Подводная лодка на радиоуправлении

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).

Подводная лодка на радиоуправлении

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.

Теория

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

На скорости подводная лодка может погружаться за счет рулей глубины, а в статическом положении только с помощью балластной цистерны. Как это работает? При плавании на поверхности масса лодки чуть меньше массы объема вытесненной воды (закон Архимеда). Т.е. если лодка имеет объем 3л, то ее масса должна быть чуть меньше 3кг.

Теоретические расчеты погружения модели подводной лодки.

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

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

Начнем по порядку.

Подготовка и сборка корпуса

Модель торпедного катера S-100 в масштабе 1:72 выпускает немецкая фирма Revell. О самой модели скажу немного, сейчас остались только такие фото литников.

При ближайшем рассмотрении видно, что все детали выполнены на высоком уровне, нет утяжин и смещений, совсем немного облоя. Порадовало большое количество деталей и качество их проработки. Данная модель сразу, еще до приобретения, планировалась под радиоуправление. Ее приличная длина — 500мм, позволяла сделать неплохую радиоуправляемую модель катера.

Она так же задумывалась для выступления в классе F-4A на соревнованиях по судомодельному спорту. Работа над моделью началась еще до создания блога, но мысль о нем уже была, поэтому и делались некоторые фото процесса постройки.Постройка радиоуправляемой модели катера началась с подготовки и склейки корпуса. В принципе, стыкуемость деталей модели хорошая, но для удобства корпус, которой длинной почти 500мм, я клеил по частям.

Затем, для герметичности корпуса, очень хорошо пролил полистироловым клеем для моделей весь шов.

Следующий этап — установка водонепроницаемых переборок в корпус. Это нужно для того чтобы обеспечить радиоуправляемому катеру плавучесть при попадании воды внутрь. Для небольшой модели это особенно критично, так как даже малое количество воды может привести к ее затоплению и возможно потере. Поэтому разобьем внутренний объем на четыре отсека и установим водонепроницаемые переборки из полистирола. Теперь можно провести испытание на плавучесть, для этого будем затоплять отсеки водой.

Затоплен один отсек.

Затоплено два отсека.

Затоплено три отсека.

Как видно на фото, даже при затоплении трех отсеков, часть радиоуправляемого катера осталась на плаву. Из этого следует, что и в такой ситуации возможно спасти модель. Таким образом, она получилась разбитой на  четыре отсека: носовой,

Смотрите про коптеры:  Катера с большой дальностью управления

Подводная лодка на радиоуправлении

второй – отсек электроники,

третий – моторный

и кормовой

с рулевой машинкой и приводами рулей. Но что бы не допускать попадания воды внутрь, необходимо, заранее, хорошо герметизировать корпус. Для обеспечения герметизации внутреннего объема, путем заклейки корпуса оракалом, к бортам приклеим бортик из полистирола. Для получения доступа к отсеку электроники, после приклейки носовой части палубы, в переборке делается люк, поднимающийся вверх. А для возможности съемки гребных валов в ней делаются отверстия, которые потом будут заклеиваться оракалом.

Изготовление и установка дейдвудных и гельмпортовых труб

Следующий этап подготовка к изготовлению дейдвудных и гельмпортовых труб. Для этого на токарном станке выточил втулки. Для гребных валов и баллеров рулей буду использовать пруток диаметром 2мм. Внутренний диаметр втулок дейдвудных труб нужно выдерживать строго по диаметру гребных валов. Это необходимо для обеспечения герметичности.Сами трубы сделал из трубчатых колен антенн нужного диаметра. К сожалению, фото дейдвудных труб получились не удачными, но я думаю, суть понятна.

Процесс изготовления гельмпортовых труб такой же, а здесь фото хорошие и на них все видно. В куски трубок вставляем втулки и хорошо запаеваем их.

Теперь нужно вклеить дейдвудные трубы в корпус радиоуправляемого катера. Для этого сначала размечаем на нем места под трубы и кронштейны гребных валов. Делаем прорези и устанавливаем без клея дейдвудные трубы. Для облегчения монтажа можно сделать приспособление, как показано на фото, например, из куска корпуса дискеты.

Выставляем нужный угол гребных валов и приклеиваем к корпусу приспособление. Теперь необходимо сделать кронштейны гребных валов. На токарном станке точим латунные втулки, здесь внутренний диаметр можно сделать чуть больше. Если при изготовлении дейдвудных и гельмпортовых труб внутренний диаметр выдерживался строго 2мм, под имеющиеся валы, то в кронштейнах можно сделать 2,1мм.

Радиоуправляемый катер своими руками

Так как выставить все три точки, на которые упирается гребной вал, на одной линии практически не возможно. А если будет хоть небольшой перекос, то гребной вал будет вращаться туго, что поведет к потере мощности моторов, возрастанию тока в цепи и лишнему расходу аккумулятора. На радиоуправляемой модели катера, небольшого размера, расход аккумулятора это очень важный параметр.

