://goo.gl/ud33fR


4.1.6.2 Sparkel

Til sparkling valgte vi å bruke to
forskjellige typer. Biltema
sitt
våtromssparkel og lettsparkel.
Det ble først lagt to lag med
våtromssparkel og det siste laget
med lettsparkel. Grunnen til valget av disse typene var fordi våtromssparkel var godt egnet til fuktige rom og partier.

Våtrom:http://www.biltema.no/no/Bygg /Maling-og-Fuging/Sparkel/ Veggsparkel-LW-2000030812/

Lettsparkel: http://www.biltema.no/no/Bygg /Maling-og-Fuging/Sparkel /Lettsparkel-2000030813/

4.1.6.3 Maling

Før vi bestemte oss for maling testet vi de ulike typene på isoporbiter, med og uten sparkel. Dette gjorde vi for å hindre at malingen skulle ødelegge skroget. To av testene ble seende slik ut:

Til høyre ser vi at malingen etser bort isoporen. Til venstre ser vi at malingen har fått isoporen til å krympe. Vi endte opp med å bruke Pilot sin alkydmaling maling fra Jotun.


4.1.7 Innkjøp


4.1.8 Drift og vedlikehold av modellen

4.1.8.1 Før drift

  1. Kontrollere at alle komponentene sitter fast.
  2. Kontrollere tannhjul og servo.
  3. Kontroller at det er strøm på batteriet.
  4. Skru på strømmen til kontrollen og strømbryteren i båten.

4.1.8.2 Under drift

  1. Stopp motoren til servoen i det luka er lukka.
  2. Ikke la luka gå for langt opp, da det ikke er stoppemekanisme på den.
  3. Løft av hangaren og for å kontrollere at det ikke lekker vann inn i båten.

4.1.8.3 Etter drift

  1. Skylle skroget med ferskvann hvis den har vært i sjøvann.
  2. Løsne hangaren sånn at eventuell fuktighet på innsiden av skroget skal fordampe.
  3. Kontrollere at alle komponentene sitter fast.
  4. Kontrollere tannhjul og servo.
  5. Ta litt grease på motorakslingen hvis det er nødvendig.
  6. Skru av strømmen til båten og kontrollen.
  7. Sett batteriene på lading.

4.1.9 Tyngdepunktsberegninger

Hensikten med å regne ut de teoretiske tyngdepunktene er å få et inntrykk av hvordan båten vil flyte i praksis. Dette gjøres for å unngå stabilitetsproblemer når fartøyet skal sjøsettes. Utregningene har hjulpet i stor grad under bygging for å optimalisere utformingen av skipet både innvendig og utvendig. Det viste seg i ettertid at vi hadde behov for å flytte flere komponenter i forhold til hvordan vi opprinnelig så for oss fartøyet.

Vi ønsket innledningsvis å ha et senter for tyngdepunkt som ligger lavt ned mot sjøen og midt i skipet i bredderetning, mens langskipstyngdepunktet valgte vi å få plassert lenger bak på skipet. I beregningene under er motor, ror, servo, radiomottaker, motorkontroller, og fast ballast medregnet som en del av skroget. Måten dette tyngdepunktet ble funnet på var ved hjelp av en enkel balansetest av skroget. Skroget ble plassert på en sylinder, og skjøvet frem helt til hele skipet balanserte på sylinderen. Dette ble gjort i alle tre aksene.

Totallengden på båten er 97 cm, og tyngdepunktet langskips ligger ved ca 44 cm der akterenden på båten er definert som nullpunkt. Det vil si at vårt tyngdepunkt ligger 4,5 cm bak midtskip. Dette var for å oppnå en trimeffekt for å få båten til å gå bedre i vannet. Nå ligger akterdelen av skipet dypere i vannet en baugen. Dette gjør at skipet skjærer sjøen meget fint. Resultatet blir et skip som både er meget sjødyktig samtidig som det går meget fint under seiling.

I bredden er det også et lite avvik. Skipet er 20 cm bredt, og tyngdepunktet ligger på ca 10,1 cm der babord side er definert som nullpunkt. Dette har flere årsaker. Hovedårsaken er at vi har en servo montert i hangaren som ikke ligger midtskips. Derfor blir tyngdepunktet litt forskjøvet. Det at tyngdepunktet er forskjøvet viste seg faktisk å være en fordel. Dette fordi skroget vi har bygget ikke er helt symmetrisk. Så det forskjøvne tyngdepunktet fører igjen til at båten faktisk flyter bedre enn dersom tyngdepunktet hadde vært helt midtskips

Til slutt har vi tyngdepunktet i høyden. Toppen av skroget er 22cm høyt, mens tyngdepunktet ligger på utrolige 7,5cm målt med bunnen av kjølen som nullpunkt. Innledningsvis hadde vi store utfordringer med den skalerte versjonen her. Grunnen var ganske enkelt at hangarbygget vårt var altfor tungt. Dette førte til at tyngdepunktet ble forskjøvet ekstremt høyt, og båten var særs ustabil i vannet. Tiltakene som ble gjennomført var at hangaren ble bygget på nytt i nytt materiale. Førsteutkastet var laget i tre, mens modellen vi gikk for er laget av en form for papp. Dette gjorde at vi over halverte vekten på hangaren. Dessverre var heller ikke dette nok, derfor ble det frest noen nye hull helt nede i skroget som ble fylt med bly. Dette gjorde to ting. Det flyttet tyngdepunktet ekstremt mye lenger ned. Vekten var derimot ikke bare langt nede, men og plassert i midten av bredderetningen. Dette gjorde at skipet ble mer stabilt i vannet og tåler vann bedre enn det gjorde før.


