/
Автор: Маслюк Е.В. Меркулов А.А.
Теги: водные средства транспорта плавучие средства судостроение учебное пособие цифровые устройства беспилотная техника
ISBN: 978-5-94826-501-8
Год: 2018
Текст
ФГБОУ ВО
КАЛИНИНГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
РАСПРЕДЕЛЕННЫЙ ТЕХНОПАРК
БЕСПИЛОТНЫЕ
МОРСКИЕДРОНЫ
А. А. Меркулов Е. В. Маслюк
КАЛИНИНГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Распределенный технопарк
Е.В. Маслюк, А. А. Меркулов
БЕСПИЛОТНЫЕ МОРСКИЕ ДРОНЫ
Учебное пособие
Калининград 2018
УДК 629.5.01
БЕСПИЛОТНЫЕ МОРСКИЕ ДРОНЫ. Калининград: Изд-во ФГБОУ ВО «КГТУ», 2018. - 200 с.
ISBN 978-5-94826-501-8
Настоящее учебное пособие является частью серии книг, посвященных конструированию и
проектированию сложных технических объектов с использованием современных цифровых
технологий.
Мы начинаем нашу серию с изготовления судна как наиболее сложного современного
технического объекта. В общем случае беспилотное судно-дрон может быть как надводным, так и
надводно-подводным морским объектом, но наиболее универсальные надводные плавучие дроны
несут на своем борту летательные аппараты-дроны и подводные дроны-манипуляторы,
обладающие значительно меньшей автономностью, чем плавучие дроны. Важно отметить, что
морские надводные дроны могут быть всевозможного назначения и размерений, а в связи с
отсутствием на них экипажа, могут обладать существенной автономностью плавания.
В качестве цифровой технологии используется платформа NBICS.NET, которая
обеспечивает процессы знакомства, изучения, конструирования, проектирования и создания
технических объектов в интерактивном сетевом взаимодействии.
Книга предназначена для проектно-образовательной работы школьников в летней смене
образовательного центра «Сириус», а также для юных исследователей, программистов и всех
ребят, которые связывают своё будущее с инженерной деятельностью, техникой, судостроением и
морем.
УДК 629.5.01
ISBN 978-5-94826-501-8
©КГТУ
© NBICS
© Маслюк Е.В.
© Меркулов А.А.
2
«Надо обязательно мечтать, строить амбициозные планы,
добиваться большего, делать то, что до вас не делал никто.... Я
верю в вас, в успех каждого из вас. Вы можете, обязаны и будете
побеждать!»
В. В. Путин
3
Визит Губернатора Калининградской области А.А. Алиханова
на учебно-парусное судно «Крузенштерн».
Слева на право: капитан барка «Крузенштерн» М.П. Еремченко, Губернатор
Калининградской области А.А. Алиханов, ректор КГТУ В.А. Волкогон
4
Уважаемые друзья!
Перед Вами уникальная книга, в которой соединены красота кораблей,
увлекательная романтика, морская робототехника и современная экономика.
Мы живем во время быстрых перемен, когда всем нам необходимо не
просто постоянно учиться, а учиться так быстро, чтобы опережать
перемены и самим создавать наше будущее.
Президент нашего государства Владимир Владимирович Путин уделяет
особое внимание творческому развитию детей и молодежи, справедливо
подчеркивая, что будущее процветание нашей Родины закладывается уже
сегодня в талантах наших детей. По его инициативе 3 года назад в Сочи
появился уникальный Образовательный центр «Сириус», целью работы
которого является развитие и поддержка одаренных детей, раскрытие их
творческого, интеллектуального, физического потенциала. За короткое время
«Сириус» превратился в один из интереснейших проектов в области гармоничного
развития человека.
Необходимо помнитъ, что наша страна не только является одним из
самых больших государств в мире, но и имеет морское побережье, по
протяженности всего на 9% меньше экватора Земли. Поэтому морская
деятельность была, есть и будет одним из важнейших приоритетов нашего
государства. А наш город Калининград является единственным
незамерзающим портом России на Балтике и обеспечивает круглогодичный
выход Российского флота в Атлантический океан.
Каждая смена в «Сириусе» рассчитана на 24 дня. В 2018 году около
800 детей со всех регионов страны в возрасте от 10 до 17 лет соберутся в
Сочи и станут проектировщиками кораблей буОущего в рамках проектной
сессии по направлению MariNet Национальной технологической инициативы (НТИ)
России. Приятно, что один из проектов летней школы «Сириуса»,
посвященный беспилотным морским дронам, организует команда
Калининградского государственного технического университета (КГТУ). Её
проект вошел в тройку лучших морских из более чем 250 проектов, поданных
на конкурс по 12 направлениям НТИ. Сотрудники технопарка КГТУ при
содействии Министерства по промышленной политике, развитию
предпринимательства и торговли Калининградской области подготовили это
учебное пособие, которое, уверен, внесет свой вклад в развитие детского
морского технического творчества в нашей стране, даст импульс развитию
судостроительного кластера в Калининградской области и в России в целом.
Успехов вам, друзья, творческих свершений и прекрасного настроения!
Губернатор Калининградской области
А.А. Алиханов
5
Визит Губернатора Калининградской области А. А. Алиханова
на учебно-парусное судно «Крузенштерн».
Слева на право: ректор КГТУ В. А. Волкогон, Губернатор Калининградской
области А.А. Алиханов, начальник БГАРФ С.М. Карпович, капитан
барка «Крузенштерн» М П. Еремченко
6
Уважаемые друзья и коллеги! Дорогие ребята!
Россия, как и весь мир, переживает интереснейшее время глобальных
перемен, происходящих в мировом хозяйстве примерно каждые полвека -
смену технологических укладов. Китайская пословица гласит: «Не дай бог
жить в эпоху перемен», но у мудрого Китая иероглиф ММ имеет двоякое
значение - «кризис» и «время новых возможностей». Именно в контексте
новых возможностей рассматривает коллектив Калининградского
государственного технического университета Национальную технологическую
инициативу и связанную с ней динамику движения к цифровой экономике.
Сегодня на наших глазах происходит технологическая революция в
промышленности и сельском хозяйстве, в системе управления, мы
стремительно вступаем в цифровую экономику. Интенсивно идут
конвергентные процессы в нано-, био-, инфо-, когно-, социальных технологиях
и каждый из нас начинает задумываться: «А учусь ли я так же быстро,
как меняется мир?». Наступила эра знаний, когда они становятся основной
ценностью человека, корабля, организации, города, страны. Впереди эра
мудрости, когда все знания людей будут нацелены на обеспечение их
благосостояния, душевного равновесия, равновесия с окружающей природой,
красоты, гармонии человека, общества и природы.
Мировой океан играет важную ролъ в природе, в формировании
глобальных процессов в атмосфере Земли, является естественной
транспортной средой планеты, гигантским источником возобновляемых
биоресурсов, кладовой минеральных ископаемых. Но он еще и великий
стабилизатор процессов воздействия человеческой деятельности на
окружающую среду. Поэтому будущее мирового хозяйства определяется
Мировым океаном и грамотная организация безопасной профессиональной
морехозяйственной деятельности, исследования океана, морской мониторинг
сегодня являются осознанной необходимостью работы человечества в Мировом
океане.
Президент России Владимир Владимирович Путин в своем выступлении на
инаугурации обратил особое внимание на необходимость технологического
прорыва в ведущих отраслях страны. Морская деятельность является одной из
них и одной из самых сложных и самых интересных и перспективных областей
экономики, в развитии которой вклад молодежи в ближайшее десятилетие
может стать определяющим.
За вами будущее, а будущее морской индустрии в ваших руках. 7
футов под килем всем вам!
Двери Калининградского государственного технического университета
всегда открыты для вас.
Ректор Калининградского государственного
технического университета
В.А. Волкогон
7
8
Содержание
Введение 11
1. Роботы и морская робототехника 13
2. Что такое судно? История судостроения 16
3. Как задается форма корпуса? 18
4. Что такое главные размерения судна? 23
5. Как сконструировать маломерное судно для 3D-технологий его
изготовления? 27
6. Что такое мореходные качества судна? 29
6.1 Что такое плавучесть? 31
6.2 Что такое остойчивость судна? 34
6.3 Остойчивость беспилотных подводных судов 40
6.4 Управляемость беспилотных судов 43
6.5 Умеренность качки беспилотных судов 43
6.6 Как обеспечивается прочность судна? 44
7. Что такое ЗБ-модель судна? 46
8. Как оценить нагрузку масс беспилотного судна? 49
9. Конструкция корпуса беспилотного судна 53
10. Способы изготовления беспилотного судна и отдельных его
деталей и устройств 55
11. Монтаж оборудования 56
12. Размещение рулевого устройства судна 57
13. Тарировка и испытания беспилотного судна 58
14. Системы автоматизированного проектирования судов 59
15. Сетевая интерактивная лаборатория 62
15.1 Градиент изменения технологий 62
15.2 NBICS.NET 71
Приложение 1. Плавучий дрон «Космонавт А. Леонов» в исходной
традиционной технологии изготовления 83
Приложение 2. Плавучий дрон «Космонавт А. Леонов» в технологии
изготовления на ЗБ-принтерах 122
Список литературы 192
9
10
Введение
Наш юный друг, если вы взяли в руки эту книгу и с вниманием ее
читаете, то это говорит о вашем понимании того, что без флота у России нет
будущего.
Морская отрасль сегодня представляет собой одну из
фундаментальных основ глобальной экономики во всем мире. Вклад только
гражданской части ее в мировую экономику составляет около 3 триллионов
долларов: на первом месте - морская добыча полезных ископаемых, потом -
морской транспорт, затем - рыбный промысел, оффшорная энергетика
(ветровые электростанции, расположенные в море), производство
марикультур и т.д. В Мировом океане сосредоточено свыше 80% объема всех
мировых перевозок, более 30% добычи нефти, колоссальные залежи
полезных ископаемых и биоресурсов, важнейшими из которых являются
продукты питания.
Морехозяйственная деятельность всегда была одним из самых
перспективных секторов мировой экономики, определяла расцвет и
благополучие не только приморских территорий, но и целых стран, а в XXI
веке она становится, как и Internet, геоинформационные системы, шестой
технологический уклад всемирной инфраструктурной основой глобальной
экономики.
Россия - морская держава, длина береговой линии которой всего лишь
на 9% меньше длины экватора Земли и потому в развитии флота - её
будущее и безопасность страны.
Данная книга написана для проектно-образовательной подготовки
одаренных школьников в возрасте 10 - 17 лет на базе образовательного
центра «Сириус» в г. Сочи. Центр был создан по инициативе нашего
национального лидера - президента России В.В. Путина для отработки
проектно-образовательных программ со школьниками по созданию сложных
технических объектов, по которым наша страна может занять лидирующие
позиции в мире. Книга поможет тем ребятам, которые хотят заниматься
конструированием и созданием сложных технических объектов в секциях
юных техников, детских юношеских центрах или просто у себя дома. Она
представляет собой учебное пособие, которое поможет вам создавать
беспилотные роботизированные объекты морской техники, изготавливаемые
с помощью простейших ЗО-принтеров и выпускаемых комплектующих
изделий техники и электроники.
11
Пособие предназначено для юных исследователей, программистов, а
также для всех ребят, которые связывают своё будущее с инженерной
деятельностью, с техникой, судостроением, морем.
Мы начинаем свою серию с описания изготовления судна как сложного
современного технического объекта. Беспилотное судно-дрон может быть
как надводным, подводным и многофункциональным, который несет на
своем борту другие летательные аппараты-дроны, обладающие меньшей
автономностью, чем дрон-носитель. Важно отметить, что современные
морские дроны имеют различное назначение и размерения и практически
неограниченны по автономности плавания.
Важно понимать, что мир вступает в цифровую эру беспилотного
транспорта как в воздухе, на земле, так и в водной среде. Эту тенденцию
можно назвать «Транспорт 2035», так как к 2035 году по предсказаниям
футурологов полностью изменятся все виды транспортных средств, и
развитие дронов различного назначения - лишь первая ступень в этом
направлении.
За вами, наши молодые читатели, будущее нашей великой Родины. Вам
создавать современный флот страны, морские технические объекты и
технологии, транспорт, развивать морскую экономику, которая тесно связана
с экономикой приморских территорий. Опыт многих развитых стран
показывает, что приморские территории являются локомотивами развития
национальных экономик.
Россия имеет множество выходов в Мировой океан - от Калининграда
до Владивостока, от Мурманска до Севастополя, и от вас, вашего
творческого труда зависит будущее российского флота, красота и мощь
судов, которые будут работать на благо нашей Родины и нести Российский
флаг на просторах Мирового океана.
12
1 Роботы и морская робототехника
На современном этапе развития техники роботами называют сложные
технические устройства, способные заменить человека при выполнении
опасных, достаточно сложных, монотонно повторяющихся работ на
технических объектах, где невозможно по целому ряду причин разместить
человека. В первую очередь накладывают ограничения малые размерения
беспилотных технических объектов, условия обитания на которых не
позволяют разместить пилота-рулевого, и условия нахождения на таком
объекте не соответствуют требованиям международных конвенций по охране
человеческой жизни на море или просто безопасности человека.
На первом этапе технического творчества дети-дошкольники, как
правило, мастерят прообразы своих объектов техники в виде стендовых
моделей, которые, как правило, изготавливаются ими из Лего-конструкторов.
(Это возраст детей 2-7 лет). К стендовым моделям относятся изготовленные
в уменьшенном масштабе копии судов демонстрационных и воспитательных
целях. Однако уже с 3 - 4 лет дошкольники стремятся изготовить технику
своей мечты, которая смогла бы функционировать по своему основному
назначению, т. е. летать, плавать, ездить по дорогам, по земле, стрелять
игрушечными снарядами и т.д. А начиная с 5 - 7 лет детей интересует
изготовление технического объекта, пока ещё игрушки, которым можно было
бы дистанционно управлять, изучать на этой игрушке её эксплуатационные
качества: прочность, грузоподъёмность, скорость, управляемость,
мореходность и др.
Наиболее технически развитых учеников лицеев, гимназий и школ
(возраст 7-17 лет) и эти эксплуатационные качества недостаточно
устраивают. У таких ребят появляется желание углубленного изучения
мореходных качеств созданных ими морских плавучих объектов или летных
качеств моделей самолетов, вертолетов и т.д. Более того, они хотели бы с
помощью созданных и построенных моделей выполнять какие-то
общественно полезные дела, проводить исследование окружающей среды.
Старшие школьники, будущие инженеры, как правило, уже хотят создавать
технические объекты с использованием современных технологий и из новых
конструкционных материалов, использовать современные компьютерные
технологии и программные продукты, операционное обеспечение
персональных компьютеров, различного рода гаджеты.
Так кто же такой инженер? Латинское слово «ingenium» понималось,
прежде всего, как «изобретательность». Одним из первых, наиболее
известных инженеров был Архимед. А выдающийся ученый и художник XV-
XVI веков Леонардо да Винчи называл себя изобретателем.
13
В XXI веке мир вступил в новую технологическую эру развития
техники и дронов различного назначения. Безэкипажные транспортные
средства создаются по всему миру, и за ними будущее как в гражданской, так
и в военной технике.
Первая площадка для испытания автономных судов-дронов была
открыта в конце 2016 года в Норвегии, затем и в Финляндии (рис. 1.1) [2].
Введение финской площадки в строй координируется группой европейских
компаний DIMECC в рамках проекта, который предусматривает постройку
демонстрационной версии грузового безэкипажного судна к 2025 году.
Финский проект, кроме того, предусматривает создание
«интеллектуального фарватера» в Балтийском море, которым могут
пользоваться как беспилотные суда, так и традиционный флот любого
назначения.