Так как место и вес батареи ограничены, и мы не сможем разместить аккумулятор большой емкости. В каждой втулке, шлицовкой, делаем пазы-пропилы и туда припаиваем латунные полоски, получая V кронштейна, согласно чертежу. Можно использовать как шаблоны пластиковые детали модели. В части, которая будет вклеиваться в корпус делам несколько разрезов, чтобы потом деталь было легче загибать  и приклеивать эпоксидной смолой к текстолитовым площадкам.

Теперь делаем в корпусе модели прорези под кронштейны и ставим их не вклеивая. Проверяем легкость кручения валов, если они вращаются очень легко сначала наживляем небольшим количеством циакрина дейдвудные трубы и опять проверяем легкость вращения валов. Если все в порядке, можно окончательно приклеить дейдвудные трубы.

После затвердивания циакрина можно убрать приспособление. Теперь нужно вклеить кронштейны гребных валов. В принципе, некоторые коллеги вклеивают их в корпус и затем проливают жидко разведенным в клее полистиролом. Но после одной неудачной модели, возможно из-за качества пластика корпуса, где после высыхания этого состава детали сдвигались и зажимали гребные валы, неоднократная переклейка не помогла, этот узел я стал делать вот по такой схеме.

Возможно это увеличивает временные затраты, зато после вклейки, точно ни что и ни куда не сдвинется от деформации. В небольших кусках стеклотекстолита прорезаются пазы под кронштейны и сверлятся по периметру отверстия диаметром примерно 2,5мм. Затем эти пластины устанавливаются внутрь корпуса так, чтобы их прорези совпали с прорезями в корпусе.

После размечаются и высверливаются отверстия в корпусе катера, так чтобы они совпали с отверстиями в пластине. Теперь из кусков литника точатся детали, наподобие гвоздей. Их малый диаметр должен совпадать с диаметром отверстий, которые, насверлены в пластине и в корпусе. Этими деталями, вклеивая их модельным клеем, закрепляем пластины с внутренней стороны корпуса катера.

Данная операция нужна для того чтобы иметь возможность приклеить кронштейны гребных валов к корпусу эпоксидной смолой. В процессе отвердевания эпоксидной смолы имеется возможность контролировать положение кронштейнов и при необходимости корректировать его. Так же после полимеризации смолы не произойдет деформации пластикового корпуса и смещения кронштейнов.

Эскиз катера

Теперь можно зашпаклевать места установки дейдвудных труб и пластин под кронштейны. Для этого я использую двухкомпанентную автомобильную шпатлевку BODY SOFT.

Автомобильная шпатлевка BODY SOFT застывает довольно быстро, уже через несколько часов можно обработать корпус. Я такие вещи делаю на ночь, чтобы к следующему вечеру все точно отвердело.

Изготовление моторамы

Следующий этап — изготовление моторамы и установка на ней электромоторов. Коллекторные электродвигатели я купил в нашем магазине «Хобби», по всей видимости они китайского производства. Установить их тип не представляется возможным, могу только сказать, что на ценнике было написано напряжение питание 3-12V.

По типоразмеру что-то подобное используется в CD-ROMах. Кстати, выбор двигателей очень ответственный момент при постройке радиоуправляемой модели катера. Нужно стараться подобрать электромоторы таким образом, чтобы при планируемом Вами напряжении питания и минимальном потребляемом токе они обеспечивали достаточный крутящий момент.

Смотрите про коптеры:  Прикормочный кораблик своими руками - Самоделки для рыбалки своими руками

На данном этапе также можно произвести компоновку модели. В корпусе расположить массо-габаритные макеты электромоторов, регулятора хода, приемника, рулевых машинок и батареи питания. Эту операцию можно проводить в ванной. Нужно добиться того, чтобы модель располагалась в воде как можно ближе к ватерлинии.

Так же надо избегать кренов и дифферентов. При этом, не забыть о доступности элементов аппаратуры и ходовой части после приклейки палубы. На этом этапе необходимо продумать съемные узлы для доступа к ним. Например, надстройки или еще каких-либо другие элементы конструкции. Так же необходимо заранее продумать о герметичности всей конструкции.

Я выбрал схему со всей съемной основной палубой и фальшпалубой из оракала. Данная схема была уже неоднократно проверена и доказала свою жизнеспособность. Вернемся к мотораме, ее я изготовил из фольгированного стеклотекстолита. Были перпендикулярно припаяны две пластины и между ними, для прочности конструкции, припаян уголок-подкос. Двигатели к раме крепятся болтами M2.

Сначала из фольгировнного стеклотекстолита была вырезана основа, к которой будут крепиться двигатели. В ней просверлены четыре отверстия под болты М2 и два отверстия под круглую часть корпуса двигателей. Затем, из фольгированного стеклотекстолита,   изготавливаем часть, которая будет крепиться к бобышкам, установленным на корпусе модели.

В ней я просверлил два отверстия для крепления, но все же, лучше подумать, где расположить третье отверстие. Все-таки крепление на три точки более надежное. Затем припаиваем эти две детали под углом 90 градусов и устанавливаем между ними уголок для жесткости. Как показала практика, деталь к которой крепятся моторы лучше сделать из более толстого материала, для жесткости.