Enhet

Tyngde

Lengde

Bredde

Høyde

Påvirkning tyngdepunkt

[KG]

X-avstand [M]

Y-avstand [M]

Z-avstand

X

Y

Z

Skrog*

4,00

42,50

10,00

5,00

170,00

40,00

20,00

Hangar

0,70

42,50

10,50

19,20

29,75

7,35

13,44

Batteri

0,37

50,00

10,00

5,00

18,50

3,70

1,85

Drone 1

0,04

59,75

4,50

16,00

2,09

0,16

0,56

Drone 2

0,04

66,95

4,50

16,00

2,34

0,16

0,56

Drone 3

0,04

74,15

4,50

16,00

2,60

0,16

0,56

Drone 4

0,04

81,35

4,50

16,00

2,85

0,16

0,56

Drone 5

0,04

88,55

4,50

16,00

3,10

0,16

0,56

Drone 6

0,04

59,75

13,50

16,00

2,09

0,47

0,56

Droner7

0,04

66,95

13,50

16,00

2,34

0,47

0,56

Drone 8

0,04

74,15

13,50

16,00

2,60

0,47

0,56

Drone 9

0,04

81,35

13,50

16,00

2,85

0,47

0,56

Drone 10

0,04

88,55

13,50

16,00

3,10

0,47

0,56

Tank stor 1

0,57

40,00

5,00

6,00

22,80

2,85

3,42

Tank stor 2

0,57

40,00

5,00

6,00

22,80

2,85

3,42

Tank stor 3

0,57

54,00

15,00

6,00

30,78

8,55

3,42

Tank stor 4

0,57

54,00

15,00

6,00

30,78

8,55

3,42

Tank liten 1

0,29

10,00

6,00

7,00

2,90

1,74

2,03

Tank liten 2

0,29

10,00

10,00

7,00

2,90

1,74

2,03

Tank liten 3

0,29

10,00

14,00

7,00

2,90

2,90

2,03

Tank liten 4

0,29

20,00

6,00

7,00

5,80

4,06

2,03

Tank liten 5

0,29

20,00

10,00

7,00

5,80

2,90

2,03

Tank liten 6

0,29

20,00

14,00

7,00

5,80

4,06

2,03

Tank liten 7

0,29

73,00

8,00

7,00

21,17

2,32

2,03

Tank liten 8

0,29

73,00

16,00

13,00

21,17

4,64

3,77

Tank liten 9

0,29

73,00

10,00

13,00

21,17

2,90

3,77

Tank 10

0,29

86,00

10,00

14,00

24,94

2,90

4,06

Verdiene i tabellen over er hentet ut fra et Excel dokument og viser hvordan utregningene av tyngdepunktene har blitt gjort. Lengden, bredden og høyden er avstander fra nullpunktet til alle tre aksene. Det nullpunktet er plassert helt akterut, helt til styrbord og helt nederst ved det laveste punktet på kjølen. Alle disse verdiene fører til enda en tabell som oppgir totalvekt, og plassering av de ulike tyngdepunktene.

Tallverdi

Enhet

Totalvekt

10,60

kg

Tyngdepunkt X

43,9540094

cm

Tyngdepunkt Y

10,109434

cm

Tyngdepunkt Z

7,58301887

cm

Det at skipet ikke er helt symmetrisk rent skrogmessig har gitt en del utfordringer. Blant annet har dette påvirket styre- og manøvreringsegenskapene til skipet. Dette førte i hovedsak til to utfordringer. Den første store utfordringer er at dersom skipet føres rett forut vil det trekke mot babord i en eksponentielt økende grad. Utfordring nummer to er at skipet kan kun manøvreres en vei ved seiling bakover.

Det at skipet trekker til babord under seiling ble oppdaget ganske raskt etter sjøsetting av fartøyet. Ved nærmere inspeksjon av både ror og propellstilling fant vi ut at dette ikke var grunnen til avviket. Det viste seg heller at unøyaktigheter i skroget var grunnlaget for påvirkningen. Vi diskuterte om hvorvidt vi skulle begynne å bearbeide skroget på nytt for å jevne ut forskjellene, men besluttet å la være. Det gjorde vi fordi vi ikke anser det som hensiktsmessig å bruke mer tid og penger på å prøve og fikse en ganske liten feil som ikke nødvendigvis lar seg løse i det hele tatt.

Det at skipet kun kan svinge en vei når det blir ført akterut viste seg derimot å bli en større utfordring. Når skipet føres bakover er det kun mulig å svinge det mot styrbord. Dersom en prøver å styre svinge roret slik at skipet skulle gått mot babord har det ingen innvirkning på måten båten seiler. Det vil si at om svingespaken er snudd helt i ytre posisjon eller om den står i nøytral posisjon har ikke dette noen form for innvirkning på måten båten beveger seg i vannet

Vi anså dette som en ganske alvorlig feil i produksjonen, men valgte heller ikke her å starte en prosess med å bearbeide skroget. Dette henger sammen med argumentasjonen vi brukte når vi diskuterte sving-egenskapene til skipet over. Det at vi ikke kunne garantere et bedre resultat, og i verste fall et dårligere resultat, gjorde at vi besluttet å ikke starte en omfattende jobb på skroget.

For utenom disse to feilene fungerer fartøyet meget bra i vann. Så lenge vi har motorkraft i fartøyet behersker det stygg sjø overraskende bra. Utformingen av baugen gjør at det skal særdeles mye til før det går vann over og opp på dekk. Som beskrevet under tyngdepunktsutregningene er det vertikale tyngdepunktet veldig lavt. Dette fører som sagt igjen til at båten er veldig stabil, og retter seg fort opp i nøytral posisjon etter at en bølge har truffet skroget.

Både når det kommer til tyngdepunkt og manøvreringsegenskaper er vi summa summarum ganske fornøyd med produktet. Så alle produkter har vi både styrker og svakheter ved konstruksjonen, men vi mener våre styrker overskygger svakhetene, og at de verdiene vi har fått ut er respektable.


4.2 Fremdriftssystemer, styring og mekanikk

4.2.1 Motor

Motoren som blir brukt for å få fremdrift på modellen, er Robbe EF 76/2.          

Diameter

38.0 mm

Vekt

210 g

Spenning

6-8 V

Lengde

57 mm

Turtall

4200 rpm

Max tillatte strøm

20,0 A

Bilderesultat for robbe EF 76/2

Dette er en liten, men kraftig nok motor til modellen vår og passer derfor godt til vårt bruk.

4.2.2 Servo

Til roret har vi brukt en servo av typen S3003 Futuba. Denne ble brukt til å regulere roret. Servoen passer godt til bruk i modellen, da den har lav egenvekt og er kraftig. En grunn til at den passer godt til roret, er fordi den roterer 90 grader til hver side. (Fullt utslag er 180 grader.)

For å styre åpningen av hangaren modifiserte vi servoen, slik at den roterer med full omdreining (360 grader) gjentatte ganger. Dette gjør at den kan åpne og lukke hangaren på en hensiktsmessig måte.

4.2.2.1 Modifikasjon av servo

Det første vi gjorde var å demontere servoen ved å bruke skrutrekkeren for å fjerne de fire skruene som holder lokket på baksiden av servoen sammen. Deretter separerte vi delene forsiktig, slik at vi ikke mistet noen av delene.