Из отечественной практики судостроения морских многоцелевых
дронов для мониторинга окружающей среды следует отметить производство
дронов ООО «ИнПроект» в Астраханской области (рис. 1.2).
Рис. 1.1 Испытания морских дронов (порт Хортен, Норвегия, Осло-фьорд [1])
14
Рис. 1.2 Морской многоцелевой стеклопластиковый дрон-тримаран [3 .
Иллюстрация: www.inproiectteam.com
Уже к началу второго десятилетия воздушные дроны стали
представлять серьёзную военную силу. То же явление наблюдается и по
многоцелевым морским дронам. Так, агентство перспективных оборонных
проектов (DARPA) Министерства обороны США выполнило первые
испытания беспилотного морского дрона-тримарана ACTUV,
предназначенного для обнаружения подводных лодок (рис. 1.3).
Рис. 1.3 Беспилотный морской дрон-тримаран США [4]
Этот военно-морской противолодочный 40-метровый беспилотник
непрерывного слежения в течение трех месяцев способен обнаружить даже
15
малошумные дизель-электрические подводные лодки благодаря комплексу
современных гидролокаторов и магнетометров [4].
Другое направление развития морских дронов - это создание
всепогодных неопрокидываемых парусных дронов с дополнительной главной
энергетической установкой, способных снабжать себя электрической
энергией от солнечных батарей. Одно из направлений дронов с парусным
вооружением уже получило опытное апробирование (см.
https://ubcsailbot.org).
Рис. 1.4 Вариант морского дрона с управляемым парусным вооружением
2 Что такое судно? История судостроения
Казалось бы, вопрос простой, но если мы откроем морское
законодательство ряда стран, то с удивлением обнаружим самые разные
определения понятия «судно». Поэтому мы попытались обобщить все
повстречавшиеся и рассмотренные нами определения и сформулировать
обобщающее понятие «судно». Оно у нас получилось таким: судно - это
самоходное или несамоходное плавучее сооружение, которое используется:
• для перевозки пассажиров и грузов, разведки и добычи
полезных минеральных ископаемых, рыбного и иного
промысла различных биоресурсов;
• для производства гидротехнических работ, строительства
офшорных ветровых, волновых и других электростанций,
буксировки других судов и иных плавучих объектов;
16
• для несения специальной службы, связанной с
морехозяйственной деятельностью: пограничной,
таможенной, спасательной, для охраны промысла, санитарной
и карантинной служб, защиты водной среды от загрязнения;
• для научных и учебных, культурных и спортивных целей;
• для решения военных и иных задач.
Приведем еще одно определение, которое будет часто встречаться в
нашем пособии: «маломерное судно». Федеральный закон Российской
Федерации от 23 апреля 2012 г. N 36-ФЗ уточняет понятие маломерного
судна: «Маломерное судно — это судно, длина которого не должна
превышать двадцать метров и общее количество людей на котором не
должно превышать двенадцать».
Все суда классифицируются по ряду признаков, основными из которых
являются: назначение, район плавания, характер движения по воде, средство
движения, тип главного двигателя, тип движителя (гребной винт, водомет,
парус и т.д.) , материал основного корпуса, архитектурно-конструктивный
тип.
По данным энциклопедии индустрии fhttp://machinepedia.org/index.php).
организованное морское судостроение в России началось в конце XV века,
когда в Соловецком монастыре была основана верфь для постройки
промысловых судов. В Новгородских летописях 1143 года упоминаются
славянские морские палубные лайбы на Балтийском и Белом морях, которые
имели длину от 15 до 35 м.
В 1602 году по приказу Б. Годунова были построены судостроительные
верфи в Архангельске и Нижнем Новгороде. По данным одного из историков
российского флота В.А.Дыгало, представленным в его книге «Откуда и что
на флоте пошло», первенец военного кораблестроения в России
двухпалубный красавец корабль «Орел» был построен в 1668 году в селе
Дединове на р. Оке. Он получил свое название в честь русского
Государственного герба и имел внушительные по тем временам
характеристики: длина - 24,5м, ширина - 6,5м, осадка - 1,5м, водоизмещение
около 250 т.
Экипаж состоял из 58 человек, включая капитана, 22 матросов и 35
стрельцов.
Выдающая роль в развитии отечественного кораблестроения
принадлежит Петру I, который впервые организовал серийное строительство
кораблей военно-морского флота, а затем освободил с его помощью г. Азов
от турецких завоевателей.
17
Всего Петром I построено 115 галер и несколько сот кораблей
различных рангов, сформирован линейный военно-морской флот Российской
империи. Петр I разработал и принял несколько программ развития
военного флота страны (1703, 1707, 1715 и 1717-1718 гг.), сам лично
разработал правила конструирования основных типов кораблей военно-
морского флота (ВМФ) страны - первый отечественный
Кораблестроительный регламент [5, 6]. По этому регламенту Россия стала
строить военный флот, который по многим показателям превосходил в то
время флоты наиболее развитых морских держав мира.
Интересно, что первый в мире теплоход также был построен в России,
а в 1903 г. в Сормово по заказу товариществом братьев Нобель был построен
речной танкер «Вандал» с отечественными дизелями мощностью 3*120 л. с.,
а в 1908 году инженеру К. В. Хагелину удалось сконструировать
реверсивный тип судового дизеля, имевший и передний и задний ход.
Собственно говоря, именно с этого времени суда с такими двигателями стали
называться теплоходами. Основным преимуществом дизеля перед паровым
двигателем была экономичность, снижение потребления топлива достигало
60 и более процентов.
В течение длительного советского периода отечественное судостроение
страны стало одной из крупнейших в мире, создав и развив десятки типов
гражданских и военных судов. Особо следует отметить, что СССР имел
крупнейший в мире флот рыбной промышленности и ряд лет лидировал в
объеме добычи рыбы и морепродуктов [7]. В стране были созданы
уникальные атомные подводные лодки, самые крупные в мире ледоколы с
атомными энергетическими установками, уникальные суда на воздушной
подушке, экранопланы, первые в мире суда на подводных крыльях.
3 Как задается форма корпуса?
Практически все сложные движущиеся технические объекты обладают
и достаточно сложной пространственной формой корпуса. Более того, чем
выше скорость движения технического объекта, тем сложнее его форма
корпуса, что делается для обеспечения конкурентоспособности объекта
среди аналогичных по назначению и размерам технических объектов.
Для задания формы корпусов судов в судостроении используется
государственный стандарт (ГОСТ 2.419 - 68), который изображает сложную
поверхность судна как совокупность криволинейных поверхностей, в виде
следов взаимно перпендикулярных сечений корпуса (см. рис. 3.1).
18
Срдлобатость
6
КВ I
СедлоІатоеть
S носу
dtK,
Кит$<3 тостъ
Рис. 3.1 Сечение корпуса судна тремя взаимно перпендикулярными
плоскостями:
где I - диаметральная плоскость (продольная вертикальная плоскость
симметрии, образующая при пересечении с корпусом линию диаметрали); II
- поперечная вертикальная плоскость сечения, равноудаленная по
конструктивной ватерлинии от оконечностей корпуса (частей), образующая
мидель-шпангоут; III горизонтальная плоскость конструктивной
ватерлинии, по которую судно «сидит» в воде при максимальной
грузоподъемности; 1 верхняя палуба корпуса судна, зачастую имеющая
погибь (h стрелка погиби бимсов) поперечного набора (бимсов); 2 - борт; 3
- днище; 4- форштевень носовая часть диаметрали; 5 - килевая линия -
нижняя часть диаметрали; 6 ахтерштевень - кормовая часть диаметрали; 7 -
палубная линия в диаметральной плоскости; 8 - палубная линия у борта
судна; 9 носовой перпендикуляр - линия пересечения вертикальной
плоскости, проходящей через точку пересечения конструктивной ватерлинии
судна (КВл) и форштевня; 10 - кормовой перпендикуляр линия
пересечения вертикальной плоскости, проходящей через точку пересечения
КВл и оси вала рулевого привода (баллер рулевого привода).
На поверхности корпуса судна следы от пересечения теоретической
поверхности корпуса горизонтальными плоскостями называют ватерлиниями
(Вл), а ватерлиния, соответствующая полученному по предварительным
расчетам полному водоизмещению (весу) судна, называется конструктивной
19
ватерлинией (КВл). Без согласованного теоретического чертежа невозможно
создание модели судна ни традиционными способами судостроения, ни на
3D-npnHTepax.
Вид теоретического чертежа судовой поверхности малого рыболовного
бота, спроектированного для работы в заливах Калининградской области,
представлен на рис. 3.2.
Рис. 3.2 Теоретический чертеж малого рыболовного бота проекта 902Т
Таким образом, стандартный вид теоретического чертежа судна
представляет совокупность его трех ортогональных проекций:
• Проекция «бок», на которой следы вертикальных поперечных сечений
корпуса - шпангоутов и горизонтальных продольных сечений -
ватерлиний представлены отрезками прямых линий, а диаметраль и
батоксы - суть следы вертикальных продольных сечений корпуса -
отрезками кривых линий;
• Проекция «корпус», на которой следы вертикальных поперечных
сечений корпуса - шпангоутов представлены отрезками кривых линий
в масштабе чертежа, а следы горизонтальных продольных сечений -
ватерлиний - отрезками прямых линий; аналогично диаметраль и
батоксы - суть следы вертикальных продольных сечений корпуса,
представлены отрезками прямых линий;
• Проекция «полуширота», на которой следы вертикальных поперечных
сечений корпуса - шпангоутов и следы вертикальных продольных
сечений корпуса представлены отрезками прямых линий, а следы
горизонтальных продольных сечений - ватерлиний - отрезками кривых
линий.
20
В целом ряде случаев для задания судовой поверхности достаточно
наличия двух проекций теоретического: «бок» и «корпус». Рассмотрим судно
с упрощенными обводами, т. е. с линейчатыми (образованными отрезками
прямых линий в составе поперечного сечения корпуса судна) или с
разворачивающимися на плоскость обводами, где для упрощения могут быть
введены продольные сломы на корпусе (рис. 3.3).
Рис. 3.3 Теоретический чертеж проекта буксирного судна с упрощенными
обводами
Традиционный вид теоретического чертежа этого буксира представлен
на рис. 3.4:
Рис. 3.4 Теоретический чертеж проекта буксирного судна с упрощенными
обводами в стандартном представлении
21
Боковой вид этого буксира представлен на рис. 3.5.
Рис. 3.5 Общее расположение однопалубного буксирного судна с
упрощенными обводами и стальным набором корпуса
Следует отметить, что трудоемкость изготовления масштабной модели
этого судна большая, и это видно по его конструктивным чертежам
продольного разреза (см. рис. 3.6) и поперечных сечений корпуса (рис. 3.7).
Рис. 3.6 Продольный разрез конструкции корпуса малого стального буксира
Отметим, что подобное представление формы и конструкции корпуса
судна приемлемо лишь для традиционных технологий судостроения. При
изготовлении модели судна или натурного судна с помощью 3D-технологий
на ЗБ-принтерах корпус судна должен быть представлен в виде
математической модели судовой обшивки и набора.
22
Рис. 3.7 Ряд поперечных сечений корпуса малого стального буксира
Заметим, что технология 3D-Printing воссоздает реальные технические
объекты из виртуальных. При этом виртуальный ЗО-объект рассекают на
плоские (2D) сечения, которые печатаются и свариваются ЗО-принтером
сечение за сечением.
Эта объёмная ЗО-модель судна может быть получена различными
способами, о чем поговорим в дальнейшем изложении.
4 Что такое главные размерения судна?
В судостроении, как и во всех отраслях техники, все характеристики и
документы по судам подчиняются определенным государственным или
отраслевым стандартам и руководящим документам. При проектировании
нового судна неизвестные характеристики и задачи проектирования
подразделяют на обобщенные (водоизмещение (максимальный расчетный
вес судна), мощность главного двигателя, вместимость корпуса) и частные
неизвестные, в которые в первую очередь входят главные размеры судна, в
судостроении называемые главными размерениями.
К главным размерениям судна в соответствии с ГОСТ 1062 - 68
относятся (рис. 4.1):
• Ьнб - длина наибольшая, определяемая расстоянием между
крайними точками носовой и кормовой оконечностей корпуса с
надстройками, но без выступающих частей, измеренным в
горизонтальной плоскости;
• Ьквл - длина по конструктивной ватерлинии (КВл), определяемая
расстоянием между точками её пересечения с диаметралью;
• Виб - наибольшая ширина корпуса, определяемая между
крайними точками корпуса на мидель-шпангоуте (среднем
поперечном сечении корпуса судна) без учета выступающих
частей корпуса;
23
• Вквл - наибольшая ширина корпуса по конструктивной
ватерлинии;
• Н - высота борта, измеренная на среднем (мидель-шпангоуте)
шпангоуте и определяемая по вертикали расстоянием от самой
нижней точки мидель-шпангоута до бортовой линии верхней
палубы;
• Т - средняя осадка, измеренная на мидель-шпангоуте и
определяемая расстоянием от самой нижней точки мидель-
шпангоута до расчетной ватерлинии.
Рис. 4.1 Основные главные размерения судна [8]
На рис. 4.1 показана также длина между перпендикулярами Ьпп, где
носовой перпендикуляр проводится через точку пересечения КВл с
форштевнем, а кормовой - с осью пера руля, линия верхней палубы в
диаметральной плоскости имеет, как правило, на морских судах
седловатость: носовую - йни кормовую - Іік-
В поперечном сечении корпуса судна верхняя палуба для стока воды
традиционно имеет погибь бимсов - h6(pHC. 4.2).
24
Рис. 4.2 Поперечное сечение корпуса корабля [8]
Кроме главных размерений, судостроители пользуются понятиями
обобщенных характеристик проектируемого судна. К обобщенным
характеристикам относятся:
D - водоизмещение судна, т. е. его масса в определенном состоянии
нагрузки. Водоизмещение судна состоит из условно постоянных грузов:
Dnop - водоизмещение порожнем (масса корпуса, главного двигателя,
механизмов, устройств и т.д.) и DW - дедвейта, как масса переменных статей
нагрузки во время эксплуатации судна (топливо, вода, экипаж, пассажиры,
груз и т.д.); Ne - мощность главного двигателя; W - вместимость закрытых
помещений корпуса, измеряемая по определенным правилам.
В судостроении используется и большое количество коэффициентов
теоретического чертежа и его безразмерных характеристик. При этом,
коэффициент полноты корпуса судна по конструктивной, т. е. расчетной,
ватерлинии, или так называемый коэффициент общей полноты 5 = Св,
применяется наиболее часто:
5 = D / LBT.
25
На рис. 4.3 представлена геометрическая трактовка значения
коэффициента общей полноты корпуса - 5 и коэффициента полноты
конструктивной ватерлинии - а, равного отношению площади
конструктивной ватерлинии к произведению длины судна по КВл к его
ширине по КВл.
Рис. 4.3 Объяснение значения коэффициента общей полноты корпуса и
коэффициента полноты конструктивной ватерлинии [8]
На рис. 4.4 показана геометрическая трактовка значения коэффициента
полноты мидель-шпангоута - (3, равного отношению площади среднего
шпангоута к произведению ширины корпуса В и осадки судна - Т. Показано
образование коэффициента продольной полноты - ср, равного отношению
площади мидель-шпангоута судна, умноженного на длину судна по КВЛ к
произведению длины судна по КВл к его ширине по КВл и осадке (LBT).
26
Рис. 4.4 Объяснение значений коэффициента полноты среднего сечения
корпуса судна - мидель-шпангоута -|3 и коэффициента продольной полноты
корпуса судна - ср [8].
5 Как сконструировать маломерное судно для ЗБ-технологий
его изготовления?