Вот так выглядит этот узел в сборе с электромоторами.

Сама рама крепится к корпусу радиоуправляемой модели катера на бобышки из оргстекла с резьбой М3.

Балластная цистерна

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

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

Установка реек

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

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.

После установки гребных валов и моторов на радиоуправляемую модель катера, надо подумать об их соединении. Существует несколько различных схем. Можно соединять эти узлы с помощью гибкого соединения, например, пружины или при помощи карданного соединения. Мы будем использовать второй вариант. Для этого на токарном станке, сначала, из стали, выточим две втулки с шариком. Просверлим шарики для дальнейшей установки шпонок из проволоки.

Здесь фото уже установленной детали на валу со шпонкой.

Катамарандвигатель

Затем выточим, из стали, две чашки и сделаем пропилы для шпонок. После просверлим чашки, с двух сторон сверлом на 1,6мм, и нарежем резьбу М2 для фиксирующих винтов.

Смотрите про коптеры:  Падения Радиоуправляемых Самолетов

Собираем все детали вместе. На валы выточим ограничивающие втулки и запаяем их так чтобы при навинченных гребных винтах и установленных ограничительных втулках был небольшой люфт.

Далее, на один из концов вала, запаиваем втулки с шариками и вставляем в отверстия проволочные шпонки, так чтобы они легко двигались. Конечный результат Вы видели на фото выше. Чашки закрепим винтами на валах электромоторов. Теперь вставляем валы в дейдвуды, устанавливаем мотораму на место  и собираем все вместе.

Следующий этап – изготовление гребных винтов. Как это сделать описано в статье Винты для моделей катеров.

Пока будем использовать не обработанные гребные винты.

Сейчас можно подать питание на двигатели и проверить как все работает.

Компоновка

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

Внутри корпус поделен на «отсеки».

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

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

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

Изначально для управления мотором и насосом использовались регуляторы хода. Но реверс у них на много медленнее прямого вращения, что не удобно для насоса.
Во время испытания я не ставил отдельную схему питания UBEC и использовал встроенный BEC на 1 ампер. Т.к. мне пришла бракованная серва, которая заклинивала, в этот момент ток подскакивал и палил весь регулятор.

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

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

Гребной винт

Все чертежи на отдельной странице.

Балансировка

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.

Изготовление рулей для модели

Теперь на радиоуправляемую модель катера Schnellboot S100 надо изготовить рули. На эту модель их надо сделать 3 штуки. По правилам рули и винты можно сделать несколько больших размеров. Если центральный руль вполне достаточной площади, то боковые рули маловаты. Перо имеют форму трапеции, поэтому, сначала из бумаги, сделаем выкройку.

Схема соединения левого корпуса

За основу можно взять рули из набора и немного увеличить площадь. После примерки выкроек перенесем их на материал, из которого будем делать детали. Здесь лучше применить нержавеющий и хорошо паяющийся металл. Для этих целей я использую листовую латунь толщиной 0,2-0,3 мм. Баллер делаем из велосипедной спицы, ее диаметр 2мм. Одни конец, на длину пера, плющится и обтачивается на электроточиле. Вот такие получились детали, приготовленные к пайке.

Устанавливаем баллер по месту оси вращения и хорошо припаиваем его мощным паяльником к одной из стенок пера. Затем сгибаем перо и запаиваем заднюю кромку, после, припаиваем торцы.

Вот такие получились необработанные детали.

Теперь их надо обработать и придать рулям нужную форму.

По такому же принципу делаем и центральный руль. Он несколько более сложной формы, но суть процесса подобна вышеописанной. Единственное отличие,  здесь передняя кромка делается из медной трубки.

Схема соединения правого корпуса

В конечном итоге получаются вот такие рули

Установки рулевой машинки и электроники

Теперь наступило время установки рулевой машинки и электроники на радиоуправляемую модель катера Schnellboot S100. Для этого, сначала, продумаем как ее крепить серво привод. Я сделал три стойки-кронштейна из толстого литника и усилил их крепление уголками из полистирола. Саму раму сделал из пластиковой заглушки от компьютера. Она имеет форму уголка и получилось вполне удобное  крепление.

В качестве сервопривода использовал китайскую рулевую машинку HXT-500, весом  8 грамм. Тягу сделал из проволоки диаметром 1мм с защелками из авиамодельной корды.

Устанавливаем все на место, раму крепим саморезами к стойкам из литников.

Во втором отсек отсеке размещаем электронику. Там будут располагаться приемник и регулятор хода.

Палуба с главной надстройкой пока не установлена, но в дальнейшем они будут вклеены и для возможности установки и снятия электроники, в переборке, сделан поднимающийся вверх люк.

Аккумуляторы для модели расположим в моторном отсеке. Чтобы батарея не мешала вращению гребных валов, сделаем подложку-перегородку, тоже из компьютерной заглушки. По бокам, чтобы аккумулятор не  болтался, проложим полоски из пористого упаковочного материала.

Подводная лодка на радиоуправлении

Теперь радиоуправляемая модель катера Schnellboot S100 готова к ходовым испытаниям.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector