Пароход на пульте управления своими руками – Сделай сам

История создания

Для начала небольшая историческая справка о прототипе. История создания немецких торпедных катеров берет начало в годы Первой Мировой Войны. Впервые образец кораблей такого типа был построен в 1917г. Сразу можно сказать, что он был очень далек от совершенства.

Но все же к концу войны флот Германия насчитывал 21 катер. После окончания войны многие страны потеряли интерес к этому типу оружия. По-другому обстояли дела в Германии, на которую было наложено множество ограничений по части вооружений, согласно Версальскому договору.

Кстати, о торпедных катерах там ни чего не было сказано. Поэтому, немцы в 1923г. сначала приобрели несколько старых торпедных катеров для «Ганзейской школы яхтсменов» и «Германского спортивного общества открытого моря». Под прикрытием этих организаций начались работы по совершенствованию имеющихся катеров и созданию новых.

К концу 30-х были выработаны требования тактико-технические требования к новым «москитам». Согласно немецкой морской доктрине, скоростные показатели, в отличие от проектов катеров других стран, были относительно невысокие — около 40 узлов. К тому времени разными фирмами были представлены три варианта катеров с разной компоновкой и различным количеством бензиновых двигателей.

Но они не удовлетворили военных, поэтому, требовался совершенно новый проект. В 1928г. внимание специалистов привлекла моторная яхта Oheka II, построенная фирмой «Люрссен» для американского финансового магната. Корпус, по тем временам, имел передовую конструкцию, его силовой набор был выполнен из легких сплавов, а обшивка состояла из двух слоев древесины.

Три бензиновых двигателя позволяли яхте развивать скорость 34 узла. По тем временам это были выдающиеся характеристики. В ноябре 1929г. фирма «Люрссен» получила заказ на разработку и постройку торпедного катера. За основу конструкторы взяли проект яхты Oheka II, почти вдвое увеличили водоизмещение чтобы компенсировать момент, создаваемый высокорасположенными торпедными аппаратами.

Катер вступил в строй 7 агуста 1930г. и несколько раз менял свое название, в результате он получил обозначение S-1 (Schnellboot). Следует отметить, что даже увеличение мощности двигателей не помогло добиться проектной скорости 36,5 узда. На скоростях близких к максимальной нос катера выходил из воды происходил замыв бортов и возникало сильное брызговое сопротивление.

Эту проблему удалось решить применив так называемый «Эффект Люрссена». Суть его заключалась в том, что в потоки крайних гребных винтов ставили небольшие вспомогательные рули, которые поворачивали 15-18 градусов в сторону борта. Это помогло добиться увеличения скорости до двух узлов.

Впоследствии, вспомогательные рули стали обязательной частью конструкции всех шнельботов. S-1 и стал прородителем всей серии немецких торпедных катеров класса S. С 1943 начали производиться катера наиболее удачной модификации Schnellboot типа S-100.

От кораблей предыдущих типов он отличался бронированной рубкой куполообразной формы. Катера класса S-100 имели почти вдвое большую длину, чем катера противника аналогичного класса. Они были оборудованы каютами, камбузом, гальюном и всем необходимым для длительных переходов, что позволяло использовать их на большом удалении от баз.

Как сделать радиоуправляемую модель катера

Вам понадобится

• — стеклоткань;
• — эпоксидная или полиэфирная смола;
• — фанера толщиной 4-5 мм;
• — аппаратура радиоуправления;
• — электродвигатели и аккумуляторы;
• — набор инструментов;

Инструкция

При постройке радиоуправляемой модели корабля или судна очень важно правильно выбрать прототип. Чтобы модель хорошо управлялась, она должна иметь небольшое отношение длины к ширине. Это значит, что радиоуправляемая модель портового буксира или катера будет смотреться гораздо эффектнее и интереснее оснащенной дистанционным управлением модели линкора.

Размеры будущей модели определяются необходимостью разместить в ней приемник аппаратуры управления, рулевые машинки, один или два электродвигателя и аккумуляторы.

При правильно выбранных размерах вся аппаратура размещается компактно, но без тесноты. Ко всем ее элементам должен быть свободный доступ, это обеспечивается снимаемыми лючками и надстройками.

Иногда съемной делают всю палубу, что обеспечивает полный доступ к аппаратуре.

Корпус модели выклеивается из стеклоткани на болване или в матрице. В последнем случае можно получить практически готовый корпус, его останется только усилить элементами набора и окрасить. Для выклейки используйте эпоксидные или полиэфирные смолы.