При конструировании модели нового судна (не путать с
проектированием судна) у юного конструктора может возникнуть вопрос:
как назначить размерения судна или модели? Поступить здесь можно
несколькими путями:
• Определиться с коэффициентом подобия X к реальному судну-
прототипу (судну, модель которого вы решили изготовить). При этом
следует понимать, что судно-прототип - это реальное судно, которое в
каком-то своем качестве или характеристике удовлетворяет вас (по
назначению, архитектуре и др.). Тогда коэффициент подобия может
27
быть оценен вами по отношению сходных характеристик или
размерений судов:
X = L/L0 = В/Во = Т/Т0,
где, главные размерения конструируемого нами судна (L, В, Т)
оцениваются по главным размерениям выбранного судна-прототипа
(L0, В0, Т0). При этом подразумевается, что по каким-то условиям юный
конструктор ограничен в значении одного из главных размерений,
возможно, по финансовым возможностям или по технологическим
возможностям изготовления модели на имеющемся ЗЭ-принтере.
• Можно определиться со значением коэффициента подобия X к
реальному судну-прототипу по соотношению их водоизмещений
(D/D0), или по соотношению их грузоподъёмностей (РпУРір()), или по
вместимости корпусов проекта и выбранного судна-прототипа (W/W0),
или по соотношению их дедвейтов (DW/DW0) - массы переменных
грузов, грузоподъёмности, запасов топлива, воды и др.):
X3 = D/D0 = Рхр/Рхр0 = W/Wo = DW/DWo.
где под индексом «о» записаны соответствующие характеристики
выбранного судна-прототипа. Этот подход реализуется в том случае,
когда юный конструктор приближенно знает, например, величину
грузоподъёмности Ргр своего судна.
Выбирая судно-прототип (реально существующее судно или проект
какого-то судна), мы должны понимать, что обязаны обеспечить нашей
модели основные мореходные и эксплуатационные качества.
Выбирая, например, морской буксир со стальным корпусом, мы
понимаем, что на простейшем ЗЭ-принтере будем изготавливать его модель
или модель другого назначения, при схожей архитектуре и из другого
конструкционного материала. Как правило, это будет пластик, а конструкция
корпуса претерпит коренные изменения, так как мы не будем её
моделировать с выбранного реального судна-прототипа.
Для подавляющего большинства маломерных беспилотных моделей
судов-дронов конструкция корпуса будет безнаборной, а местная и общая
прочность модели как единого целого обеспечивается её наружной
обшивкой, а также палубой, поперечными переборками и фундаментами под
основное устанавливаемое оборудование (главный электродвигатель,
приводной двигатель рулевого устройства, аккумуляторные батареи, научное
оборудование). Для очень малых морских дронов можно отказаться и от
установки поперечных водонепроницаемых переборок, доверив их функцию
блокам плавучести - всегда плавучим объёмам.
Эта конструкция хорошо известна в судостроении применительно к
проектированию и постройке яхт, мотояхт, лодок и катеров в маломерном и
28
малотоннажном стеклопластиковом, деревянном и армоцементном
судостроении. Так, уже сейчас в военно-морском центре (NSWC) Carderock
изготавливаются большие 3D-модели кораблей и судов на 3D-принтерах за
20-25 ч его автоматической работы. Эти модели в дальнейшем используются
для проведения всесторонних испытаний проектов новых судов.
Рис. 5.1 Госпитальное судно ВМС США и его ЗО-модель - дрон
(См.: http://www.navsea.navy.mil/Home/Warfare-Centers/NSWC-Carderock/).
6 Что такое мореходные качества судна?
Под мореходностью судна подразумевают состояние судна, при
котором оно является пригодным во всех отношениях для успешного
плавания. Отсюда следует множество возможных сторон и вариантов
освещения мореходности судна [9]:
• Плавучесть - способность судна плавать с определенной осадкой
(заглублением корпуса), неся на себе все полезные грузы. Это самое
главное мореходное качество, которое, безусловно, должно быть
выполнено на любом плавучем техническом объекте, в том числе и на
беспилотном. Понятие плавучести судна базируется на известном из
школьного курса физики законе Архимеда.
• Непотопляемость - способность судна при затоплении одного или
нескольких отсеков корпуса оставаться на плаву и не терять своих
мореходных и эксплуатационных качеств. Обеспечение
непотопляемости беспилотных объектов выполнить достаточно просто
за счет размещения блоков плавучести, которые легко могут быть
сформированы из вспененных синтетических материалов.
• Остойчивость - способность судна противостоять внешним силам,
вызывающим его крен или дифферент, и возвращаться в
первоначальное положение после прекращения их действия. С
обеспечением остойчивости дело обстоит для беспилотных объектов
достаточно неоднозначно, и об этом поговорим отдельно в
29
расширенной интерпретации. Остойчивость подразделяется на
поперечную и продольную.
• Прочность - способность судна не разрушаться и не изменять своей
формы под действием постоянных и временных сил. Различают общую
и местную прочность судна. При конструировании беспилотного судна
конструктор создает конструкцию беспилотного объекта по
имеющемуся опыту создания подобных беспилотных судов. Поэтому
данное мореходное качество для беспилотных объектов требует особой
проработки.
• Ходкость - способность судна развивать заданную скорость
перемещения при заданных гидрометеорологических условиях
плавания и заданной мощности мощности главного двигателя. Следует
отметить, что для различных условий плавания требуются и различные
по минимальным размерениям беспилотные суда.
• Управляемость - способность судна двигаться по заданной траектории
движения. Весьма важное мореходное качество, обеспечиваемое на
судне рулевым устройством или устройством пространственного
позиционирования. Необходимо понимать, что в проектировании судов
различаются понятия устойчивости на курсе и поворотливости судов.
• Умеренность качки - способность судна обладать плавными, с малыми
амплитудами колебаниями корпуса базового судна (далее - БС).
Данное мореходное качество не однозначно для различных БС и будет
в дальнейшем рассмотрено отдельно.
• Незаливаемость - способность судна сохранять сухой верхнюю палубу,
надстройки и рубки при воздействии на него ветра и волн. Следует
признать, что это мореходное качество практически невыполнимо, да и
неактуально для малых БС. Самое главное для БС - обеспечение
незаливаемости внутренних помещений корпуса, надстроек и рубок, а
обеспечить это качество достаточно легко.
• Умеренность слемминга, т. е. способность судна не ударяться о воду
при выходе из воды различными частями корпуса о поверхность
взволнованного водоёма при выходе этих частей корпуса из воды во
время различных видов качки и движения БС, а также непревышение
критических значений скоростей соударений различных частей
корпуса о поверхность воды. Обеспечение этого мореходного качества
особенно актуально для морских, океанских и скоростных судов. Этот
вопрос более подробно рассмотрим в соответствующих частях
разрабатываемой методики проектирования беспилотных судов.
• Приспособленность корпуса и технических средств судна к условиям
морского плавания - способность корпуса и технических средств судна
30
сохранять возможность нормальной его эксплуатации и
установленного на нем оборудования под воздействием качки, ветра,
волн и атмосферных осадков. Это очень важный вопрос и будет в
дальнейших изданиях подробно рассмотрен.
6.1 Что такое плавучесть?
Понятие плавучести судна базируется на знании закона Архимеда.
Архимед - древнегреческий математик и физик, живший с 287 до 212 г. до н.
э. Он первым сформулировал взаимодействие воды и погруженного в нее
тела: «Выталкивающая сила покоящейся жидкости, действующая на
погруженное в нее тело, по величине равна весу жидкости, вытесненной
телом. Выталкивающая сила направлена вверх и проходит через центр
тяжести вытесненного объёма» [8].
Архимед отметил, что гидростатическое давление жидкости прямо
пропорционально глубине погружения в жидкость, а атмосферное давление
на тело, пока оно не касается дна, можно не рассматривать, так как оно
постоянно для всех его поверхностей (см. рис. 6.1).
Рис. 6.1 Атмосферное давление (1 - голубой цвет) и давление силы тяжести -
гидростатическое давление (3 - красный цвет) на цилиндре, плавающем под
поверхностью воды (2) [8]
здесь 4 - глубина погружения цилиндра, которая измеряется от поверхности
жидкости - 2.
Для понимания плавучести очень важно понимание распределения
давления жидкости на поверхность погруженных в жидкость тел.
Рассмотрим это на примере тела простой формы (см. рис. 6.2).
31
Рис. 6.2 Силы, действующие на погруженное тело простой формы, здесь 1 -
давление на верхнюю поверхность, 7 - давление на нижнюю поверхность, а 8
- сила поддержания, являющаяся разностью величин 7 и 1 [8]
Аналогично на судно действует система сил поддержания,
направленных во всех частях погруженного в воду корпуса перпендикулярно
к его наружной обшивке (рис. 6.3).
Рис. 6.3 Силы, действующие со стороны воды на корпус судна в поперечном
сечении [8]
Очень хорошо действие закона Архимеда может быть
проиллюстрировано на физическом эксперименте с использованием модели
судна, масса которой (водоизмещение) составляет 1000 г, в аквариуме со
сливной трубкой воды, пружинным динамометром и весами с колбой для
воды (см. рис. 6.4 и рис. 6.5).
Для этого подвесим модель на пружинном динамометре, который
покажет массу (водоизмещение) модели. Постепенно начнем погружать
32
модель в воду, которая начнет перетекать в колбу на весах (рис. 6.4). Очень
важно, чтобы вода в аквариуме до начала эксперимента уже не перетекала в
колбу и колба была пустой.
Рис. 6.4 Постепенное погружение модели судна в воду [8]
По мере опускания модели в аквариум вода будет перетекать в колбу,
пока в ней не наберется 1000 г воды. При этом модель будет свободно
плавать, а верхний пружинный динамометр покажет отсутствие на нем
нагрузки.
Далее на палубу модели установим гирьку, масса которой равна 500 г,
тогда из аквариума перетечет ещё 500 г воды в колбу, так как водоизмещение
модели с грузиком составит 1500 г (рис. 6.5).
33
Рис. 6.5 Свободное плавание модели судна с гирей на палубе в 500 г [8]
6.2 Что такое остойчивость судна?
Понятие остойчивости судов и их моделей зависит от взаимного
расположения центра тяжести судна (G) и центра величины (С). Центр
тяжести вытесненного объёма жидкости в судостроении называется центром
величины (С) и используется в расчетах остойчивости судов.
Эти две силы взаимно перпендикулярны, но сила веса судна приложена
к центру тяжести судна, а выталкивающая сила - к его центру величины. Эти
силы, приложенные к плавающему судну, образуют пару сил и момент,
который разворачивает судно до тех пор, пока обе силы не разместятся на
одной прямой или когда с судна будет снят противодействующий кренящий
момент внешних сил.
34
Равновесие этой пары сил может быть относительно устойчивым к
внешнему кренящему воздействию, как это наблюдается на надводных судах
(рис. 6.6), неустойчивым при неграмотно спроектированном плавучем
объекте (рис. 6.7) и безразличным (рис. 6.8). Т. е. реальное надводное судно
будет остойчивым лишь в первом случае, и то при определенных условиях
плавания.
Рис. 6.6 Устойчивое равновесие
прямоугольника или судна [8]
Рис. 6.7 Неустойчивое равновесие
прямоугольника или судна [8]
35
Рис. 6.8 Безразличное состояние остойчивости на примере однородного по
плотности и плавающего в воде цилиндра [8]
Применительно к подавляющему числу эксплуатируемых надводных
судов центр тяжести находится выше центра величины, и всё равно у судна
могут быть различные характеристики остойчивости, которые
регламентируются так называемыми критериями остойчивости
соответствующих Правил надзорных органов в морском или речном
судостроении. На рис. 6.9 - 6.12 показана эксплуатация относительно
остойчивого судна.
Рис. 6.9 Система результирующих сил веса и плавучести, действующих на
свободно плавающее судно (модель) [8]
36
При воздействии на правый борт судна внешнего кренящего момента,
например, от давления ветра, судно накренится на левый борт на некоторый
угол крена Ѳ. Центр тяжести судна в условиях отсутствия на нем
перемещающихся жидких, сыпучих и других грузов останется на том же
месте в точке G, а центр тяжести изменившегося подводного объёма
сместится из точки С в точку СѲ. Между изменившейся в пространстве парой
сил появится плечо восстанавливающего момента 1, который уравновесит
кренящий момент, а судно будет плавать в новом равновесном положении
(Рис. 6.10). Мѳ = D* 1 = D*1q - восстанавливающий момент при плавании с
углом крена Ѳ.
Рис. 6.10 Плавание судна под действием кренящего момента [8]
По мере роста кренящего момента центр величины всё больше будет
смещаться на левый борт, а плечо восстанавливающего момента, как и он сам
сначала будут расти (рис. 6.11), а затем уменьшаться (рис. 6.12). Этот
процесс будет продолжаться до тех пор, пока судно не опрокинется вверх
килем или не ляжет на борт.
Подобную ситуацию с малым беспилотным судном юный конструктор
не может допустить, так как у него, как правило, нет рычагов
дистанционного воздействия на способы повышения остойчивости
37
беспилотного судна и нет обратной связи с моделью по корректировке её
остойчивости.
Рис. 6.11 Плавание судна под действием возросшего кренящего и
восстанавливающего моментов [8]
Рис. 6.12 Плавание судна под действием возросшего кренящего момента, при
уменьшении остойчивости судна на больших углах крена [8]
В связи с этим предлагается юным конструкторам для малых БС
разрабатывать конструкцию с расположением центра тяжести ниже центра
величины. Подобное размещение встречается на килевых парусных яхтах,
особенно гоночных типов, или на ряде подводных лодок.
Однако рассмотрим ситуацию, когда БС перегружено или центр
тяжести G разместился чрезмерно высоко из-за размещения целого ряда
датчиков и устройств БС в верхних ярусах надстроек и рубок и достаточно
высоко над ватерлинией (рис. 6.13). Такое БС оказывается заведомо
неостойчивым, при воздействии минимального кренящего момента
38
(рис. 6.14) оно перевернется и в лучшем случае будет плавать на боку
(рис 6.15).
Рис. 6.13 Пример неостойчивого судна [8]
Рис. 6.14 Воздействие кренящего момента на неостойчивое судно [8]
39
Рис. 6.15 Устойчивое положение неостойчивого судна [8]
6.3 Остойчивость беспилотных подводных судов
Беспилотными судами могут быть и надводные, и подводные объекты.
Рассмотрим остойчивость на примере подводного судна.
У подводных лодок и подводных технических объектов несколько
иначе обстоит дело с обеспечением остойчивости. Рассмотрим подводные
лодки в их различном положении относительно поверхности воды и в
различном конструктивном исполнении. Подводные лодки, в зависимости от
их конструктивного исполнения и глубины погружения, могут быть
однокорпусными (рис. 6.16) и двухкорпусными.
Рис. 6.16 Однокорпусная подводная лодка в надводном положении [8]
Однокорпусная подводная лодка в любом положении остойчива, так
как её центр тяжести G находится под центром величины C. Эту
конструктивную схему можно принять за основную для подавляющего
большинства беспилотных подводных и надводных объектов (БС), особенно
40
маломерных и малотоннажных. Исключение составят лишь океанские или
морские БС, эксплуатируемые в надводном и подводном положении, а также
глубоководные морские БС (рис. 6.17-6.19).
Рис. 6.17 Однокорпусная подводная лодка в подводном положении, где под
пунктом 1 показано размещение цистерн главного балласта [8]
Рис. 6.18 Воздействие на однокорпусную подводную лодку кренящего
момента, вызывающего получение подводным судном угла крена Ѳ [8]
Двухкорпусная подводная лодка имеет возможность эксплуатации на
значительных глубинах Мирового океана. Однако в надводном положении её
остойчивость сопоставима с остойчивостью традиционных однокорпусных
надводных судов (рис 6.19).
41
Рис. 6.19 Двухкорпусная подводная лодка в надводном положении [8]
В подводном положении двухкорпусная подводная лодка после приёма
балласта в бортовые цистерны главного балласта, становится чрезвычайно
остойчивой (рис. 6.20 - 6.21).
Рис. 6.20 Двухкорпусная подводная лодка в подводном положении, где под
пунктом 1 показано размещение цистерн главного балласта [8]
Рис. 6.21 Воздействие на двухкорпусную подводную лодку кренящего
момента, вызывающего получение подводным судном угла крена Ѳ [9]
42
6.4 Управляемость беспилотных судов
Управляемость беспилотных плавучих средств осуществляется за счет
установки одного из видов рулевого устройства и системы
позиционирования судна. Современные суда имеют несколько типов
рулевых и подруливающих устройств. Традиционные типы рулевых
устройств обладают рулевым органом (как правило, перо руля
гидродинамического профиля). Ось рулевого органа - балл ер руля или
поворотной направляющей насадки - позволяет с использованием
приводного электрического двигателя, шагового типа, например, и системы
управления БС управлять направлением движения БС.
6.5 Умеренность качки беспилотных судов
Чтобы понять, что такое качка, необходимо представлять возможные
основные движения судна, так называемые степени свободы при
эксплуатации его на поверхности воды (рис. 6.22).
Рис. 6.22 Виды перемещений надводного судна на поверхности воды
здесь 1- продольная ось - X; 2 - продольные перемещения судна на
волнении; 3 - бортовая качка судна вокруг продольной оси; 4 - поперечная
ось - У; 5 - поперечные перемещения судна или дрейф; 6 - килевая качка
судна; 7 - вертикальная ось - Z; 8 - вертикальная качка судна; 9 - рыскание
[9].
43
Все эти виды перемещений очень редко встречаются отдельно, обычно
все они (качки) происходят одновременно.
Отметим, что для беспилотных судов следует учитывать все эти виды
качки лишь по техническим условиям работоспособности устанавливаемого
на БС оборудования и приборов. Способы демпфирования (уменьшения
амплитуд) и периодов отдельных видов качки мы рассмотрим в
продолжениях издания пособия.
6.6 Как обеспечивается прочность судна?
В начале раздела мы определили понятие «прочность судна»:
прочность - способность судна не разрушаться и не изменять своей формы
под действием постоянных и временных сил. Морские дроны - это, как
правило, маломерные суда, которые могут и не иметь поперечных и
продольных водонепроницаемых переборок. Местная прочность дронов
обеспечивается за счет прочности наружной обшивки и настилов палуб, а
общая прочность может быть достигнута за счет формы корпуса и тех
продольных связей корпуса, которые необходимы конструктору для
размещения фундаментов главного двигателя, рулевой машины,
вспомогательных двигателей грузовых лебедок, судовых кранов и др.
Это может быть обеспечено за счет размещения на дроне туннельного
киля, среднего кильсона, бортовых кильсонов, бортовых стрингеров,
карлингсов. Таким образом, мы переходим, как правило, на продольную
систему набора, которая при малых размерениях дронов позволяет снизить
массу корпусных конструкций дрона.
Наиболее сложным является обеспечение общей прочности судна-
дрона. Важно отметить, что даже на тихой воде судно, как балка, плавающая
на упругом основании (воде), загружено очень неравномерно (см. рис. 6.23).
На рис. 6.23 1 - эпюра продольного распределения сил веса (красный
цвет), 2 - эпюра сил поддержания (синий цвет), соответствующая
распределению погруженных площадей поперечных сечений корпуса, 3 -
результирующая нагрузка на соответствующее сечение корпуса (белый цвет).
На волнении же существенно меняется картина по силам поддержания (см.
рис. 6.24) и остойчивость судна тоже.
Следует отметить, что морские плавучие дроны проектируются по
конструкции корпуса как обычные суда соответствующих классов и
назначений.
Во время эксплуатации судна, да и дрона, корпус БС испытывает
всевозможные эксплуатационные нагрузки и перегрузки, которые должны
быть учтены конструктором при проектировании БС. Особенно это
44
относится к процессу эксплуатации БС на волнении и при спуске судна на
воду.
Рис. 6.23 Продольное распределение нагрузки от сил веса и поддержания [9]
Рис. 6.24 Влияние плавания судна на волнении на перераспределение сил
поддержания [9]
45
7 Что такое ЗБ-модель судна?
Итак, для изготовления на ЗБ-принтере нам необходима 3D-модель
дрона, выполненная в одной из возможных программ ЗБ-моделирования. Как
правило, сначала с помощью программы Автокад создается теоретический
чертеж конструируемого судна. Наличие теоретического чертежа- это
необходимое условие создания любой ЗБ-модели, а в дальнейшем и корпуса
судна. Рассмотрим варианты ЗБ-моделей для рассмотренного ранее морского
стального буксира. В среде Автокад ЗБ-модель теоретического чертежа
модели будет выглядеть дискретно в виде замкнутых шпангоутов, линий
сломов наружной обшивки, палубной линии и диаметрали [10] (рис. 7.1, 7.2):
Рис. 7.1 ЗБ-модель наружной обшивки левого борта корпуса морского
буксира на виде снаружи
Рис. 7.2 Эта же ЗБ-модель наружной обшивки левого борта корпуса
морского буксира на виде со стороны правого борта
При трансплантации этих моделей в среду Риносерос (Rhinoceros) мы
получим модель, пригодную для ЗБ-принтинга (рис. 7.3-7.4).
46
Рис. 7.3 ЗБ-модель наружной обшивки левого борта корпуса морского
буксира в среде Rhinoceros на виде снаружи
Рис. 7.4 Эта же ЗБ-модель наружной обшивки левого борта корпуса
морского буксира на виде со стороны правого борта
3 D-модель буксира, выполненная в среде Rhinoceros целиком для
корпуса судна с фальшбортом, с надстройкой, ходовой рубкой и сигнальной
мачтой на навигационной палубе ходовой рубки, представлена на рис. 7.5.
Аналогично можно представить 3 D-модель конструкции корпуса
малого стального морского буксира и в среде ShipConstructor (рис. 7.6 - 7.7).
Эта модель необходима для строительства судна по традиционной
технологии стального судостроения.
47
Рис. 7.5 Модель малого морского буксира в среде Rhinoceros
Рис. 7.6 ЭБ-модель конструкции корпуса малого морского буксира в среде
ShipConstructor
48
Рис. 7.7 3D-модель наружной обшивки буксира, полученная в среде
ShipConstructor и транспортированная в среду Rhinoceros
8 Как оценить нагрузку масс беспилотного судна?
Каждый плавучий объект при постановке на воду подчиняется закону
Архимеда, т. е. любое судно должно обладать главным мореходным
качеством - плавучестью.
Расчет плавучести подразумевает обязательное знание конструктором
нагрузки масс судна. Под нагрузкой судна понимается сумма всех весов
(масс) судна, из которых состоит его расчетное водоизмещение в конкретном
состоянии. Нагрузка масс подразделяется на условно постоянные веса,
составляющие водоизмещение порожнем, это вес корпуса, энергетической
установки, оборудования, устройств, судовых систем и так далее, и
переменных статей нагрузки (весов), которые меняются в процессе
эксплуатации судна, называемые дедвейтом, это веса груза, топлива,
экипажа, воды, провизии и т.д.
Важнейшим документом любого проекта судна является ведомость
нагрузки или перечень составляющих масс и расчет координат размещения
каждой составляющей нагрузки масс, определяемых по их статическим
моментам, составление которого должно подчиняться отраслевому стандарту
- ОСТ5Р.0206 - 2002 «Нагрузка масс гражданских и вспомогательных
судов». Нагрузка масс позволяет стандартизировать веса и очень облегчает
проектирование новых судов, так как невозможно упустить ни один вес в
нагрузке судна. Доскональность составления нагрузки масс любого судна
может быть подтверждена тем, что в ней учитываются даже выступающие
49
головки заклепок, катеты сварных швов, масса воздуха в подводной части
корпуса и т.д.
Вся нагрузка судна разбивается на элементы нагрузки масс, которым
присваивают наименование и соответствующий цифровой код. Разобраться с
составлением нагрузки масс достаточно просто, если знаешь способ её
составления. Вся нагрузка подразделяется на разделы, группы, подгруппы,
статьи и под статьи.
При этом каждые две цифры в коде элемента нагрузки масс
определяют его уровень:
• первая и вторая цифры - порядковый номер раздела нагрузки
масс;
• третья и четвертая цифры - порядковый номер группы нагрузки
масс в соответствующем разделе;
• пятая и шестая цифры - порядковый номер подгруппы нагрузки
масс в соответствующей группе;
• седьмая и восьмая цифры - порядковый номер статьи в
соответствующей подгруппе;
• девятая и десятая цифры - порядковый номер подстатьи в
соответствующей статье нагрузки масс.
Любому конструктору важно знать, что нагрузка любого гражданского
судна состоит из 18 разделов:
01 - Корпус;
02 - Устройства судовые;
03 - Системы;
04 - Установки энергетические, главная и вспомогательные;
05 - Электроэнергетическая система, внутрисудовые связь и
управление;
07 - Вооружение;
08 - Съемное оборудование;
09 - Запасные части, инструмент и приспособления;
10 - Балласт;
11 - Запас водоизмещения, остойчивости;
12 - Постоянные жидкие грузы;
13 - Снабжение, имущество;
14 - Экипаж, провизия, вода, расходные материалы, расходные жидкие
среды;
15 - Груз перевозимый;
16 - Запасы воды, (смазочного) масла, жидких сред;
50
17 - Переменные жидкие грузы;
18 - Жидкий балласт;
19 - Грузы, снабжение и запасы дополнительные.
В состав водоизмещения порожнем входят разделы: 01, 02, 03, 04, 05,
07, 09, 10, 11, 12, 13. В состав дедвейта входит 100% разделов 08, 14, 15, 16 и
соответствующие группы разделов 17 и 18. Раздел 19 - это грузы и т.д.,
принимаемые на судно в перегрузку к расчетному состоянию нагрузки, т. е.
сверхнормативная нагрузка.
Рассмотрим форму стандартной таблицы ведомости нагрузки масс,
которую обязательно следует составить на стадии конструирования или
проектирования судна для детального просчета нагрузки масс и координат
центра тяжести судов любого назначения (см. таблица 8.1).
Представленный пример таблицы для составления нагрузки масс
судна-дрона по основным составляющим нагрузки является минимальной
таблицей для малых дронов. Во всех остальных случаях нагрузки следует
руководствоваться действующим ГОСТом по нагрузке масс (таблица 8.2).
Таблица 8.1
Форма для расчетов нагрузки масс и координат центров тяжести
любых судов
Наиме¬
нование
раздела,
группы,
подгруп¬
пы,
статьи и
под¬
статьи
нагрузки
масс
Обо¬
зна¬
чение
Р,г
х,
мм
У,
мм
Z.
мм
мх,
Г* ММ
Му,
г*мм
M,z
Г* ММ
Примеча¬
ния
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
51
Таблица 8.2
Пример таблицы для составления нагрузки масс судна-дрона по
основным составляющим нагрузки
Код элемента нагрузки
Наименование
элемента
нагрузки
Примечание
Раздел
Груп¬
па
Под-
гр.
Ста¬
тья
Под¬
статья
1
2
3
4
5
6
7
01
Корпус
Пластмассо-вый
01
01
01
Обшивка наружная
До палубы бака
01
01
01
01
Обшивка наружная
С учетом ребер
жесткости,
стыковочных
планок...
01
01
01
03
Набор продольный
Днища
01
01
01
05
Набор бортов
продольный
С учетом ребер
жесткости,
стыковочных
планок...
01
01
01
10
Штевни, кронштейны...
01
01
01
14
Скуловые кили
01
01
02
Палубы и платформы
корпуса
01
01
02
01
Палуба верхняя
01
01
02
10
Палуба бака
01
01
02
114
I платформа
01
01
02
22
Комингсы люков
01
01
03
Переборки корпуса
01
01
03
01
Переборки поперечные
01
01
03
02
Переборки продольные
01
01
03
03
Переборки
второстепенные и
выгородки
01
01
03
04
Шахты, ниши
01
01
04
Надстройки, рубки и
мачты
01
02
Подкрепления и
фундаменты
01
03
Дельные вещи
01
03
15
Крышки люков
01.
04
Неметаллические части
корпуса
01
04
01
Надстройки, рубки,
переборки
01
05
Покрытия и окраска
52
Продолжение табл. 8.2
1
2
3
4
5
6
7
01
08
Оборудование
помещений
02
Устройства судовые
02
01
Устройство рулевое
02
04
Устройство швартовное
и буксирное
02
07
Устройства грузовые
03
Системы
04
Установки
энергетические главная
и вспомогательные
04
03
Валопровод и
движители
05
Электроэнергетическая
система
07
Вооружение
07
02
01
Летательные аппараты
10
Балласт
11
Запас водоизмещения
15
Груз перевозимый
9 Конструкция корпуса беспилотного судна
Теоретически беспилотные суда могут быть в различном исполнении, в
том числе из дерева, фанеры, пластика, но сегодня школьникам уже доступна
технология изготовления беспилотных судов (БС) из пластмасс по
технологии ЗБ-принтинга, на которой мы и остановимся подробнее.
Существенным аспектом использования 3 D-технологий является
бесконтактное автоматизированное исполнение моделей БС целиком (на
крупных 3D-принтерах) или изготовление корпуса, надстроек и рубок БС из
отдельных секций и блоков с последующим соединением их с помощью
ручных ЗБ-принтеров (ЗБ-ручек).
В последнем, наиболее распространенном случае предварительно
разрабатывается ЗБ-модель конструкции пластикового корпуса БС, на
которой конструктор предусматривает расстановку отдельных поперечных и
продольных переборок корпуса и других элементов корпусных конструкций.
Переборки корпуса, с одной стороны, будут обеспечивать общую
прочность БС как цельного технического сооружения, а с другой стороны,
будут разделять корпус судна на отдельные отсеки (водонепроницаемые или
водопроницаемые) по основному их функциональному назначению.
53
Например, по порядку от носовой оконечности для более крупных,
малотоннажных дронов:
• форпик с размещенной в нем балластной цистерной,
обеспечивающей приемлемость посадки БС по дифференту и
блоком плавучести в верхней его части, который позволит
обеспечить плавучесть БС и при гипотетическом затоплении
отсеков корпуса и надстроек;
• отсек размещения основного научного оборудования и балласта;
• отсек аккумуляторных батарей;
• отсек машинного отделения с размещением в нем гребных
электродвигателей и балласта;
• отсек размещения рулевого устройства - румпельное отделение с
размещением шагового электродвигателя или другого привода
рулевого устройства, а также с размещенной в нем балластной
цистерной, обеспечивающей приемлемость посадки БС по
дифференту, и блока плавучести в верхней его части, которые
позволят обеспечить аварийную плавучесть БС в случаях его
затопления.
Отметим, что малые дроны могут иметь и одноотсечную конструкцию
корпуса, не разделенную переборками. В этом случае общая прочность
малого дрона будет обеспечена наружной обшивкой, настилами палуб и
платформ и минимальной продольной системой набора корпуса,
установленной для подкрепления комингсов люков и фундаментных балок
силового оборудования.
При рассмотренной конструкции БС размеры его секций и блоков
выбираются конструктором исходя из технических возможностей
располагаемого им ЗЭ-принтера. Все технологические вырезы и люки могут
формироваться на стадии сборки БС, а все поперечные переборки являться
основанием большинства выделенных секций и блоков. Эти технологические
требования вытекают из особенностей изготовления деталей на 3D-
принтерах. На многих БС потребуется введение в состав корпуса судна
продольного набора, обеспечивающего его прочность и жесткость,
состоящего из:
• карлингсов - продольных подпалубных ребер жесткости палуб и
платформ;
• продольных комингсов люков, которые в подпалубном
пространстве могут быть непрерывными;
54
• бортовых стрингеров - продольных бортовых ребер жесткости
бортовой обшивки, повышающих прочность бортовых
перекрытий дронов;
• днищевых стрингеров (при наличии двойного дна) или бортовых
кильсонов (при отсутствии двойного дна) - продольных
днищевых ребер жесткости днищевой обшивки, которые могут
исполнять роль фундаментных балок для крепления гребных
электродвигателей, аккумуляторных батарей, упорно-опорных
подшипников гребных валов судна и прочего оборудования в
корпуса;
• туннельных килей или средних кильсонов - конструктивно в ряде
случаев предпочтительно устройство этих конструктивных
элементов на днищевых секциях судов.
10 Способы изготовления беспилотного судна и отдельных его
деталей и устройств
Способы изготовления беспилотного судна и отдельных его деталей и
устройств принципиально зависят от размеров дрона и возможностей 3D-
принтера. Существующий опыт работ в этом направлении может быть
подразделен на следующие способы:
• исполнение целиком всего БС на плоской транцевой постели-
кондукторе или плоской верхней палубе. Для использования первого
способа формирование корпуса возможно в вертикальном
направлении, если 3D-принтер имеет в средней части вырез,
достаточный для размещения поперечных габаритов БС, или 3D-
принтер движется по двум параллельным платформам, перемещаемым
в вертикальном направлении, как это уже реализовано при
изготовлении домов или отдельных строительных конструкций. Во
втором случае используется продольно перемещаемая головка 3D-
принтера;
• исполнение БС по блочной технологии изготовления судна. При этом
происходит изготовление блоков на плоских поверхностях (плоской
палубе или платформе) или на плоских поперечных переборках судна,
делящих корпус дрона на составные отсеки;
• исполнение БС по секционной технологии изготовления судна и
дальнейшее изготовление блоков судна из этих секций. В данном
подходе необходимо проработать узлы конструктивного соединения
отдельных секций корпуса и надстроек в блоки.
55
В дальнейшем идет формирование отдельных частей корпуса,
отверстий, люков, приварка (приклеивание) фундаментов, размещение
оборудования и устройств на БС, которые изготавливаются отдельно по
своим 3D-моделям. Основой формирования корпуса судна и его надстроек,
рубок, устройств и отдельных элементов является сборочный чертеж
конструкции дрона, разрабатываемый конструктором в 3D-модели.
Как правило, все комплектующие судна-дрона подбираются
конструктором по сайтам поставок электронных игрушек и их
комплектующих (двигателей, валов, гребных винтов) например,
www.Alibaba.com. www.planetahobbv.ru. www.bnx.ru. магазин
www.AHExpress.com.www.taomix.ru.www.mega.prcmarket.rn.
www.hobbvcenter.m.www.hobbvtervtorv.ru. www.kupinatao.com и др.).
11 Монтаж оборудования
Для монтажа всего оборудования на беспилотном судне должна быть
разработана спецификация на всё устанавливаемое на судно оборудование и
технические условия на размещение всего устанавливаемого оборудования
на дроне. Эта информация является исходной для разработки схемы общего
расположения (вид общий - ВО) БС и 3D- моделей, используемых 3D-
принтером для печати судна и всех его устройств, узлов и конструкций.
Разработанная схема общего расположения БС должна
предусматривать закрываемые и открытые технологические отверстия и
люки, изготовленные раздельно или совместно с корпусом, фундаменты для
главного двигателя, рулевой машины, опорно-упорного подшипника и всего
научного оборудования судна. При разработке схемы общего расположения
судна необходимо стремиться к максимально возможному понижению
центра тяжести судна, что обеспечит его мореходность в различных условиях
эксплуатации.
Необходимым документом для разработки 3D-модели судна является
сборочный чертеж (далее - СБ) его конструкции корпуса, на котором кроме
толщин всех связей корпуса учитываются все элементы конструкции
корпуса, изготавливаемые совместно или раздельно с корпусом дрона.
При монтаже оборудования необходимо соблюдение весового и
технологического контроля над проводимыми монтажными операциями,
используемым крепежным оборудованием (проведение весового контроля
обязательно) и способами крепления. Юный конструктор должен понимать,
как повлияют замены ряда комплектующих и изменения в конструкции
дрона на положение его центра тяжести, а следовательно, и на мореходность
будущего судна-дрона.
56
12 Размещение рулевого устройства судна
В составе устройств судна наиболее важным является рулевое
устройство, обеспечивающее позиционирование и управляемое перемещение
БС по поверхности исследуемых водоёмов. Все рулевые устройства
подразделяются на пассивные, которые позволяют управлять движением
судна только в том случае, если оно движется, и активные. К пассивным
рулевым органам относятся все поворотные направляющие кольцевые
насадки, размещаемые вокруг движителя судна - гребного винта, а также все
виды рулей, кроме так называемых активных рулей, которые сами обладают
своим движителем. К активным рулевым органам относятся, кроме активных
рулей, ещё и подруливающие устройства типа винт в трубе.
Если форма корпуса БС в подводной его части выполнена с четко
сформированным ахтерштевнем, за которым можно размещать обтекаемое
перо руля, то наиболее предпочтительны рули балансирного типа (рис. 12.1).
Использование балансирного пера руля позволяет минимизировать мощность
рулевого механизма на БС, так как подъемная сила на пере руля возникнет
как перед осью его вращения, так и за ней. Таким образом, уменьшится
крутящий момент на баллере (оси вращения) пера руля за счет
разнонаправленных крутящих моментов. Ниже представлены наиболее
предпочтительные простейшие типы пера руля на одновинтовом плавучем
дроне (см. рис. 12.1-12.3).
i
Рис. 12.1 Перо простейшего балансирного руля одновинтового судна [8]
Схема размещения пера руля по типу, представленному на рис. 12.1
наиболее надежна, так как подшипники баллера руля размещены на пятке
ахтерштевня и над рулем непосредственно в корпусе.
Применение схемы чисто подвесного руля требует устройства
подшипников баллера в румпельном отделении корпуса при достаточном их
разбросе по высоте (рис. 12.2).
Применение полуподвесного полубалансирного пера руля является
компромиссом между первыми двумя схемами и существенно надежнее
использования схемы чисто подвесного руля (рис. 12.3).
57
I
Рис. 12.2 Перо подвесного балансирного руля одновинтового и
многовинтового судов [8]
(
Рис. 12.3 Перо полубалансирного руля одновинтового судна [8]
Все эти типы рулей могут быть применены и на двухвинтовых судах.
Если говорить о форме пера руля в продольном направлении, то
предпочтение следует отдавать использованию профилей NACA или НЕЖ,
которые выбираются в зависимости от быстроходности судна-дрона.
Все рули соединены с рулевой машиной через баллер руля - вал,
передающий крутящий момент от рулевого механизма непосредственно или
через редуктор, повышающий крутящий момент, к рулевым органам.
Основными рулевыми органами является перо руля или вращающаяся
кольцевая направляющая насадка, внутри которой вращается гребной винт.
13 Тарировка и испытания беспилотного судна
Методика проведения испытаний судна состоит из нескольких этапов и
принципиально зависит от размерений морского дрона. Минимальный объём
испытаний дронов состоит:
• в испытаниях на водонепроницаемость корпуса, осуществляемых
постановкой судна на воду при загрузке судна по максимальную
грузоподъёмность. Этот эксперимент осуществляется, как правило, в
статическом бассейне, где дрон догружается балластом, раскрепляемым
в корпусе дрона. Осадка судна - дрона при этом будет по
заблаговременно вычерченную конструктивную ватерлинию;
58
• в испытаниях на водонепроницаемость соединений корпуса и
надстроек. Испытания на водонепроницаемость осуществляются
постановкой судна на воду при загрузке его по максимальную
грузоподъёмность и поливанием модели водой с последующей
ревизией всех внутренних помещений надстроек, рубок и корпуса;
• в стендовых испытаниях дрона на работоспособность его отдельных
устройств и оборудования управляемого с помощью выбранного
конструктором дрона пульта дистанционного управления. При
проведении этого испытания, дрон размещается на специальных
кильблоках, обеспечивающих его правильную посадку и защиту
лакокрасочных покрытий;
• в дистанционном управлении судна-дрона и испытании
работоспособности всех его устройств и оборудования сначала на
кильблоках, а затем на плаву в опытовом бассейне или на открытом
водоёме;
• в дальнейших испытаниях на ходкость, управляемость и мореходность
дрона, осуществляющихся при соответствующем состоянии
поверхности водоёма и ветре.
14 Системы автоматизированного проектирования судов
Во второй половине XX в. и в XXI в. в практику работы проектно¬
конструкторских бюро (ПКБ) судостроения внедряются всевозможные
системы автоматизированного проектирования судов (далее - САПР), что
позволяет проектантам значительно ускорить процесс проектирования судов
и качественно повысить уровень проектных разработок. САПР дает
возможность максимально внедрить исследовательское проектирование в
практику работы ПКБ [11-13].
Проектирование судов ведется во всем мире методом
последовательных приближений, так как невозможно определить главные
размерения, коэффициенты полноты корпуса, другие характеристики и
неизвестные величины задачи проектирования судна в одно приближение.
Рассмотрим минимальный набор этапов (стадий) проектирования судов,
который состоит из:
• составления технического задания на проектирование судна на базе
исходных технических условий на проект судна и технико¬
экономических обоснований основных пунктов технического задания;
• подготовки технического предложения (аванпроекта),
разрабатываемого в проектно-конструкторском бюро, как правило, в
нескольких вариантах;
• разработки эскизного или концептуального проекта судна;
59
• создания технического проекта;
• подготовки рабочей конструкторской документации для постройки
судна на конкретном судостроительном предприятии.
Использование программных продуктов начинается с самых ранних
стадий проектирования. Уже на стадии разработки технического
предложения (Аванпроект) или предэскизной проработки проекта судна
используется программный продукт “Orca 3D7“Rinoceros” [14-15] для
отработки модели поверхностей корпуса и надстроек проектируемого судна.
Эта программа позволяет разработать ЗБ-модель судовой поверхности судна.
Разработанная 3D-модель судовой поверхности судна, как правило,
проходит специальный анализ в программах проектной оптимизации:
“STRIP”, “ROLLSS”, “SIMBELL”, где происходит сглаживание формы
корпуса судна с целью минимизации сопротивления воды движению судна с
заданной скоростью и повышения мореходных качеств судна.
Следующий этап проектной разработки судна состоит в проработке
общего расположения проектируемого судна. На этом этапе цифровая
сглаженная поверхность корпуса судна разбивается на отдельные
функциональные отсеки палубами, платформами и переборками с
использованием программного продукта “Autodeck AutoCAD” [16-17]. Этот
этап проектирования содержит расчеты автономности судна в программном
продукте Microsoft Office Excel с целью оптимизации объемов всех
помещений корпуса, надстроек и рубок: отсеков, танков и цистерн и т.д.
Расчет завершается предварительной нагрузкой масс и координат центра
тяжести судна.
В последующем проектанты проверяют остойчивость и посадку
неповрежденного и поврежденного проектируемого судна в программе
“DelftShip” [18]. По завершении оценки остойчивости и посадки
производятся расчеты элементов конструкции по одной из программ того
Классификационного общества, по которому ведется проектирование судна,
в программе “Poceidon” в проектировании по Регистру Ллойда [19].
Подавляющее большинство Классификационных обществ (ABS, Det Norske
Veritas, Российский морской Регистр судоходства...) имеют свои одобренные
компьютерные программы конкретного классификатора.
Для расчетов нагрузки масс и определения центра тяжести судна
используются программы “ShipWeight” [20] и “Microsoft Office Excel”. После
проведения проверочных расчетов в программном продукте “Autodeck
AutoCAD” строится чертеж общего расположения судна, теоретический
чертеж и чертежи конструкции корпуса, которые являются основой для
разработки цифровой трехмерной поверхности и 3D-модели судна. Как
правило, последние документы проходят дополнительное сглаживание в
60
программном продукте “Rhinoceros 3D”. На этом этапе производится
разбивка трехмерной поверхности судна с указанием трассировки стыков и
пазов наружной обшивки корпуса.
Далее используется программный модуль “Structure” программного
продукта “ShipConstructor” для создания упрощенной модели конструкции,
которая называется “Rough mode». Затем в модуле “Marine Drafting”
программы “ShipConstructor” из упрощенной цифровой трехмерной модели
корпуса получают двухмерные чертежи конструкции корпуса технического
проекта.
Далее используется программный модуль “Structure” программного
продукта “ShipConstructor” для разработки технологической документации
постройки судна, где уже используется ЗБ-модель судна с максимальным
насыщением и детализацией.
Отметим, что используемый программный продукт “Orca 3D”
представляет собой набор модулей для моделирования и расчетов и работает
только в среде “Rhinoceros 3D”:
• “Hull design” - проектирование корпуса и согласование поверхностей;
• “Hidrostatics/ Intakt Stability” - расчеты гидростатики и остойчивости
неповрежденного судна;
• “Weight/ Coast tracking” - расчеты нагрузки масс и стоимости судна.
Отдельно следует выделить программный продукт “Napa” [21],
являющийся САП Ром. Система “Napa” позволяет как проектировать суда
различного назначения, так и выполнять всевозможные корабельные расчеты
по оптимизации проектируемых судов. Программный пакет системы “Napa»
имеет модульную структуру, и все приложения собраны в отдельные
подсистемы.
Так, подсистема “Napa Standart” является основным проектным
модулем и включает семь модулей (“Ship model”, “Geometry”, “Capacities”,
“Loading conditions”, “Damage stability”, “Stability criteria”, “Launching”).
При этом модуль “Ship model” используется для оптимизации общего
расположения судна, разбивки на водонепроницаемые отсеки, разработки
чертежей общего расположения и таблиц вместимости.
Модуль “Geometry” применяется для проектирования формы корпуса
судна, палуб, платформ, продольных и поперечных переборок; он удобен при
оптимизации формы корпуса и коэффициентов полноты теоретического
чертежа.
Подсистема “Napa Add-on Subsystem”, состоящая из шести модулей
(“Ship Hydrodynamics”, “Container loading”, “Seakeeping”, “Maneuvering”,
“Grain stability”, “Weight calculation”), используется для анализа при
оптимизации мореходных качеств проектируемого судна:
61
• Модуль “Ship Hydrodynamics” позволяет произвести расчеты
гидростатических характеристик судна, сопротивления воды и воздуха
движению судна, достижимой скорости хода судна в различных
условиях эксплуатации;
• Модуль “Container loading” дает возможность оптимизировать
загрузку грузового судна контейнерами;
• Модуль “Seakeeping” используется для расчетов мореходных качеств
проектируемого судна на волнении различной интенсивности;
• Модуль “Manoeuvering” позволяет произвести расчеты управляемости
судна при различных скоростях движения и при всех возможных
загрузках судна;
• Модуль “Grain stability” позволяет произвести расчеты остойчивости
судов в различных эксплуатационных условиях;
• Модель “Weight calculation” позволяет произвести расчеты масс на
различных этапах проектирования судна.
Программная система “Ship Constructor Software Inc. ” базируется на
программе “AutoCAD”, состоит из 15 проектных модулей по всем частям
конструкции, устройств, оборудования проектируемого судна и используется
на всех этапах разработки проектно-конструкторской и технологической
документации: “Hull”, “Structure”, “Equipment”, “Marine drafting” и др.
Особо следует выделить программу “Tribon Solution”, состоящую из
четырех взаимосвязанных блоков. Она используется для построения
трехмерной модели поверхности проектируемого судна:
• Блок “Design”, обеспечивающий процесс моделирования судна с
помощью семи подблоков;
• Блок “Rule-based Automated Design”, позволяющий на двух подблоках
автоматизировать процесс проектирования судна на элементной базе
судостроительного предприятия;
• Блок “Design management”, состоящий из двух подблоков и
позволяющий управлять процессом проектирования;
• Блок “Production engineering”, состоящий из трех подблоков
разработки данных для строительства судна.
15 Сетевая интерактивная лаборатория
15.1 Градиент изменения технологий
XXI век отмечен взрывообразным развитием во всех областях
человеческой деятельности, когда профессиональное сообщество не успевает
осваивать появляющееся новое знание, когда развитие технологических
навыков, промышленности отстает от развития новых технологий.
62
Почему так происходит? Это особенность нашего времени или так
было всегда?
Многочисленные исследования развития общества и Вселенной от
Большого Взрыва до наших дней позволяют выявить устойчивые тренды
развития в неживой, живой природе, социуме и технологической сфере.
Изучая глобальные процессы большой истории, высказывается
предположение, что геологические, биологические и социальные процессы
ускорялись на протяжении последних четырех миллиардов лет
существования жизни на Земле. В русскоязычной литературе результаты
этих исследований называют вертикалью Снукса - Панова (рис. 15.1) [22].
F ' 1 ■ 1 1 1 ' 1 :
Информационная революция p
1©-21
Пар, эгектрмчество ■
Промышленная революция Новое время ■
Средние века
10 1
Осевая революция, имперская дэевность -
Z
Городская революция +
Неол нт *
ІО S
1
z
Верхний палеолит ■
io'--
MycTt^e p
-
Ашель — •
-
Шелпь- -' J
P 10" 1
Олдувай т
Антропо ген ■
10" 1
1
Неоген ^
Кайнозой _ '
-
Мезозой
10'
-
Кембрийский взрыв _ "
Неопротероэомская революция _ - г ~
IO -
i
Возникновение жизни _ _ -
< “ ~
■4 10 .
“
IU “i
1 ' 1 ’ 1 ■ 1 1 1
-4x1 0“ -3x103 -2x10^ -1x10 0
Рис. 15.1 Вертикаль Снукса-Панова
По вертикали на рис. 15.1 показана частота фазовых переходов (в год),
а по горизонтали - время. По рисунку мы видим, что на столь большом
промежутке времени, более четырех миллиардов лет, все процессы носят
экспоненциальный характер.
63
Исходя из того, что конечный отрезок этой экспоненты практически
вертикален, Вернером Винджем [23] была высказана мысль, что в какой-то
момент времени технический прогресс станет настолько быстрым и
сложным, что окажется недоступным человеческому пониманию!
Эта идея достаточно быстро была поддержана многими учеными
различных стран и областей знаний, а этот момент получил название
технологической сингулярности [24].
Дальнейшее накопление фактов показало, что, рассматривая последний
участок экспоненты в более короткие промежутки времени, мы имеем ту же
самую картину.
На рис. 15.2 представлена динамика развития транспортных средств за
последнюю тысячу лет.
Если брать последние 60 лет, то в рамках нашего рассмотрения можно
отметить известный Закон Мура [26] (Рис. 15.3).
В 1999 г. была сформулирована концепция интернета вещей [27] -
глобальной сети компьютеров, датчиков (сенсоров) и исполнительных
устройств (актуаторов), связывающихся между собой с использованием
интернет-протокола IP (Internet Protocol).
64
Год
Рис. 15.3 Закон Мура [28]
На рис. 15.4 приведен рост количества устройств, которые подключены к
Интернету.
60
2003 2005 2010 2015 2020
■ Люди ■ Устройства
Рис. 15.4 Рост количества устройств, подключенных к Интернету
65
Мы видим, что начиная с 2010 г. этих устройств становится уже
больше, чем людей. Мы можем говорить о формировании экосистемы
технических устройств, которая окажет влияние на нашу жизнь не меньше,
чем Интернет.
Исследования закономерностей, связанных с инновационным
технологическим развитием жизни и техники, также выявили не только их
экспоненциальный рост, но и циклический характер [29].
В одной из работ С.Ю. Глазьева [30] приведена графическая
интерпретация смены технологических укладов (рис. 15.5).
Рис. 15.5 Технологические уклады развития общества
Рисунок показывает, что проживаемый нами в настоящее время этап
является шестым, он будет продолжаться с 2010 по 2040 г. и меньше первого
по длительности в два раза.
Также одной из важных характеристик этого этапа является ускоренное
развитие информационных технологий, биотехнологий, нанотехнологий и
когнитивных наук. Это явление открыли в 2002 г. Михаил Роко и Уильям
Бейнбридж, которые и ввели термин NBIC-конвергенция (N-нано, В-био, I-
инфо, С- когно) (рис. 15.6) [31].
66
Право ь
Математика
I _
Политология •*,'
Вычисл. техника
Экономика
Информатика
г#
. Физическая химия
•Г 'r
.О1
Педагогика .. уУ
Психология ■ '
Зрение .►
КОГГОбГ
и
Психиатрия Г
Нейрофизиология
физикалай6 ч,,Химия
V
бй:о,;Б
химия’ \ " .
. ’’Био-материалы
Экология
.,„,і Науки о земле
.Магнитно-рез. скан.
_g»'
» Г1?'
Медицина
* ѵ
Ботаника Микробиология
Чг-
Онкология
Ч>.
' Зоология
Вирусология * iі* Инфекционные заболевания
Рис. 15.6 Комплекс нано био инфо-, когнотехнологий [32]
Развитие информационных технологий, биотехнологий,
нанотехнологий и когнитивных наук также ускоряет такт смены
господствующих технологий до такой степени, что он становится сравнимым
с таковым человеческих поколений. Если раньше многие сотни и даже
тысячи лет частота «биологического времени» была выше частоты
«социального времени», то во второй половине XX в. ситуация качественно
изменилась. Теперь частота «социального времени» превосходит частоту
«биологического времени» [33].
Здесь под «биологическим временем» подразумевается такт смены
поколений, а под социальным - такт смены господствующих технологий и
технологических укладов.
67
Период смены логики
=1800г =1850 г. =1900г. =1950г. =2000г. =2050г.
Рис. 15.7 «Закон времени» [34]
Мы все «уверенней» движемся к технологической сингулярности,
которая, по оценкам различных ученых [35], наступит с 2030 по 2045 г., т. е.
при вступлении нынешних школьников в этап общественно¬
производственной деятельности (рис. 15.7).
Все предыдущие независимые исследования различных ученых
констатируют факт того, что скорость изменений окружающей среды
обитания человека нарастает экспоненциально и начинает превосходить
скорость смены человеческих поколений.
А это уже угрожает человеческому сообществу в возможности
адаптации к изменяющимся условиям.
С какой скоростью надо научиться изменяться?
Качественный ответ на этот вопрос можно получить из работы
М.В. Ковальчука [36], который сформулировал мысль о том, что
совершенствование NBIC-технологий требует адекватного развития социума
и необходимо говорить о едином NBICS-комплексе, где S - социотехнологии
(рис. 15.8).
68
Право it
Экономика
Политология
социр
I
'7 ѵ
‘if
7 •
Физическая химия
Педагогика в j-#
гЧ % ^
Психология • ’
$
t
Зрение.»
Физика .'.Химия
V
KOJHjjr
Психиатрия
к Нейрофизиология
V
Экология
. ...ч* Науки о земле
.Магнитио-рез. скаи,
«
' Биохимия
. -'Био-мате риалы
\ш
бЙЮ,, Биология
* V
Ботаника
•»'
*-ф
Микробиология
Медицина
.^Онкология
Зоология
'e. .
Вирусология * '!* Инфекционные заболевания
Рис. 15.8 Комплекс нано-, био-, инфо-, когно- и социотехнологий
И социум должен реагировать изменениями внутри себя,
соответственно, с изменениями технологий. Образ этих изменений приведен
на рис. 15.9.
СОЦИО
Рис. 15.9 Предполагаемый график развития комплекса НБИКС
69
В таких условиях можно пытаться укрыться от ветра перемен, а можно
перестраивать себя, создавать организации и внешнюю среду для них,
устройства и технологии, для которых изменения являются естественным
состоянием.
В этой книге делается выбор в пользу второй стратегии, которую
выбирает самая активная часть человечества. Ниже приведены некоторые
примеры такой деятельности.
В 2010 г. под руководством М.В. Ковальчука создается Курчатовский
комплекс НБИКС-технологий Национального исследовательского центра
«Курчатовский институт» - учебная и научная база ИНБИКСТ и кафедры
НБИК-технологий [37].
Новые тренды нашли отражение в общественных движениях: в феврале
2011 группа российский ученых во главе с руководителем холдинга “New
Media Stars” [38] Д.И. Ицковым основали стратегическое общественное
движение «Россия 2045» [39], которое уже в октябре того же года
представило свои идеи на шестом саммите сингулярности в Нью-Йорке [40].
В Послании Федеральному собранию 4 декабря 2014 г. Президент
России Владимир Владимирович Путин обозначил Национальную
технологическую инициативу (НТИ) одним из приоритетов государственной
политики [44].
В мире начинают появляться цифровые платформы [45].
9 мая 2017 г. выходит указ Президента РФ № 203 [46] «О Стратегии
развития информационного общества в Российской Федерации на 2017 - 2030
годы», в котором формулируются конкретные шаги по созданию цифровой
экономики в РФ.
Очень знаковое мероприятие произошло 7-8 ноября 2017 г. в «Точке
кипения» в Санкт-Петербурге: баркемп «Национальная технологическая
революция 20.35» [47], в рамках которого намечен ряд практических
мероприятий, одно из которых - это создание «Университета 2035» [48].
И наконец необходимо отметить событие этого года:
образовательный интенсив, который пройдет 10-21 июля на острове
Русский и соберет 1000 участников - лидеров технологического развития
России [49]. И это лишь небольшое количество различных событий и
мероприятий по поиску новых форматов жизни в условиях
экспоненциального развития технологий.
70
15.2 Сетевая интерактивная лаборатория NBICS.NET
В 2013 г. под руководством директора технопарка КГТУ Меркулова
АЛ. [41] создана Ассоциация инновационных предприятий NBICS
(www.nbics.org) [42] и начался процесс создания Сетевой интерактивной
лаборатории NBICS.NET (www.nbics.net) [43].
Одним из возможных вариантов устойчивого развития общества могло
бы стать системное использование конвергентной модели [50] сетевого
взаимодействия, которое предполагает сближение в рамках одного «окна»
различных:
• предметных областей (NBICS-конвергенция);
• возрастных групп (3-6, 7-12,13-17, 18-24, 25-60, 61+);
• институтов (наука, образование, государство, бизнес и т.д.);
• предметных областей;
• стадий создания объекта (знакомство, изучение, проектирование,
создание, коммерциализация и др.);
• гетерогенных коллективов (пользователи, технические устройства,
программные средства) в пределах интернет-доступности;
• сквозных технологий НТИ (большие данные, искусственный
интеллект, распределенный реестр интернет вещей, дополненная и
виртуальная реальность);
• центров компетенций на основе системы распределенных
ситуационных центров и передачи структур данных и т. д.
•
И таким «окном» является Сетевая интерактивная лаборатория
NBICS.NET (www.nbics.net). которая разрабатывается Ассоциацией
инновационных предприятий NBICS (www.nbics.org) с 2013 г. (рис. 15.10).
71
Рис. 15.10 NBICS.NET - децентрализованная сеть узлов
Сетевая интерактивная лаборатория NBICS.NET представляет собой
децентрализованную сеть узлов, которые могут находится в любой точке
мира.
Децентрализованность предполагает отсутствие центрального узла.
Каждый узел может одновременно выполнять функции сервера и клиента.
Назначение интерактивной лаборатории NBICS.NET: обеспечение
конвергентной модели децентрализованного сетевого взаимодействия
лабораторий NBICS.NET, людей, организаций, робототехнических
устройств, программных сервисов и других субъектов в рамках технологий
ситуационных центров и WEB 4.0.
Состав сети
Узлы сети - лаборатории NBICS.NET, люди, организации,
робототехнические устройства, программные сервисы и другие субъекты,
имеющие возможность интерактивного взаимодействия друг с другом на
основе технологий ситуационных центров и WEB 4.0.
Люди, организации, робототехнические устройства, программные
сервисы и другие субъекты могут иметь, а могут не иметь в своем владении
лабораторию NBICS.NET. Для пользования сетью достаточно иметь доступ к
ее ресурсам через личный кабинет.
72
Сама же лаборатория NBICS.NET в общем случае представляет собой
трехуровневую структуру (рис. 15.11), которая формируется из физического,
транспортного и уровня взаимодействия.
Взаимодействие
Классический интерфейс
Интерактивное дистанционное обучение
Передача структурированных данных и
знаний
Транспортный уровень
fp Платформа
Конфигурации
Рабочие места
Физический уровень
Оборудование
Материалы
Специальные драйверы
Л
/
N
А
В
Б
I
О
р
1
С
г
А
S
Т
■
О
N
р
Е
и
Т
я
-E j
- -
Рис. 15.11 Структура лаборатории NBICS.NET
Физический уровень может быть представлен любым набором
технических средств и организационных форм.
Это может быть тренажер, научно-исследовательский стенд,
испытательный стенд, цех, судно, предприятие и т.д.
Рассмотрим этот уровень на примере простейшей ЗБ-лаборатории
(рис. 15.12)
Здесь мы можем создать ЗБ-объекты своими руками при помощи ЗБ-
ручки, напечатать ЗБ-объекты различными материалами, создать
высокоточные ЗБ-объекты фотополимерными смолами, сканировать
малогабаритные объекты и т.д.
73
1. 3D-IIpHHTCp-KOHCTpyKTOp (1 шт.)
2. 3D-принтер «Дельта» (1 шт.)
ѳ ЗО-ручки (10 шт.)
О
Филамент (10 кг.)
ЗС-сканер
ручной (1 шт. )
Методическое сопровождение
Информационная и техническая поддержка
Рис. 15.12 Физический уровень на примере простейшей ЗБ-лаборатории.
Обеспечение работы транспортного уровня и управление всем узлом
осуществляется коммуникатором и ситуационным центром.
Коммуникатор обеспечивает стандартные функции, которые есть у
таких широко известных мессенджеров, как Viber, WhatsApp и др. Наряду с
этим он может передавать данные и структуры данных, что превращает
Сетевую интерактивную лабораторию NBICS.NET с точки зрения
коммуникации в сеть четвертого поколения или WEB 4.0.
Технология WEB 4.0 требует разъяснения.
Сегодня достаточно прочно закрепились понятия WEB 1.0 [51] и WEB
2.0 [52].
74
Дальнейшее развитие глобальной сети Интернет очень сильно связано
с таким активно развиваемым направлением, как семантическая паутина^ Под
семантической паутиной понимается надстройка над существующей
Всемирной паутиной, разработанная для того, чтобы сделать размещаемую в
Интернете информацию пригодной для машинной обработки. Доступная в
сети информация удобна для прочтения человеком. Семантическая паутина
создана для того, чтобы сделать информацию пригодной для
автоматического анализа, синтеза выводов и преобразования как самих
данных, так и сделанных на их основе заключений в различные
представления, полезные на практике [53].
Формируется понятие WEB 3.0 (часто оно совпадает с понятием
семантической паутины), но сегодня оно трактуется по-разному.
Для ввода понятия WEB 4.0 определим WEB 1.0, WEB 2.0, WEB 3.0
через способы работы разработчиков и пользователей с контентом,
структурой и архитектурой сайта.
WEB 1.0 - контент представлен в основном текстами, файлами,
изображениями в машинно-нечитаемых форматах (pdf, doc, jpg, png, mp4, avi
и т.д) или в машинно-читаемом формате (html,xml, csv, json, xls и др.), в
которых данные связаны в основном на уровне синтаксиса.
Контент, структуру и архитектуру сайта формирует разработчик. Так
функционирует большинство сайтов (рис. 15.13).
Архитектура
Структура
Контент
Веб-разработчик
Сайт Пользователи
Рис. 15.13 WEB 1.0
WEB 2.0 - контент представлен в основном текстами, файлами,
изображениями в машинно-нечитаемых форматах или машинно-читаемых
форматах, в которых данные связаны на уровне синтаксиса.
Структуру и архитектуру сайта формирует разработчик.
Контент формируют пользователи.
Наиболее известные ресурсы: Википедия, OpenStreetMap, социальные
сети и др. (рис. 15.14).
75
WEB 2.0 Социальные сети по
обмену контентом:
Facebook, В контакте,
Твиттер и т.д.
WEB 3.0 - контент представлен в основном данными в машинно¬
читаемом формате RDF [54] и т.д. Здесь данные связаны между собой уже на
уровне семантики.
Архитектуру сайта формирует разработчик, (рис. 15.15). Контент и его
структуру - пользователи. Примеры можно посмотреть по ссылке:
https://sc.gov39.ru и др.
WEB 4.0 - контент представлен в основном данными в машинно¬
читаемых форматах: rdf, ксс, знания и т.д.
Архитектуру сайта формирует разработчик вместе с пользователями
сети, контент и структуру контента - пользователи. В качестве пользователей
появляются робототехнические устройства и сервисы (рис. 15.16).
76
Рис. 15.15 WEB 3.0
Гетерогенная сеть WEB 4.0
Рис. 15.16 WEB 4.0
77
По примеру социальных сетей WEB 2.0 начинают появляться
социальные сети WEB 4.0, ключевым отличием которых является обмен
структурами данных.
Пример можно посмотреть по ссылке: http://nbics.net.
Общая схема развития WEB-технологий представлена на рис. 15.17.
Данные,
(семантика)
знания,
и т.д.
Файлы,
данные
(синтаксис)
( rdf, ксс,
компетенции, на
WEB 3.0
шания,
выкп и др.)
WEB 4.0
(pdf, doc, jpg,
xls, csv, xml, ht
WEB 1.0
png, mp4, avi
ml, json, и др.)
WEB 2.0
>
Разработчик Социум
Рис. 15.17 Схема развития WEB-технологий
Стандартное окно коммуникатора NBICS.NET приведено на рис. 15.18.
** nbics.net, S Катало > -|-
ср,: О Шикарна: Поиск по Национа Пои И'і > (§j Модель с Общая и ё nbics.net/1 ' ' Национа
Я С nbics.net Каталог интерактивных уроков - Сетевая интерактивная лаборатория NBICS.NET
§
&
ъ
ъ
Илья Шабельников
0 11:00
ты сможешь его протестировать
Евгенийі Петренкоі
ъ
Тех. поддержка ВУЗПРОМФЕСТ 2017
ѲО Карпова Валентина Львовна покинул беседу
w Александр Коваленко
r J • 16:22
I Саш привет)
g ^ Чат об ошибках NBICS-лаборатории
В Апреле необходимо: 1 Обеспечить работу плагина Образование NBICS
Мария Кузнецова
[9 17:32
https://www.flaticon.com/
этическая плата 3D
іинтера NEO WEB
^ Александр Гогу оков
Даниил Крымов
Медицина.
Оборудование
Александр Коваленко
Медицина. Препараты
^ Александр Коваленко
ЗПРОМФЕСТ 2017
0 169 о
Солнечная система
4 0 119 О
ВУЗПРОМФЕСТ 2017
3 0 123 О
ВУЗПРОМФЕСТ 2017
3 0 18 О
Рис. 15.18 Стандартное окно коммуникатора
78
Коммуникатор встроен в лабораторию NBICS.NET. В данном случае
мы видим его на фоне каталога интерактивных уроков.
Вторая часть транспортного уровня - ситуационный центр -
обеспечивает сбор данных, мониторинг данных, анализ (табличный,
графический, цветовой, OLAP). Дальнейшее развитие будет связано с
прогнозированием и моделированием. Стандартное окно ситуационного
центра приведено на рис. 15.19.
Павелъ инфсц
Багратион
Детализация
Багратионовский МР
S’- L.&. Omcamit n_ttoc* Л БЮДЖЕТ ПРОПС...doo А 0: nqutan
бюджет проа-Дос. Л
Рис. 15.19 Стандартное окно ситуационного центра
Уровень взаимодействия в общем случае осуществляется через
классический интерфейс, который обеспечивает пользователя
новостями, возможностью изучить, спроектировать и материализовать
предмет.
В опытной эксплуатации находится интуитивно понятный
интерфейс класса AR/VR.
В разработке интерфейс мозг-компьютер.
Для полного описания данного функционала создается техническая и
эксплуатационная документация.
В данной книге мы ограничимся скриншотами каждого из разделов:
Новости
Все последние новости размещаются в социальных сетях: ВКонтакте,
Facebook, Instagram и доступны на первой странице портала (рис. 15.20).
Также имеется страница загрузки новостей на самом портале
http://nbics.net/#!m/Novostil231 (рис. 15.21)
79
Каталог интерактивных уроков - http://nbics.net/#!ru/Katalog-
interaktivnvx-urokov 121 VSMCatalogMode=Store (рис. 16.22)
<- Я й nbics.net Главная - Сетевая ишерэктиенэя лаборатория NBICS.NET & 8 Ц ★ А.
Сетевая интерактивная
лаборатория NBICS
□
Новости
©
Студенту
Преподавателю
н
Бизнесу
4*
о
О С
з> ѳ
и П
О лаборатории
Сетевая интерактивная лаборатория NBICS представляет собой образовательно-производственный комплекс, который состоит из трех
уровней:
Рис. 15.20 Первая страница портала NBICS.NET
Настройки
Я Яндекс $£ Новости - Сетевая
„„те- X +
= - в X
Я <5
nbics.net Новости - Сетевая интерактивная лаборатория NBICS.NET
Р ® ✓ □ ★ і
Е
Сетевая интерактивная
лаборатория NBICS
Ё
й
Студенту
Преподавателю
н
Бизнесу
4«
О нас
19 04 201811 18 07
Сетевая интерактивная лаборатория NBICS.NET приняла
участие в мероприятии «Неделя без турникетов»
Сетевая интерактивная лаборатория
17 04 2018 01:08 00
Новый уровень муниципального управления
Сегодня Ассоциация инновационных предприятий «НБИКС» презентовала перед сотрудниками
администрации Багратионовского городского округа программно-аппаратный комплекс
«Ситуационный
13.04.2018 12:05:03
Лаборатория NBICS.NET приняла участие в
Международном форуме по интеллектуальной
собственности IPQuorum 2018
11-12 апреля 2018 года в Калининграде (г. Светлогорск Калининградской обл
Международный стратегический форум по интеллектуальной собственности
от%
асти) прошёл
i-IPQuorum 2018.
Рис. 15.21 Раздел новости портала NBICS.NET
02.05.2018
О Настройки Я Яндекс Ц Каталог интерактивных X + = _ [Э X
<- Я 6 nbics.net Каталог интерактивных уроков - Сетевая интерактивная лаборатория NBICS.NET £> ® Q ★ А.
Выбрать категорию... Поиск Q
Анатомия человека Гелиоэнергетика История парусных судов Катер на солнечных Конструкция 3D Конструкция БПЛА Кораблик
- Солнечная Регата 20 Г батареях - Солнечная принтера 03 мая 201
*
Валерия Хрущ
о*
0 й»
Крьмов
Ф
зксандр ГопуОков
Владислав Бурлин
ВУЗПРОМФЕСТ 2017 Солнечная регата История Конструктор 3D принтеры 3D принтеры 3D Конструктор
2 * 131 О 1 * 332 О 2 * 136 <•> 2 * 188 О 4 * 149 О 3 * 81 О 0 * 63 О
Космический аппарат Космонавт Леонов
"Ресурс-П"
Космонавт Леонов. Логическая плата 3D Марс
Традиционная сборка принтера NEO WEB
Медицина.
Оборудование
Александр Голубков (Q Владислав Бурлин
^ Александр Коваленко ф Александр Голубков Даниил Крымов
^Александр Ко
ВУЗПРОМФЕСТ 2017 3D Конструктор Космонавт Леонов ВУЗПРОМФЕСТ 2017 Солнечная система ВУЗПРОМФЕСТ 2017 ВУЗПРОМФЕСТ 2017
3 * 190 о о * 54 о I I 2 * 76Q ) [ 3 * 169 О 4 *119 0 3 * 123 О 3*180
Рис. 15.22 Каталог интерактивных уроков
80
Интерактивный урок «Космонавт А. Леонов»
http://nbics.net/#!m/Nauchno-issledovatelskoe-sudno5 (рис. 15.23)
О Настройки Я Яндекс Ш Научно-исследовательс X +
Я 6 nbics.net Научно-исследовательское судно Космонавт АЛеонов - Сетевая интерактивная лаборатория NBICS.NET
TOTDESIGNER WEB интерактивный урок 3D модель
Образование NBICS.NET [j?]] | | Q] [Щ]
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЕ СУДНО
«КОСМОНАВТ А. ЛЕОНОВ»
= _ ѳ х
э ѳ П * ±
ОСОБЕННОСТИ
Голосовой помощник Алиса
(J) РОБОТИЗИРОВАННОЕ СУДНО
к—* +
ДАТЧИКИ ТЕМПЕРАТУРЫ
ГРУЗОПОДЪЕМНОСТЬ
ТЕМПЕРАТУРЫ
ВОЗДУХА
Д015КГ.
1 ) СИСТЕМА НАВИГАЦИИ
' ГЛОНАСС
Рис. 15.23 Интерактивный урок «Космонавт А. Леонов»
Конструирование судна «Космонавт А. Леонов» (рис. 15.24).
Ф Настройки Я Яндекс Ш Судно Космонавт Леоне X -{- = З X
<- Я б nbics.net Судно Космонавт Леонов - Сетевая интерактивная лаборатория NBICS.NET В @ У [Д -А- ±
Рис. 15.24 Конструирование судна «Космонавт А. Леонов»
81
Сетевая интерактивная лаборатория NBICS.NET была впервые
использована для создания судна «Космонавт А. Леонов» как традиционным
способом (Приложение 1. Плавучий дрон «Космонавт А. Леонов» в исходной
традиционной технологии изготовления), так и на основе цифровых
технологий (Приложение 2. Плавучий дрон «Космонавт А. Леонов» в
технологии изготовления на ЗБ-принтерах).
Сейчас ее используют десять детских юношеских центров и шесть
центров профориентации.
Сегодня Сетевая интерактивная лаборатория NBICS.NET постоянно
совершенствуется и начинает внедряться и для более старшего возраста.
Так, в декабре 2017 г. в лаборатории было проведено тестирование
24 ведущих вузов в рамках Всероссийского инженерного конкурса
«ВУЗПРОМФЕСТ-2017» [55] (рис. 15.25).
I ВУЗПРОМФЕСТ 2017 - С X +
«- Я 6 nbics.net ВУЗПРОМФЕСТ 2017 - Сетевая интерактивная лаборатория NBICS.NET
= - іЭ
□ *
'■ЦліЗ —Я _ |fe
ФГБОУ ВО «Кубанский государственный технический университет»
Ш Ц !!!
Бархатова Татьяна Викторовна
д нг http://kubstu.ru/
© 45.048265,39.002766
1 Анатомия человека 0
2. Медицина. Оборудование 22
3. Логическая плата 3D принтера 0
4. Космический аппарат "Ресурс-П" 15
5.Эргономика в сельхозтехнике 0
б.Экономика. Маркетинг 0
Голосовой помощник Алиса
Ж
Рис. 15.25 «ВУЗПРОМФЕСТ-2017»
С февраля 2018 г. Сетевую интерактивную лабораторию NBICS.NET
начали использовать в Калининградском государственном техническом
университете на кафедрах промышленного рыболовства и технологии
продуктов питания.
Следующее важное испытание лаборатория пройдет в июле 2018 г. в
образовательном центре «Сириус», где в рамках направления MariNet НТИ
«Освоение Арктики и мирового океана» проектной образовательной
программы «Большие вызовы» будет создан беспилотный морской дрон
«Сириус».
Елавные успехи впереди!
82
Приложение 1. Плавучий дрон «Космонавт А. Леонов» в
исходной традиционной технологии изготовления
В данном приложении мы остановимся на изготовлении научно-
исследовательского судна-дрона мониторинга окружающей среды
«Космонавт А. Леонов» как наиболее перспективного современного
плавучего технического объекта. Исходный научно-исследовательский дрон
мониторинга окружающей среды «Космонавт А. Леонов» был разработан
школьниками в сетевой дистанционной лаборатории «Конструкторское бюро
“Инноваторий” муниципального автономного учреждения дополнительного
образования города Калининграда - Детско-юношеский центр «На
Комсомольской» (МАУДО ДЮЦ на ул. Комсомольская, дом 3) г.
Калининграда под руководством Н.А. Мельниченко в 2017 г.
В работе над исходным дроном, выполненной по традиционной
технологии изготовления корпуса, принимали участие:
• Татьяна Михайловна Дмитриева - директор муниципального
автономного учреждения дополнительного образования города
Калининграда Детско-юношеский центр «На Комсомольской» (ДЮЦ).
236016, г. Калининград, ул. Комсомольская, д. 3,
e-mail: tatianadmitrieva@ro.ru.
• Проектная команда учащихся КБ «Инноваторий»:
• Литвинович Алексей, студия «Кибернетика» (разработка
программы для удаленного управления дроном и датчиками,
размещенными на судне-дроне);
• Федотов Игорь, студия «Техуспех» (макетирование,
моделирование, сборка элементов, оформление проектно¬
конструкторской документации, проведение испытаний);
• Ахме джанов Руслан, студия «Техуспех» (моделирование
элементов конструкции корпуса судна, сборка элементов);
• Киселев Евгений, студия «Решение» (промышленный дизайн
внешней конструкции);
• Савич Максим, студия «Пиксель», (фото-, видеосопровождение
проектной деятельности, презентация проекта);
• Педагоги - руководители проекта:
• Мельниченко Николай Алексеевич, педагог студии технического
моделирования «Техуспех»;
83
• Дивеев Андрей Юрьевич, педагог студии промышленного
дизайна «Решение»;
• Токарев Михаил Владимирович, педагог студии «Кибернетика»;
• Тя Глеб Мангукович, педагог студии «ЗБ-моделирование»;
• Савич Елена Александровна, старший методист, руководитель
проектной группы.
Главные размерения и характеристики дрона
Данная разработка плавучего дрона с его главными размерениями была
выбрана исходя из возможности транспортировки к водоёмам посредством
автотранспорта и осуществления ручной переноски к воде.
Главные размерения исходного плавучего дрона «Космонавт
А. Леонов»:
Гмах =1,01 м длина корпуса дрона максимальная;
Еквл = 1,00 м - длина корпуса дрона по конструктивной ватерлинии;
В = Вквл = 315 мм - ширина корпуса максимальная;
Т = 190 мм - осадка дрона миделем в грузу по конструктивной
ватерлинии;
Н = 260 мм - высота борта дрона до плоской горизонтальной верхней
палубы;
D = 28,5 кг - водоизмещение дрона расчетное по конструктивной
ватерлинии;
5 = 0,476 - коэффициент общей полноты корпуса дрона при посадке по
конструктивную ватерлинию.
Форма надстройки дрона выбрана по обводам, известным из
информации интернета как «X - bow».
Архитектура надстройки судна с носовой оконечностью по форме «X-
bow» (рис. П.1.1) стала применяться в практике судостроения для повышения
мореходности судна в штормовых условиях. Эта форма носовой оконечности
обеспечивает как бы «прорывание» гребня встречной волны при штормовом
плавании. По мнению школьников, для столь малой модели судна, каковой
является построенный ими дрон, практически любое волнение на водоёме
является штормом.