For å få servoen til å rotere kontinuerlig uten stans, måtte vi gjøre to ting. Den ene var å ta ut potensiometeret. Oppgaven til potensiometeret er å fortelle servoen posisjon til kontrollarmen. Vi fjernet stoppmekanismen som hindrer servoen i å rotere for langt. For å fjerne denne «stoppe» mekanismen så vi på innsiden av servoen, som illustrert på bildet. Etter dette er servoen evig roterende.         

4.2.3 Batteripakke

Batteriet brukt i det elektroniske systemet heter NI-MH 7.2v 3000 og fungerer på en ypperlig måte til vårt bruk.

For å undersøke om batteripakkene leverer det de står merket med gjorde vi et forsøk på dette.

Vi koblet opp kretsen som illustrert på tegningen, med to batterier som begge består av en last (en på 1Ω, og den andre på 2,2Ω). I tillegg overvåket vi forandringen i spenning over tid og gjorde en beregning på hvor mye strøm som går ut av batteriet til enhver tid.

Da vi koblet til batteriene og begynte å loggføre merket vi fort at motstandene begynte å bli varme. Derfor ble de lagt på et brannsikkert underlag.

 

4.2.3.1 Resultater

Ut ifra dette får vi at:

4.3 Elektronikk og styresystemer

4.3.1 Oversikt over kanaler

Kanal (mottaker)

Kontroll

Funksjon

Port, NI USB-6008

1

Opp/ned venstre spak

Thrust

AO0

2

Opp/ned høgre spak

Hangar

PO.0-3 + DAC

3

Sidelengs venstre spak

Ror

A01

4

Sidelengs høgre spak

Ikke i bruk

N/A

4.3.2 RC – kontrollen

For å styre modellen fikk vi utlevert en Futuba T4YF skysports fjernkontroll. Denne skal bidra til å styre modellen direkte fra kontrollen, men også kobles til en datamaskin  for å styres ved hjelp av en programvare. Vi valgte å bruke Labview for å gjennomføre dette. En morsom detalj ved denne kontrolleren er at den tilsynelatende antennen faktisk ikke har noen funksjon! Det er kun en plastbit. Markedsføring på sitt beste. Kontrollen lyser grønt når den er på, og blinker rødt før batteriet går tomt.C:\Users\krist\AppData\Local\Microsoft\Windows\INetCache\Content.Word\IMG_20170611_131845.jpg

4.3.2.1 Tilkobling

På fjernkontrollen utlevert var det allerede koblet til en ethernet-port som gikk videre til stikkene. (Høyre er koblet til, venstre har ingen funksjon) Dette gjorde at vi lett koble til kontrollen til mikrokontrolleren. Tre brytere på siden av kontrollen lar oss byttes mellom direkte styring fra kontrollen og pc-styring. Siden mikrokontrolleren kun hadde to analoge utganger, måtte vi lage en 4 bits D/A omformer og benytte oss av fire digitale utganger.

På neste side er et bilde av innsiden av kontrolleren. Øverst kan vi se ethernet-porten som vi kan koble mikrokontrolleren vår i. I tillegg kan vi se de tre bryterne som bytter mellom kontroll- og datastyring. Bryterne har tre stillinger; data, fri og spak.

4.3.2.2 Brytere

Brytenes funksjon:

Stilling

Venstre

Midtre

Høyre

Funksjon

Mikrokontroller

Ingen signaler

Spaker

4.3.2.3 Koblingsskjema RC – kontroll

Figuren over illustrerer hvordan koblingsskjemaet for RC-kontrollen ser ut.

4.3.2.4 National Instruments USB-6008, mikrokontroller

Her ser vi blokkdiagrammet til mikrokontrollere i fra National Instruments. Det viktigste å ta med seg ifra dette bildet er at den kobles til PC-en med en USB. Den har en strømforsyning på 5V med 200mA. Mikrokontrolleren har to analoge utganger, AO 0 og AO1, åtte analoge innganger, AI 0-7,  i tillegg til flere digitale utganger.

Her ser vi mikrokontrolleren som blir brukt sammen med LabVIEW 8.0 til å data-styre båten.  Legg merke til hvordan det er montert skinner på hver side hvor man kan feste kabler til utgangene

Merk! Når man kobler boksen inn i en ny PC eller en ny boks i samme PC blir man nødt til å sette opp portene i DAQ assistant igjen!

4.3.2.5 Koblingsskjema system

Bildet under illustrerer hvordan systemet i båten henger sammen. Motor-kontrollen gir strøm til mottakeren og motoren. Servoen til hangar er evig-roterende og vil kunne gjøre så mange omdreininger man trenger for å åpne luka. Servoen til roret derimot har et begrenset vinkelutslag.

C:\Users\krist\AppData\Local\Packages\Microsoft.Office.OneNote_8wekyb3d8bbwe\TempState\msohtmlclipclip_image001.png

5.3.2.6 Design av D/A-omformer

Her er bildet av PCB-designet til D/A-omformeren som er koblet i mikrokontrolleren. Kretskortet ble designet i programmet “ExpressPCB”. Motstandene koblet til er på 10kΩ, 20kΩ, 40kΩ og 80kΩ. Den største motstanden er på den laveste bit-verdien.

Under ser vi tallverdien og tilhørende analog spenning ut.

Under ser vi slik designet ser ut i programmet “PCB express”.

4.3 Styresystemer i Labview 2009

I kravdokumentet står det beskrevet at fartøyet skal kunne styres ved hjelp av en radiokontroller, data ved bruk av radiomottaker og Wi-Fi-mottaker. For å gjennomføre dette benyttet vi dataprogrammet Labview til å lage et kontrollpanel, som kan brukes til å styre fartøyet.

Under er det en illustrasjon over hvordan frontpanelet og blokkdiagrammet i helhet ser ut. For å forklare hvordan dette er satt sammen, har vi valgt å se på hver enkel sammensetning, slik at leseren får en bedre forståelse av programmet.

4.3.1 Frontpanel

4.3.2 Blokkdiagram

4.3.3 Dynamisk posisjonering

Dynamisk posisjonering er først og fremst en metode brukt av skip og halvt nedsenkbare plattformer i samme posisjon over havbunnen uten bruk av anker, men ved bruk av fartøyets egen fremdrift. Dynamisk posisjonering krever n egen datamaskin som samler data om bølgenes virking på skroget, om vind, hvilken retning fartøyet peker i og nåværende posisjon. Utfra denne dataen sendes det så kommandoer til fartøyets propeller, ror og thrustere.

4.3.3.1 Bruksområder

I senere tid har konseptet dynamisk posisjonering også omfattet nøyaktige forflytninger. Dynamisk posisjonering vil kunne benytte seg av en absolutt posisjon over et fast punkt eller så kan den være relativ til et bevegelig objekt som et skip eller en undervannsfarkost.

Offshoreindustrien har et stort behov for fartøyer med dynamisk posisjonerings muligheter. Dykkebåter, shuttletankere, supplybåter, kabelleggere, rørleggingsfartøy, steindumpere, kranfartøy, borerigger og boreskip benytter denne raskt voksende teknologien. Cruisenæringen drar også nytte av dynamisk posisjonering. I stedet for å kaste anker på et korallrev kan cruiseskipet nå ligge stille uten bruk av oppankring ved hjelp av propeller.

 

 

4.3.3.2 Parametere

Her settes alle parameterne brukt til utregninger i programmet. Anbefalte verdier er empirisk testet, og henter seg hurtig og nøyaktig inn i rett posisjon. Alle verdier i programmet starter på anbefalte verdier. Så det eneste brukeren trenger å gjøre er å kjøre programmet. Dersom man er en avansert bruker kan man endre på parameterne til sine preferanser.  

I dette panelet kan vi også se tallverdi på hastigheten til fartøyet, den deriverte. Hvor lenge og langt den har vært ute av posisjon, integralet. Hvilken tick programmet er i. Et tick er en syklus i programmet. Trickraten er hvor ofte programmet oppdaterer seg og gjør utregninger. Differanse er avstand ifra målet. Nåværende posisjon er gitt ved er. Ønsket posisjon settes ved parameteren skal.

Parameterene under WiFI er viktig at stemmer for å kunne sende til Wifi-mottakeren. I tillegg må man sørge for å være koblet til mottakeren.

 

 

4.3.3.3 Dynamisk PosisjonsSystem

 

På dette dashbord-elementet kan vi se hvor langt unna målet på en mer grafisk måte. Dersom differansen ligger i mellom -0.5 og 0.5 vil visere vise «nærme», videre i mellom -1 og 1 vise «langt unna» og så -2 og 2 «veldig langt unna».

Bryteren «DPS», styrt med F3, skrur av og på vårt «Dynamisk posisjonssystem». Dersom bryteren er tent er systemet på.

“Skal” slideren bestemmer ønsket posisjon. “Er” slideren indikerer hvilken posisjon man er i. “Er” verdien hentes fra et potensiometer.

 

Her kan vi se den delen av programmet som håndterer den dynamiske posisjoneringen. Programmet plusser sammen differansen, stigningstallet og integralet (med hukommelse). Utifra dette gir den et ut-signal til motoren i båten. LabVIEW-filen ligger tilgjengelig på nettsiden vår ved interesse.

Slik programmet er nå kan DPS kun benyttes med Radio-overføring. For å gjøre DPS WiFi-kompatibel ville det ikke vært et stort inngrep. Det infrastrukturen til programmet kan bygges videre. I utgangspunktet skal det bare være å koble på og finne de parametrene som gir ønsket resultat.

4.3.3.4 Posisjonsdata

På dette plottet kan vi se en historikk av det analoge innsignalet (les: posisjonen i hvitt. I tillegg kan vi se integralet gjengitt i rødt og den deriverte i grønt. Bryteren «Integral», styrt med F4, skru av og på om integralet skal tas med i beregningen. En annen ønsket funksjon knappen har er å resette verdien til integralet. Brukeren anbefales til å skru av integralberegning ved manuell styring og skru på «Integral» etter at «DPS» er skrudd på. Integralet er på når bryteren er tent. I LabVIEW ser vi at bryeren veksler imellom å “huske” integralet og å sende en null.

 

4.3.1.5 Lukekontroll

Luken betjenes ved dette panelet. Servostyringen til luken aktiveres med bryteren «Servo», styrt med F5. Servomotoren er på når bryteren er tent. Når luken aktiveres vil den grønne firkanten under begynne å blinke gult med sort tekst blinkende rødt. Teksten sier «!! LUKE I DRIFT !!»

Retningen som luken skal bevege seg er gitt ved bryteren «Åpne / lukke», styrt med F6. Indikatoren under forteller hvilken vei luken vil bevege seg dersom bryteren «Servo» er tent. Når «Åpne / lukke» er tent vil luken åpne seg.

 

4.3.1.6 Manuell styring

På neste side ser vi de to forskjellige typene manuell styring vi har, radio- og WiFi-basert styring. Den radiobaserte styringen sender signalet sitt igjennom en radiokontroller av merket «Futaba» og til en mottaker fra samme produsent. NI USB-6008 sine analoge ut-porter er koblet til spakene på kontrolleren ved hjelp av en CAT-5 kabel. Ved å sette en spenning på 1.8V over spaken er den i «nøytral» stilling. Ved å øke spenningen Går sender den signal den ene veien, og ved å senke spenningen motsatt retning.  

Radio-styringen sin thrust øker med «Home» og minker med «End». Spaken kan få porten til å sette en spenning ifra null til fem volt. Spaken er ganget opp med en tiendedel slik at den ikke skulle bli så følsom ved tastaturstyring.

 

På bildet kan vi se bryteren som bytter mellom DPS og manuell styring

 

4.3.3.4 Kalibrering av DPS

Programmet ble først  testet med en viftevogn ifra leverandøren “Pasco”. Det viste seg at programmet gjorde det bra i vannet med de samme parameterne. Ønskelig scenario er å ikke passere “skal” posisjonen mer enn en gang. Vi ønsker at programmet hurtig skal finne tilbake til posisjon. En problemstilling ved å komme hurtig tilbake til posisjon er at det innebærer en fart som fartøyet vil ha med seg over den ønskede posisjonen. Dermed vil den måtte bremse og snu etter å ha passert ønsket posisjon. Med parameterne i programmet nå vil den svinge minimalt over ønsket posisjon, men fortsatt bevege seg tilfredsstillende raskt.

4.3.4 Wifi

Vi valgte å implementere WiFi og radiostyring under samme panel. Grunnet dette fjernet vi WiFI-styringens evne til å skrive feilmeldinger, da vi som oftest styrte den uten. Dette er noe brukeren må være bevisst på, og dersom programmet ikke fungerer som ønsket kan det være lurt å skru på feilmelding ved å legge funksjonen til i blokkdiagrammet.

Som figuren over viser går thrusten fra 61-232 og roret fra 20-245. De teoretiske verdiene er 0-255, men det viste seg at dette ikke fungerte i praksis. I det øyeblikket thrusten overstiger sin maksimale verdi på 232, vil motoren slå seg av. Det samme skjer dersom man senker thrusten til under 61.

Dersom man overstiger 245 på roret, vil nøyaktig det samme forekomme som for thrusten. Det samme gjelder dersom man senker roret til under 20. For utenom dette har vi brukt IP-adresse 192.168.0.1 og port nummer 10001 for å sende signaler til mottakeren.

I blokkdiagrammet startet vi med en TCP open connection, som setter visse parametere som i dette tilfellet var IP-adresse og TCP- port. Denne skriver ut to verdier. Den gule, error out verdien, og den mørkeblå, connection ID-tråden. Disse trådene går inn i en TCP write som også her får inn en verdi. Den siste verdien er en string som gir ut 9 kanalverdier. Disse kanalverdiene har en tallverdi mellom 0 og 255 og i dette tilfellet anses 127 å tilsvare nullverdi. Dette er til bruk, fordi alt under 127 blir ansett som bakover, og alt over 127 er «fremover».

4.3.4.1 Kanalfordeling

Syv av de ni ulike kanalene har blitt satt til faste verdiene. Port 0 har verdi 0 og fungerer som jording. Alle andre kanaler utenom kanal 4 og 8 har konstant verdi 127. Dette vil med andre ord si at de ikke gjør noe.

Kanal 4 på kretskortet er koblet til thrusten, og er koblet til en slide som har verdi mellom 0-255. I praksis er denne verdien fra 61-232. Alle verdier under 127 vil føre til at fartøyet går bakover og verdier over 127 fører til at fartøyet går framover.

Kanal 8 fungerer på samme måte som thrusten, men denne kanalen har som oppgave å styre roret. Alle de overnevnte detaljene om programmet kjøres gjennom en «while-loop» som illustrert i blokkdiagrammet. Deretter sendes dette inn i en TCP close connection for å slutte programmet og sende verdiene.

Dette kjøres også gjennom en «while-loop» slik at programmet kontinuerlig sender ut verdier til mottakeren. Dette fører til at eventuelle verdiendringer blir sendt til mottakeren.

4.3.4.2 Erfaringer

Under arbeidet med å konstruere dette programmet støtte vi på noen utfordringer. Den første utfordringen vi møtte på var at noen av konstantene og sliderne ga ut feil datatype. Dette ble enkelt endret gjennom deres egenskaper.

Den andre og kanskje største utfordringen var at den ene «add» porten ga ut en annen datatype enn det den fikk inn. Vi fikk ikke opp noen feilmeldinger i programmet når vi kjørte programmet, men det var heller ingenting som fungerte slik det skulle. Dette medførte at vi besluttet å bygge hele programmet på nytt igjen. Dette resulterte i at programmet fungerte i tråd med hensikten til programmet.

5. Testresultater

Gjennom prosjektarbeidet har vi arbeidet mye med forskjellige oppgaver. Vi har blant annet jobbet mye med skroget i Freeship, men også det elektroniske i Labview. Gjennom å teste om skrogets egenskaper og om produktet produsert i Labview fungerer slik det skal. Ved å teste produktene vi har konstruert, vil vi kunne avdekke eventuelle feil og mangler som må justeres. Vi testet blant annet dynamisk posisjonering, krengetest og slepetest med mer. Under er de ulike testene beskrevet og resultater ført opp.

5.1 Slepetest

Hensikten med slepetesten er å kartlegge modellens motstand og effektbehov

5.1.1 Sammendrag av slepetest

Dette ble gjennomført ved at modellen ble lastet med vekt tilsvarende full tonnasje. Vekten til modellen og tettheten til vannet i tanken bestemmer fulldataskala. Vannlinjen til modellen er allerede bestemt ved hjelp av Freeship. Vi bestemmer vannets tetthet og kinetisk viskositet(tyktflytende) ved å måle temperatur. Modellen vår ble trukket med følgende vekter (i kg): 0,750; 1,000; 1,665; 2,665; 3,665; 4,665; 5,665; 6,665; 7,665 og 8,665. Dette ga modellen ulike hastigheter. Hver hastighet ble registrert ved hjelp av LabVIEW måleutstyr da hastigheten var konstant. Slepevekt med tilhørende hastighet og skipsdata ble lagt inn i kalkulator for beregning av slepeeffekten i stor skala.

5.1.2 Resultater

Kurven viser farten til modellen langs x-aksen med kraft den blir dratt med på y-aksen

Kurven viser hvilken effekt som må til på skipet for å oppnå hastigheten på x-aksen

Kurven viser restmotstandkoeffisienten, og her kan vi blant annet finne ut av at båten er mer økonomisk å kjøre på 5,5 til 6,7 knop enn fra 9 til 10 knop.


5.1.3 Rekkevidde og drivstoff forbruk

Rekkevidde og drivstofforbruk ble beregnet ut fra slepeforsøket.

Det er satt som krav at fartøyet skal kunne  drive aktivitet i minimum 30 dager og kjøre 1000 nm på 72 timer. På fult pådrag kjører fartøyet 13.6 knop. som er rett i underkant av 1000 nm. Når det gjelder drift av båten, kan den ved full hastighet kan skipet kjøre i 158 timer, rett i underkant av 7 døgn. Ved 25% pådrag har skipet en fart på 10 knop  og kan kjøre 668 timer, som tilsvarer 28.7døgn. Ved en hastighet på 5 knop kan skipet opererer i hele 377 døgn uten å fylle tanken, Fartøyet ligger rett under kravene til hastighet, men den gjør mere enn godt nok opp for det med å kunne operere selvstendig i lange perioder.

Knop

5.5

7.6

9

10

11.7

12.3

12.8

13

13.8

Driftstimer

9062

2614

1135

688

362

290

241

206

150

Driftsdøgn

377

108

47

28

15

12

10

8.6

6.7

Rekkevidde

39842

19868

10218

6882

4239

3566

3078

2677

2148

5.2 Krengetest

Hensikten med krengeforsøket er å bestemme metasenterhøyden og tyngdepunktets vertikale plassering til et skip ved gitt deplasement.

5.2.1 Sammendrag av krengetest

 Det første vi gjorde i forsøket var å sette opp utstyret som skulle benyttes. Deretter leste vi av ulike verdier fra pendelutslaget, som vi tok med oss videre til Freeship hvor vi beregnet metasenterhøyden og tyngdepunktets vertikale plassering.

 5.2.2 Teori

M = Metasenter

G = Tyngdepunkt

B = Oppdriftssenter

K = Kjøl

 

Sammenhengen mellom krengende moment (w * t) og tangens til krengevinkelen er gitt ved følgende:

Moment tatt om metasenter (M):

 

Geometri:

  

GM er avstanden mellom metasenteret og tyngdepunktet.

Dette gir følgende formel:

GM =

For å måle krengningsvinkelen brukte vi tangens som er gitt ved:

tanθ==

Figuren under illustrerer forskjellen mellom  , samt vinkelen () mellom metasenter og oppdriftssenter (B).

 

For krengevinkler mindre enn ca 7 º, er metasenterhøyde (GM) et fast punkt i fartøyet og dermed en fast bestemt størrelse. Ved å utsette modellen for ulike krengende momenter, til styrbord og babord side får vi et grunnlag for å lage et plott av sammenhengen mellom krengemoment og krengevinkel.

5.2.3 Fremgangsmåte

  1. Først rigget vi til pendel, linjal og avstivning for linjal/vekt på modellen. Vi målte deretter lengde ned til linjal hvor pendelutslaget leses av. Denne lengden ble målt til 38,5 cm.
  2. Deretter veide vi modellen, uten last, med krengevekter og målingsutstyr. Dette ble gjennomført før vi satte modellen på vannet. Modellen med krengevekt på 100g, og måleutstyr veide totalt 5240 g. Vi satte nullpunktet vårt til å være midt i skipet. Målene på linjalen viste da 10 cm.  
  3. Vi plasserte modellen i slepetanken, og satte krengevekten midtskips slik at modellen ikke krenget. Vi noterte pendelens stilling til å være 10,4 cm på  linjalen. Dette medførte at pendelutslaget var 0,4 cm mot babord side på modellen.
  4. Etter dette flyttet vi krengevekten 4 cm vekk fra midtskips til babordside og målte pendelutslaget til å være 1,7 cm.  
  5. Vi flyttet krengevekten 8 cm vekk fra midtskips til babord side og noterte tilhørende pendelutslag til å være 3,5 cm.
  6. Videre i gjennomføringen satte vi krengevekten til opprinnelig posisjon midtskips og så at dette stemte med 10 cm.
  7. Vi flyttet krengevekten 4 cm vekk fra midtskips til styrbordside og målte pendelutslaget til å være 1,1 cm.
  8. Vi flyttet krengevekten 8 cm vekk fra midtskips til styrbordside og målte pendelutslaget til å være 3,0 cm.  
  9. Deretter lagde vi en tabell, fylte inn resultatene og trakk etter beste evne en rett linje gjennom punktene.
  10. Ut i fra linjens stigningsforhold og modellens totalvekt under forsøket, beregnet vi tilslutt modellens metasenterhøyde, GM, under forsøket.
  11. Til slutt gikk vi inn i Freeship og fant modellens metasenter avstand i forhold til kjølen (KMT) ved det deplasementet(forsøk). Med denne og den beregnede GM ble modellens endelige vertikale tyngdepunkter, KG (VCG) beregnet.

 Kopi av DSC_0219.JPG

 

 

Krengevekt

0,1 kg

Deplasement forsøk

5,24 kg

Pendelens lengde (l)

38,5 cm

 

DSC_0220.JPG

 5.2.4 Resultater

Forflytning krengevekt (cm)

midtskips

4 cm

8 cm

Avvik styrbord (SB)

0 cm

1,7 cm

3,5 cm

Krengning (SB) i grader

0 cm

2,53 °

5,2 °

Avvik babord (BB)

0,4 cm

1,1 cm

3 cm

Krengning (BB) i grader

0,6 °

1,64 °

4,5 °

Ved hjelp av tabellen får vi en bedre oversikt over verdiene vi fikk i forsøket. Hvordan vi kom frem til resultatene er forklart i 5.2.3 fremgangsmåte. For å finne krengningen i grader måtte vi derimot foreta en enkel beregning, forklart over.

 

Deretter setter vi dette inn i formelen

Babord forflytning (0.04 m)  gir GMBB(0.04m)  =   0.021 m.

Babord forflytning (0.08 m)   gir GMBB(0.08m)    =  0.0163 m.

Styrbord forflytning (0.04 m) gir GMSB(0.04m) =   0.0226 m.  

Styrbord forflytning (0.08 m)  gir GM SB(0.08m) =  0.0196 m.

Vi regnet ut hvor mye deplasement fra forsøket ville blitt i stor skala.

∆s= ∆* *   = 5.24 kg * 243*= 74.4 tonn

∆s = deplasement i stor skala

∆ = deplasementforsøk

Deretter gikk vi inn i Freeship og endret dypgangen slik at deplasementet ble tilsvarende 74.4 tonn.

KMT =   =  * 1000 = 10,95 cm.

Videre gjør vi om verdien for å få den til å være i samme skala som modellen, 1:24.

Når vi nå har funnet KMT og har GMforsøk kan vi regne ut KGforsøk. Dette gjøres ved å ta

KGforsøk = KMT – GMforsøk = 10.95 - 1.96 = 8.99 cm. Dette er KG med rigg.  

5.2.4.1 Graf

Grafen viser et tilsynelatende konstant forhold mellom krengevekt og vektarm. For å finne metasenterhøyde (GM) bruker man dette forholdet. Grafen ble laget i excel og linjen mellom punktene er laget etter beste evne. Grunnen til dette var for å finne den lineære funksjonen mellom punktene.

= =8,29 cm.

KGKG= 0,0829 m  24 =  1,99 m.

5.2.5 Eventuelle feilkilder

Dette forsøket ble gjennomført to ganger som følge av usannsynlige tall ved forsøk nummer en. I forsøk to fikk vi mer fornuftige tall og valgte å gå for disse. Feil under avlesning på krengevinkel som følge av bølger i tanken. Dette kan medføre at målingene blir unøyaktige. I tillegg til menneskelige feil, som for eksempel unøyaktige målinger av lengden fra snora til linjalen.

 

5.3 Test av fart og akselerasjon

 Hensikten med dette forsøket er å kartlegge båten sin maksimale akselerasjon og toppfart ved fullt og halvt pådrag

 

5.3.1 Sammendrag av forsøk

Forsøket ble gjennomført i slepetanken på maskinlabben og båten ble kjørt via RC. Båten ble lastet opp med vekt som tilsvarer skip med fulle tanker, og en Bluetooth akselerasjonsmåler ble brukt til å logge akselerasjonen via PASCO Capstone.

I fartstesten ble det målt opp en strekning på 5m og det ble tatt tiden av det båten brukte på å avlegge strekningen.

5.3.2 Gjennomføring akselerasjonstest

 

  1. Vi synkroniserte måleinstrumentet med PCen via Capstone og lot båten stå i ro i midten av slepetanken.
  2. Begynte å logge og ga full gass med båten.
  3. Akselerasjonen kunne leses rett av grafen.
  4. Vi kan lese av grafen at båten har en akselerasjon akkurat i pådrags øyeblikket på 1,15 m/s2

5.3.3 Gjennomføring fartstest

 

  1. En person sto på starten av strekningen mens den andre sto på 5m streken og tok tiden.
  2. Båten ble kjørt opp i toppfart før den krysset startstreken, og personen som sto der gav signal til tidtaker når båten krysset.
  3. Det ble kjørt 3 forsøk ved fullt pådrag og 3 forsøk på halvt pådrag, for så å ta gjennomsnittet av disse.

 

Tid 1 på 5m

Tid 2 på 5m

Tid 3 på 5m

Gjennomsnitt

HALVT PÅDRAG

4,35s

4,48s

4,37s

4,4s

FULLT PÅDRAG

3,55s

3,65s

3,71s

3,64s

 

Fart ved fullt pådrag blir farten da: 5/3,64 = 1,37m/s

Fart ved halvt pådrag blir farten da: 5/4,4 = 1,13m/s

 

5.4 Hydrostatikk

5.4.1 Hensikt

Lage et kurveark over egenskapene til skroget, med 0 i trim og fra 0-200% deplasement

5.4.2 Utførelse

I freeship er den en funksjon som gjør at en kan beregne hydrostatikken til skipet ved ulike deplasement. Skroget har en konstruert dypgang på 2,085m. Det tilsvarer 100% deplasement. Beregningene som er gjort er fra 0m i dypgang til 4.17m

5.4.2.1 Gloseliste

Lwl    : Length on waterline

Bwl        : Beam on waterline

Volume : Displaced volume

Displ.        : Displacement

LCB        : Longitudinal center of buoyancy, measured from the aft perpendicular at X=0.0

VCB        : Vertical center of buoyancy, measured from the lowest point of the hull

Cb        : Block coefficient

Am        : Midship section area

Cm        : Midship coefficient

Aw        : Waterplane area

Cw        : Waterplane coefficient

LCF        : Waterplane center of floatation

CP        : Prismatic coefficient

S        : Wetted surface area

KMt         : Transverse metacentric height

KMl          : Longitudinal metacentric height


5.5 Kraftmåling

5.5.1 Hensikt

Hensikten  med dette forsøket er å kartlegge båtens maksimale stillestående trekkraft

5.5.2 Sammendrag

Forsøket ble gjennomført i slepetanken på maskinlabben og båten ble kjørt via RC. Båten ble lastet opp med vekt som tilsvarer skip med fulle tanker.

Det ble brukt en kraftsensoren som logget kraften til båten ved fullt turtall i PASCO Capstone. Det ble gjennomført tre individuelle forsøk. To forsøk i fartsretningen til båten, der polene inn på motoren ble snudd mellom forsøkene. Et forsøk der motoren gikk i revers.

 

5.5.3 Gjennomføring kraftmåling

  1. Akter festet til båten bel festet til kraftsensoren ved hjelp av en snor.
  2.  Båten ble kjørt ved fullt Pådrag forover og kraften ble logget av Capstone.
  3.  Polene inn til motoren i forhold til batteriet ble byttet om og forsøker gjennomført på nytt.
  4. Båten ble festet til Kraftsensoren ved fremre feste, og samme forsøk ble gjennomført

 

5.5.4 Resultat

Forsøk

Forover

Forover, med snudde poler

Revers

Kraft

6.0N

8.4N

5.5N

 

 

5.6 Strømtrekk og spenning over motor under kjøring

Hensikten med dette forsøket er å kartlegge båten sitt strømtrekk og loggføre spenningen over motoren ved halvt og fullt pådrag.

5.6.1 Sammendrag

Forsøket ble gjennomført i slepetanken på maskinlabben og båten ble kjørt via RC. Båten ble lastet opp med vekt som tilsvarer skip med fulle tanker, og en Bluetooth analog omformer som målte spenning ble brukt til å logge resultatene via PASCO Capstone.

Under spenningstesten ble det målt spenning direkte over motoren, mens på strømforbrukstesten ble det satt inn en 0,1Ω motstand og målt spenning over denne, for så å regne om til strøm.

5.6.2 Gjennomføring strømforbrukstest

 

  1. Vi synkroniserte måleinstrumentet med PCen via Capstone og lot båten stå i ro i midten av slepetanken.
  2. Begynte å logge og ga full halv gass med båten.
  3. Snudde båten og gav full gass tilbake.
  4. Spenningen over motstanden tok vi og delte på 0,1 og fikk ut en graf over strømtrekken.

Vi kan lese av grafen at båten har et strømtrekk på ca. 7A ved halv gass og ca. 13A ved full gass, hvorfor det er så hakkete på halv gass kommer vi tilbake til i testen hvor vi logger spenningen over motoren.


5.6.3 Gjennomføring test av spenning over motor

  1. Vi synkroniserte måleinstrumentet med PCen via Capstone og lot båten stå i ro i midten av slepetanken.
  2. Begynte å logge og ga full halv gass med båten.
  3. Resultatene ble logget og et nytt forsøk ble gjennomført med full gass.

5.6.3.1 Halvt pådrag

  1. Her ser vi spenningen over motoren ved halvt pådrag, og vi kan se at peakene er ca. 7,5V, som er det samme som batteriet fulladet. Grunnen til at dette er halvt pådrag er fordi den ikke er konstant på 7,5 volt men veksler mellom fullt pådrag og av mange ganger i sekundet.

5.6.3.2 Fullt pådrag

  1. Her ser vi spenningen på vei opp og ved fullt pådrag, og den stabiliserer seg på ca. 7V.

 

Grunnen til hakkete strømtrekk ved halvt pådrag i forrige forsøk skyldes kurven til spenningen ved halvt pådrag i denne testen.


5.7 Motorens virkningsgrad, dreiemoment, og strømforbruk, ved ulike turtall.

5.7.1 Hensikt

Hensikten med forsøket er å finne virkningsgrad og dreiemomentet til motoren. Samt å finne strømforbruket til motoren ved ulike spenninger.


5.7.2 Sammendrag

Det ble gjorde to Separate forsøk på motoren. Et for å finne virkningsgrad og dreiemoment, og et for å finne strømforbruk ved ulike turtall. I begge forsøkene ble logge programmet PASCO Capstone brukt for å registrere resultatene og motoren fikk spenning fra en variable spenningskilde Det bel og målt strøm og spenning mål ved hjelp av to spenning, en plassert over motoren, og en plassert over en 0.33Ω motstand i serie med motoren. I første forsøk takk motoren en trekloss  på 0.1kg opp fra bakken. Det ble brukt posisjonsmål til å logge fart og akselerasjon til treklosse, I det andre forsøket ble det brukt pasco photogate til å registrere omdreiningshastigheten, motoren ble kjørt helt uten last i dette forsøket..

5.7.3 Gjennomføring Test av Virkningsgrad og Dreiemoment

  1. Akslingen til motoren ble festet til klossen ved bruk av et tau. Spenningsmålere ble koblet til motoren. En over motoren, og en over motstanden i serie med motoren. Klossen ble plassert loddrett under akslingen over posisjonsmåleren.
  2. Spenning ble satt over motoren som fikk motoren til å dra klossen loddrett oppover.
  3. Vi beregnet deretter ut virkningsgrad og dreiemoment, ut i fra resultatene vi fikk.




  1. Alle Formler og beregninger ble lagt inn i PASCO Capstone. Vi regner ikke med de første og siste verdiene (Verdiene i grått med strek over). Dei ble målt før motoren begynte å dra og etter den var ferdig, Grafene viser Virkningsgraden og dreiemoment, samt gjennomsnittsverdiene. I tabellen er står det kraftmoment, men dette er det somme som dreiemoment.
  2. Dreiemomentet er 2.1*10^-3nm
    Virkningsgraden er 0.22







5.7.4 Gjennomføring strømforbruk ved ulike turtall

  1. Vi koblet opp motoren med spenningsmålere, deretter festet vi en teip på akslingen til motoren. Vi plasserte lysporten slik at teipbiten gikk gjennom lysporten en gang pr. omdreining.
  2. Vi kjørte spenning inn på motoren, og lysporten registrerte turtallet. Motoren ble kjørt uten last og det ble brukt en regulerbar spenningskilde til å regulerer spenningen over motoren.

5.7.4.1 Resultater



5.8 Konstruksjonsvannlinjen og trim

5.8.1 Hensikt

Konstruksjonsvannlinjen og design trim skal bestemmes vha. dataprogrammet og kontrolleres vha. eksperiment i skolens slepetank for den ferdige modellen


5.8.2 Sammendrag

Vi brukte programmets Freeship til å beregne konstruksjonsvannlinjen(KVL) og design trim. Dette ble gjort ved å beregne vekten til båten og finne det deplasementet den kom til å få, deretter stille vannlinjen i Freeship til vi fikk ønsket deplasement. Vi bestemte oss for et design der vi skulle ha 0-trim.


5.8.3 Bilde fra Freeship

KVL=2.085m



5.8.4 Gjennomføring

Først beregnet vi vekten på modellen kom til å veie. Modellen, fullastet, med droner, tanker og div utstyr, kom til å veie 8.32kg.

Vi beregnet at deplasementet til en fullastet båt kom til å være 112 tonn, og at design dypgangen da ble 1.82m Vi regnet dette om til skalert størrelse.
 
Vannlinjen ble 7.625 cm over kjølen på modellen. Da konstruksjonen er beregnet for 0-trim var det lett og måle opp og male på vannlinjen på modellen.

5.8.5 Bilder av første vannlinje test

 

Etter at vi testet modellen i vannet viste det seg at den fullastede modellen hadde slagside mot babord. Løsningen på dette som beskrevet tidligere, var å redusere vekten på drone hangaren og plassere to bly plater i bunn av båten, på totalt 2.26kg.
Den nye totalvekten på modellen ble 10.68kg
Vi måtte da begrene ny konstruksjonsvannlinje da den nye vekten førte til et nytt deplasement og ny dypgang. Det nye deplasementet ble 143. tonn og kvl ble 2.10m

Vi oppdaget og at vi hadde fått litt fått ca 1 cm trim i båten, noe som gjorde at vi måtte heve kvl mere bak enn foran.



6. Serieproduksjon

6.1 Muligheter

Grunnet fartøyets modulære design vil det være mulig i serieprodusere deler for å så sette de sammen. Ideelt sett så ser vi at produksjon vil bli automatisert og på norsk jord. Dette har vært ett av våre grunnprinsipper ifra bedriften ble stiftet tidligere i år. Dersom prisen tvinger oss kan vi bli nødt til å iverksette produksjon i et land med billigere arbeidskraft. En stor fordel ved produksjon i Norge vil være den billige strømmen. I tillegg vil det være tryggere for rikets sikkerhet å skape våre militære verdier under vår fulle kontroll.

6.3 Utfordringer

En utfordring ved serieproduksjon vil være delenes høye krav til presisjon, men vi ser for oss at dette vil kunne la seg løse med automasjon og kunstig intelligens.

6.4 Fordeler

Den største fordelen med serieproduksjon vil være reduserte kostnader noe som vil kunne gi oss en større flåte med disse fartøyene som videre vil øke norges kampkraft. Dersom vi presterer å gjøre denne prosessen effektiv vil vi kunne supplere våre allierte med slike sjøgående droneplattformer. Norge kan bli en eksportør av militært materiell.

6.5 Kostnader

Vi i Wave har troen på at vårt produkt er konkurransedyktig, selv i en sterkt voksende industri som dronefartøyer. På grunn av produktets smarte løsninger og ferdige plantegninger vil vi kunne raskt få våre farkoster på vannet. Vi er iferd med å bli ledende aktør innen sjøgående droneplatformer og dette gjør oss til en attraktiv samarbeidspartner for eksterne bedrifter. Vi vil kunne få eksklusive avtaler som gjenspeiler seg i vår pris.

Her er en oversikt over hva det første fartøyet vi vil kunne levere av denne typen kommer til å koste. Med i denne prisen ligger alt av design og utvikling av teknologien som ligger i KNM Tsunami. Når dette er sagt kommer eventuelle videre fartøy til å bli en signifikant del rimeligere.

7 Kilder

7.1 Nettsider

(Lastet i perioden Mai - Juni 2017)

8 Programvare

side