В готовый корпус вклейте дейдвудную трубу и втулку руля. Для электродвигателя необходимо собрать регулятор, позволяющий поворотом переменного резистора плавно менять его обороты. К ручке резистора крепится небольшой рычаг, соединяющийся с идущей от рулевой машинки тягой.

При повороте ручки на пульте управления двигатель модели должен плавно менять обороты. Обязательно предусмотрите простейший коммутатор, меняющий полярность подаваемого на двигатель напряжения, это позволит менять направление вращения винта. Еще одна рулевая машинка будет управлять рулем модели. Если винтов два, необходимо предусмотреть и режим работы враздрай – то есть когда один винт тянет вперед, а другой назад.

Всю аппаратуру размещайте в корпусе модели равномерно, это позволит избежать ее крена. Чем ниже вы разместите все тяжелые элементы, тем выше будет устойчивость модели, тем более крутые и красивые виражи она сможет выполнять.

Винт для модели можно спаять самостоятельно. Для этого на токарном станке вытачивается латунная втулка, в ней сверлится отверстие и нарезается резьба под вал. Затем к втулке припаиваются латунные лопасти, готовый винт тщательно выравнивается, балансируется и полируется.

При работе над моделью учитесь делать все очень аккуратно, не допуская малейшей небрежности. Важно научиться высокой культуре моделирования, в дальнейшем это сослужит хорошую службу. То, что сделано добротно и аккуратно, обычно хорошо работает. Даже те элементы модели, что находятся под палубой и обычно не видны, должны быть тщательно обработаны.

Предусмотрите на модели приемные антенны. Очень хорошо смотрятся парные, расположенные по бортам. Выключатель питания должен располагаться в удобном месте, его можно совместить с каким-либо элементом надстроек.

Например, питание включается при повороте лебедки. Когда держите модель в руках, будьте осторожны, случайная подача питания на двигатель может привести к травмам, нанесенным острыми лопастями винта.

Сначала опускайте модель на воду и только после этого включайте питание.

Катер на радиоуправлении по домашнему

Радиоуправление на микроконтроллере

   Многие хотели собрать простую схему радиоуправления, но чтоб была многофункциональна и на достаточно большое расстояние. Я все-таки эту схему собрал, потратив на неё почти месяц.

На платах дорожки рисовал от руки, так как принтер не пропечатывает такие тонкие. На фотографии приемника светодиоды с не подрезанными выводами — припаял их только для демонстрации работы радиоуправления.

В дальнейшем их отпаяю и соберу радиоуправляемый самолет.

Схема аппаратуры радиоуправления состоит всего из двух микросхем: трансивера MRF49XA и микроконтроллера PIC16F628A. Детали в принципе доступные, но для меня проблемой был трансивер, пришлось через интернет заказывать. Архив с прошивкой и платой качайте здесь.

Подробнеее об устройстве:   MRF49XA — малогабаритный трансивер, имеющий возможность работать в трех частотных диапазонах.— Низкочастотный диапазон: 430,24 — 439,75 Mгц (шаг 2,5 кГц).— Высокочастотный диапазон А : 860,48 — 879,51 МГц (шаг 5 кГц).— Высокочастотный диапазон Б : 900,72 — 929,27 МГц (шаг 7,5 кГц).

  Границы диапазонов указаны при условии применения опорного кварца частотой 10 МГц.

   Принципиальная схема передатчика:

   В схеме TX довольно мало деталей. И она очень стабильная, более того даже не требует настройки, работает сразу после сборки. Дистанция (согласно источнику) около 200 метров.

   Теперь к приемнику. Блок RX выполнен по аналогичной схеме, различия только в светодиодах, прошивках и кнопках. Параметры 10-ти командного блока радиоуправления:

•          Передатчик:
•          Приемник:
•   Помехоустойчивое кодирование, подсчет контрольной суммы при приеме.

Мощность — 10 мВт Напряжение питания 2,2 — 3,8 В (согласно даташиту на м/с, на практике нормально работает до 5 вольт).Ток, потребляемый в режиме передачи — 25 мА.Ток покоя — 25 мкА.Скорость данных — 1кбит/сек.Всегда передается целое количество пакетов данных.Модуляция — FSK.Помехоустойчивое кодирование, передача контрольной суммы.

  Чувствительность — 0,7 мкВ.
Напряжение питания 2,2 — 3,8 В (согласно даташиту на микросхему, на практике нормально работает до 5 вольт).
Постоянный потребляемый ток — 12 мА.
Скорость данных до 2 кбит/сек. Ограничена программно.
Модуляция — FSK.

Преимущества данной схемы

—  Возможность нажатия в любой комбинации любого количества кнопок передатчика одновременно. Приемник при этом отобразит светодиодами нажатые кнопки в реальном режиме. Говоря проще, пока нажата кнопка (или комбинация кнопок) на передающей части, на приемной части горит, соответствующий светодиод (или комбинация светодиодов).

—  Во время подачи питания на приемник и передатчик, они уходят в тест режим на 3 секунды. В это время ничего не работает, по истечению 3-х секунд обе схемы готовы к работе.

—  Кнопка (или комбинация кнопок) отпускается — соответсвующие светодиоды сразу же гаснут. Идеально подходит для радиоуправления различными игрушками — катерами, самолётами, автомобилями. Либо можно использовать, как блок дистанционного управления различными исполнительными устройствами на производстве.

   На печатной плате передатчика кнопки расположены в один ряд, но я решил собрать что-то наподобии пульта на отдельной плате.

1.    Питаются оба модуля от аккумуляторов 3,7В. У приемника, который потребляет заметно меньше тока, аккумулятор от электронной сигареты, у передатчика — от моего любимого телефона)) Схему, найденную на сайте вртп, собрал и испытал: [)еНиС
2.    Форум по радиоуправлению
3.    Обсудить статью Радиоуправление на микроконтроллере

Спортивный ру катер своими руками)

Установка гребных валов и кронштейнов

Теперь нужно собрать узел дейдвуды — валы-кронштейны. Для своей радиоуправляемой модели катера Schnellboot S-100 я использовал валы диаметром 2 мм фирмы Gaupner. Чтобы их не погнуть и не повредить во время подготовитель работ, для установки и подгонки ходовой части модели, использовались спицы от велосипеда, диаметр которых тоже 2мм.

Затем проверяем легкость вращения валов в этой системе. При необходимости выставляем и подгибаем кронштейны как нужно. В конечном итоге надо добиться, чтобы валы очень легко вращались во всей этой системе. После, небольшим количеством эпоксидной смолы, наживляем кронштейны гребных валов, приклеивая их к площадкам из текстолита.

Во время отвердевания смолы постоянно контролируем легкость вращения гребных валов, при необходимости корректируем положение кронштейнов. Этот этап очень ответственный, так как правильная установка и фиксация  системы дейдвуды — валы-кронштейны и легкость вращения валов, в дальнейшем, сильно скажется на ходовых характеристиках модели и повлияет на расход аккумуляторных батарей.

После окончательного отвердевания эпоксидной смолы еще раз проверяем легкость вращения вылов, и если все в порядке, окончательно фиксируем кронштейны, хорошо проливая место склейки на текстолитовых площадках эпоксидной смолой. На этом фото показан узел с уже загнутыми и вклеенными на эпоксидную смолу  кронштейнами.

Следующий этап, после фиксации кронштейнов, установка моторамы с двигателями.  Для этого сначала, на токарном станке, точим бобышки и нарезаем в них резьбу под винты, которыми будет крепиться моторама. На фото выше видно, что бобышки уже установлены в корпус.

Опишу несколько подробнее процесс их установки.  Бобышки я сделал из оргстекла, а резьба нарезана под болты М3. Для упрощения процесса установки моторамы с двигателями делаем две простые приспособы. На токарном станке точим две втулки. Так как у нас гребные валы и валы электродвигателей имеют диаметр 2мм, делаем внутренний диаметр втулок 2мм.

Их длина примерно 30мм, а внешний диаметр особого значения не имеет. Затем, при  помощи этих втулок, будем соединять валы моторов и гребные валы в одно целое. Прикручиваем бобышки к мотораме, и подгоняя их, выставляем мотораму в корпусе, так чтобы гребные валы вращались с максимальной легкостью.

Шаг 3: прототип 2

Довольный результатами первой поделки я решил создать прототип 2 с программными доработками автопилота. Целями для второй самоделки были:

• плавание по заданным GPS-кооддинатам
• работа автопилота от аккумулятора
• тестирование и запись данных автопилота

Конструкция автопилота также претерпела некоторые изменения — была добавлена макетная плата ProtoSheild, на которую я установил сам Arduino и компас. Все компоненты смонтировал на фанерное основание и “упаковал” в пластиковый контейнер.

В этот же контейнер я попытался добавить приемник дистанционного управления, но безуспешно из-за нехватки свободного места.

Плавание по заданным GPS-кооддинатам

Код для Arduino я написал таким образом, чтобы он поворачивал руль по направлению к следующей точке заданного маршрута: используя GPS-координаты для вычисления соотношений последующих точек и сравнивая их с компасом, вычисляется поворот руля. Если вычисленное значение правее, на 90 градусов, то руль повернется на 60 градусов.

Все это будет происходить в цикле, примерно так (этот код обобщенный):

while(distanceInMeters(gpslat, gpslong, waypointlat, waypointlong) < 5) {
	int bearing = GetBearing();
	int heading = GetHeading(gpslat, gpslong, waypointlat, waypointlong);	
	bearing = RealBearing(gpslat, gpslong, bearing);
	RudderTurn(RudderAngle(bearing, heading));
}

Пояснение кода таково: если расстояние между катером и следующей точкой более 5 метров, то складывая азимут катера и азимут следующей точки, получается действительный азимут, оба азимута посылаются функции the RudderTurn function, которая вычисляет нужный угол поворота и соответственно поворачивает мозгоруль.

Установка аккумулятора

Запитать Arduino от аккумулятора довольно просто. Для этого на микроконтроллере есть контакт Vin, и на него можно подать до 20В постоянного тока. У меня была литиевая батарея на 12.6В, к которой я припаял разъем и подключил ее к контакту Vin на Arduino.

Шаг 7: прототип 3

Одним из недостатков двух предыдущих прототипов была медленная скорость обновления, то есть скорости реакции. Руль недостаточно быстро реагировал на изменение маршрута и этот момент был включен в список целей и задач нового прототипа:

• увеличение скорости реакции автопилота
• добавление контроллеров моторов
• программирование совместной работы двигателей
• установка приемника

https://www.youtube.com/watch?v=wgsQfYQ8zac

Увеличение скорости реакции

Единственный минус библиотеки TinyGPS это медленность. Проблема в том, что Arduino Uno не может выполнять две вещи одновременно (в принципе может, на деле — нет). Простым решением может стать еще один микроконтроллер Arduino, который с помощью библиотеки TinyGPS будет обрабатывать данные GPS, а затем отправлять параметры на первый микроконтроллер автопилота. Но у меня не было еще одного Arduino.

Arduino Uno это, по существу, чип ATmega328 и еще несколько дополнительных компонентов. Зная это можно создать свой собственный Arduino на макетной плате. И для этого есть хорошее мозгоруководство.

К собранному самостоятельно Arduino, так же как и “старый” модуль, я подключил новый GPS-модуль Ublox NEO-6M. Для программинга самодельного Arduino использовал библиотеку Bill Porter’s Easy Transfer library, а “связал” оба микроконтроллера одиночным проводом, то есть односторонним последовательным соединением. Этот самодельный Arduino повысил скорость реакции автопилота с 4 Гц до 50 Гц!

Добавление контроллеров двигателей

Мне очень понравилась плата ProtoSheild для Arduino Uno, которую я использовал, но оказалось, что она не имеет достаточного пространства для крепления двух контроллеров двигателей. Поэтому я убрал эту мини-плату, и поставил другую, больших размеров.

Электроцепь контроллеров двигателей проста: МОП-транзистор (MOSFET), с помощью ШИМ, контролирует среднее напряжение, идущее к двигателю. Резистор 1кОм ограничивает силу тока чтобы не перегорел Arduino, а резистор 10кОм удерживает MOSFET закрытым, когда отсутствует входящий сигнал.

Программирование взаимодействия моторов

У данного катера отсутствует штурвал, то есть руль, и вместо него для управления используется два мотора. Их то я и решил задействовать, а не устанавливать сервомотор для управления. Контроллеры моторов я уже собрал, осталось только запрограммировать Arduino для управления этими контроллерами.

Программирование я начал с написания макета программы в начал с Visual Studio. По мере написания я отладил код, и в конце концов добился взаимодействия двигателей. Оставалось только переделать код с VS на Arduino, но это не трудно, так как языки C # и C очень близки.

Установка приемника радиоуправления

На прототип я смонтировал приемник ДУ для ручного управления самоделкой. Это тоже довольно просто сделать, нужно лишь считывать входящие значения функцией pulseIn и “научить” реагировать автопилот на эти значения.

Испытание прототипа

Прототип автопилота я установил внутри катера, подключил двигатели к контроллерам и запрограммировал маршрут плавания по местном пруду. После прохождения трех точек, поделка перестала работать и “сгасла”. Оказалось, что высокое напряжение от аккумулятора (12 В) “спалило” регуляторы напряжения 5 В.

Продолжение следует…

https://www.youtube.com/watch?v=UF1n_a_od8Y

( Специально для МозгоЧинов #Boat-Autopilot