Форма самого корпуса дрона выбрана ими по имеющимся чертежам
малотоннажных буксиров с корректировкой обводов кормового свеса по
соображениям подтекания воды к винто-рулевому комплексу - главному
движительно-рулевому устройству дрона.
84
Рис. П.1.1 Архитектура надстройки судна с носовой оконечностью
по форме «X-bow»
Иллюстрация: https://www.drive2.eom/b/455978193350821902/
Основные характеристики надводной части дрона:
Ні_2 =170 мм - высота двухъярусной обтекаемой части надстройки
плавучего дрона от верхней палубы до палубы ходового мостика;
Н3 =70 мм - высота ходовой рубки - третий ярус надстройки дрона;
Н4 =70 мм - высота навигационной рубки на палубе ходового мостика
(над ходовой рубкой) при её ширине 80 мм.
По верхней палубе, палубе ходовой и навигационных рубок
размещается ограждение - частичный фальшборт, являющийся
продолжением бортовой обшивки корпуса над палубой и служащий для
защиты соответствующей палубы от чрезмерного заливания осадками и
забортной водой. Подразумевалось, что высота устанавливаемого
фальшборта будет 20 мм, а выше он дополняется леерным ограждением до
высоты в 26 мм у дрона. В нижней части фальшборта планируется размещать
штормовые портики или штормовые щели для стока воды за борт, суммарной
площадью портиков в 10% от площади установленного фальшборта.
85
Архитектурно-конструктивный тип и экстерьер дрона
Первоначально школьниками было сконструировано судно-прототип
для дрона. (см. рис. П.1.2).
Рис. П.1.2 Общий вид первоначального судна, явившегося прототипом дрона
«Космонавт А. Леонов»
В дальнейшем школьниками была выполнена проработка общего
расположения экипажного научно-исследовательского судна «Космонавт
А. Леонов». На этом научно-исследовательском судне конструкторская
группа учеников ДЮЦ «На Комсомольской» г. Калининграда по своему
видению постаралась разместить все необходимые жилые и служебные
помещения, камбуз, провизионные кладовые, прачечную, ходовую и
вспомогательную рубки для выполнения научных исследований,
гидравлический грузовой поворотный кран для спуска на воду научного
оборудования и дежурной шлюпки, вертолетную площадку, межпалубные
трапы, подводный спускаемый аппарат над сквозной спусковой шахтой,
кранцевую защиту корпуса, надувные спасательные плоты и т. д.
Впоследствии эта выполненная проработка общего расположения и
была принята за основу для создания судна-дрона НИС «Космонавт
А. Леонов» по традиционной технологии изготовления модели с
комбинированным корпусом (рис. П.1.3 - П.1.7).
86
Рис. П.1.3 Вид на модель дрона «Космонавт А. Леонов» с кормы
Рис. П.1.4 Размещение помещений на палубе ходового мостика
87
Рис. П.1.5 Размещение помещений на шлюпочной палубе 2-го
яруса надстройки
Рис. П.1.6 Размещение помещений на верхней палубе (в надстройке).
88
Рис. П.1.7 Вид на верхнюю палубу судна «Космонавт А. Леонов»
Форма корпуса дрона
При разработке формы корпуса дрона в первом приближении учащиеся
использовали способ, именуемый в профессиональной практике
проектирования судов способом технического рисования (эскизная
проработка теоретического чертежа). В качестве прототипа подводной части
корпуса дрона ими использовались обводы портового буксира с лекальной
формой корпуса, т. е. традиционные в европейской практике образования
наружной обшивки судов, которые подверглись дальнейшей эскизной
модернизации школьниками для удобства прокладки гребного вала,
размещения гребного винта и главного гребного электродвигателя судовой
энергетической установки.
Надводная часть дрона, т. е. его архитектурно-конструктивный тип,
была взята по обводам современных морских судов повышенной
мореходности, при этом была принята форма надстройки двух первых ярусов
по типу «X-bow».
Принципиальный момент: верхняя палуба дрона была изготовлена
плоской, т. е. без погиби бимсов и седловатости, т. е.. кривизны верхней
палубы, создаваемой для улучшения стока воды за борт, так как дрон
достаточно малое судно и практически всегда будет плавать в условиях
бортовой качки и крена, а носовая часть дрона достаточно надежно
защищена специальной формой надстройки типа «X-bow» от попадания
значительных масс воды на волнении.
89
Общее расположение дрона. Схема общего расположения
В результате нескольких приближений общее расположение дрона
«Космонавт А. Леонов» стало принципиально отличаться от
сконструированного школьниками ранее экипажного судна, т.к. дрон
предназначен для выполнения функций мониторинга окружающей среды
совсем другими средствами, чем экипажное научно-исследовательское судно
(НИС) (рис. П.1.8-П.1.10).
Рис. П.1.8 Общий вид исходного 3D-дрона в ЗБ-модели
Рис. П.1.9 Боковой вид исходного ЗБ-дрона в ЗБ-модели
90
Рис. П.1.10 Боковой вид исходного ЗБ-дрона с кормы в ЗБ-модели
Изготовление первого варианта плавучего дрона
Первый вариант плавучего дрона «Космонавт А. Леонов» был построен
школьниками по традиционной технологии.
На первом этапе с эскизного теоретического чертежа дрона были сняты
обводы практических шпангоутов, которые и были выпилены из трехслойной
фанеры (рис. П.1.11 - П. 1.14). Каждый из девяти практических шпангоутов,
вычерченных школьниками, для удобства дальнейшей сборки был подписан
в своей нижней части.
Затем все шпангоуты были установлены на заранее выпиленный
вертикальный киль - средний кильсон по терминологии традиционного
деревянного судостроения.
При установке среднего кильсона на горизонтальный стол-стапель
производится поэтапная расстановка и приклеивание шпангоутных рам
судна-дрона.
Таким образом устанавливаются все выпиленные шпангоутные рамы
на среднем кильсоне.
91
После установки транца дрона (рис. П.1.14) школьники приступили к
фиксации шпангоутных рам и образовавшегося скелета корпуса дрона.
Для фиксации обводов корпуса деревянного дрона использовался
верхний утолщенный лист обшивки борта дрона - бархоут, приклеиваемый к
среднему кильсону, каждой шпангоутной рамке и транцу (рис. П.1.15-
П.1.18).
Рис. П.1.11 Носовой практический шпангоут №1
92
Рис. П.1.12 Средний практический шпангоут №4
Рис. П.1.13 Кормовой практический шпангоут №8
Рис. П.1.14 Кормовой транец. Практический шпангоут №9
93
Рис. П.1.16 Средний кильсон дрона с носовым шпангоутом
Рис. П.1.17 Средний кильсон дрона с практическими шпангоутами
и транцем
94
После высыхания клеевых соединений приступаем к формированию
наружной обшивки дрона по поясьям наружной обшивки на
сформированном «скелете» корпуса дрона.
В первую очередь формируется бортовая обшивка корпуса, затем
скуловая обшивка и днищевая обшивка. При этом вся наружная обшивка
дрона подгоняется по поясьям при стыковом формировании всех поясьев
(рис. П.1.18 -П. 1.20).
Рис. П.1.18 Фиксация формы корпуса деревянного дрона с помощью
бархоута
При интуитивно сконструированном корпусе дрона его обшивка
оказалась не разворачиваемой по поясьям наружной обшивки, т. е. её
невозможно было изготовить из сплошных листов фанеры. Посему
некоторые участки обшивки школьникам пришлось видоизменить. При этом
приходилось формировать отдельные участки наружной обшивки из
фанерных вставок.
95
Каждая вставка наружной обшивки проходила распаривание в кипятке,
с последующим сгибом по шаблону «натурного плаза» и фиксацией формы
при высушивании. После высушивания эти вставки были установлены на
корпус дрона.
Таким образом был сформирован корпус дрона вплоть до шпунтовых
поясьев наружной обшивки, примыкающих к килю (рис. П.1.19-П.1.26).
Рис. П.1.19 Сформирован «скелет» корпуса дрона
96
Рис. П.1.20 Начало формирования наружной обшивки дрона
Рис. П.1.21 Формирование наружной обшивки
дрона осуществляется с подгоном поясьев наружной обшивки встык
97
Рис. П.1.22 Формирование наружной обшивки дрона
осуществляется с подгоном поясьев встык до кормового подзора
Рис. П.1.23 Высушенная вставка подзора днищевой обшивки корпуса
98
Рис. П.1.24 Высушенные вставки подзора наружной обшивки приклеены к
транцу и практическим шпангоутам - шпангоутам, по которым строился
корпус дрона
99
Рис. П . 1.25 Промежуточный этап формирования наружной обшивки
корпуса
■
Рис. П.1.26 Этап формирования днищевой обшивки дрона
После формирования чернового корпуса дрона необходимо было
приступить к его сглаживанию, герметизации, шпаклевке, ошкуриванию и
окраске (рис. П.1.27).
100
Рис. П.1.27 Сформированный деревянный корпус дрона
Таким образом, корпус первого дрона был собран из фанерных
элементов корпуса (шпангоутов, среднего кильсона и наружной обшивки
корпуса) и надстройки. Далее, по аналогии, были изготовлены надстройка и
рубка. Корпус дрона был зашпаклеван, загрунтован и окрашен
(рис. П.1.28-П. 1.29).
101
Рис. П.1.28 Зашпаклеванная модель корпуса
Рис. П.1.29 Загрунтованная модель корпуса
Все элементы надстройки и рубки, участки палубы дрона
изготавливались по упрощенной технологии и собирались на столе-стапеле -
строительной площадке юного корабела (рис.П.1.30 - П. 1.31).
102
Рис. П.1.30 Элементы надстройки и рубок
Далее, на модели в районе окончания надстройки был закреплен
концевой люковый бимс (см. рис. П.1.31), к которому будет крепиться
верхняя палуба и надстройка (рис. П.1.32), а также промежуточные бимсы
для придания корпусу дрона жесткости. Все детали поэтапно
устанавливаются на дрон.
103
Рис. П.1.31 Промежуточный этап формирования корпуса
дрона с установкой концевого люкового бимса
104
Рис. П.1.32 Промежуточный этап формирования корпуса и надстройки дрона
Зашивка надстройки осуществлялась поэлементно по аналогии с
наружной обшивкой корпуса дрона (рис. П.1.33).
Рис. П.1.33 Промежуточный этап формирования палубы дрона
Завершается разработка дрона установкой оборудования управления,
оборудования машинного отделения, рулевого устройства, леерных
ограждений, фальшбортов, сигнальных огней (рис. П.1.34 - П.1.40).
105
Рис. П.1.34 Промежуточный этап формирования надстройки дрона
Рис. П.1.35 Рулевая машина дрона
106
Рис. П.1.36 Главный двигатель дрона при шарнирном соединении
с гребным валом дрона
Рис. П.1.37 Механическое оборудование дрона в совмещенном
отсеке машинного и румпельного отделений
107
Рис. П.1.38 Размещение оборудования управления дроном внутри
надстройки
Рис. П.1.39 Общий вид сформированного и окрашенного дрона
108
Рис. П.1.40 Общий вид дрона с носовой оконечности
Испытание дрона
Изготовленная модель прошла предварительные испытания и
тарировку в малом статическом бассейне Научно-исследовательского центра
судостроения ФГБОУ ВО «Калининградский государственный технический
университет» (КГТУ) (рис. П.1.41 - П.1.42).
109
Рис. П.1.41 Дооборудование модели дрона в
статическом бассейне
В дальнейшем дрон был испытан на ходкость, остойчивость и
управляемость в опытовом бассейне КГТУ (рис. П.1.43-П.1.45).
110
Рис. П.1.43 Испытания модели дрона в опытовом бассейне НИЦС
КГТУ
Рис. П.1.44 Ходовые испытания модели дрона в опытовом бассейне
Рис. П.1.45 Испытания модели дрона на управляемость
111
Основные виды работ и комплектующее оборудование дрона
В ходе работ школьниками выполнено следующее:
сконструирована и изготовлена модель дрона «Космонавт А. Леонов»;
разработан интерфейс системы управления дроном (рис. П.1.46);
сделана распайка маяка, взлетного поля, сигнальных огней,
механического оборудования дрона (рис. П.1.47);
протестирована плата под дистанционное программное обеспечение
(рис. П.1.48);
написан и протестирован программный код для дистанционного
управления дроном.
Перечень основного покупного комплектующего оборудования дрона:
главный электродвигатель марки Н 0029 TURBO 550 19Т;
рулевая машина - серво машина LF - 20 MG, Digital servo Power НВ;
аккумулятор на 12 V «Dalta» Battery - AGM VRLA Battery, DT 1207;
валовая линия с дейдвудным устройством;
гребной винт фиксированного шага;
пульт управления.
Описание программного обеспечения
Подготовлен Интерфейс управления
Рис. П. 1.46 Вид пульта управления дроном
Рис. П.1.47 Сделана распайка маяка, взлетного поля, сигнальных огней,
двигателей.
Рис. П.1.48 Протестирована плата под дистанционно - программное
обеспечение
Инструкция на базе ARDUINO IDE
Программное обеспечение управления дроном разработано на языке
ARDUINO IDE.
113
Использовались модули «Моторшилд тройка шилд».
Делалась распайка проводами от принтера.
Использовались светодиоды.
В программе есть задел для внедрения модуля Wi-Fi, а также датчиков
температуры и управления.
Описание работы программы проекта «Пионер-М»
Первым нашим действием мы подключаем графическую библиотеку
для интерфейса управления
// RemoteXY include library //
/* определение режима соединения и подключение библиотеки
RemoteXY */
#define REMOTEXY MODE HARDSERIAL
#include <RemoteXY* настройки соединения */
Подключение сериал-портов
#define REMOTEXY SERIAL Serial
#define REMOTEXY SERIAL SPEED 9600
Мы начинаем описывать каждый элемент графического интерфейса.
Таким образом, как он будет выглядеть на экране гаджета:
* конфигурация интерфейса */
#pragma pack(push, 1)
uint8_t RemoteXY_CONF[] =
{ 9,32,218,2,6,0,4,5,2,55
,11,41,41,2,1,4,128,1,14,61
,17,2,1,2,0,2,11,96,47,1
,3,208,146,208,154,208,155,0,208,146
,208,171,208,154,208,155,0,2,0,1
,53,19,10,2,1,79,78,0,79,70
,70,0,2,0,22,53,19,10,2,1
,79,78,0,79,70,70,0,2,0,43
,53,18,10,2,1,79,78,0,79,70
,70,0,1,1,0,38,13,9,2,1
,88,0,2,0,27,38,27,9,2,1
,208,159,208,163,208,161,208,154,0,79
,70,70,0,65,4,32,30,9,9,2
,2,65,4,32,41,9,9,2,2,65
,4,32,19,9,9,2,2,66,129,43
,19,56,9,2,2,65,4,32,52,9
114
,9,2,2,66,129,43,46,56,4,2
,2,66,129,71,58,28,4,1,2,66
,193,43,58,28,4,6,2,67,4,76
,39,23,6,2,2,11,67,4,76,51
,23,6,2,2,11,65,10,63,53,10
,5,2,1,65,10,63,58,10,5,2
,1,131,1,0,0,39,9,2,1,208
,163,208,191,209,128,208,176,208,178,208
,187,208,181,208,189,208,184,208,181,0
,131,0,39,0,30,9,2,2,208,161
,208,184,209,129,209,130,208,181,208,188
,208,176,0,131,0,69,0,31,9,2
,3,208,144,208,178,209,130,208,190,209
,131,208,191,209,128,0,129,0,24,49
,14,3,2,1,208,146,208,183,208,187
,208,181,209,130,208,189,208,176,209,143
,0,129,0,2,31,27,6,0,2,208
,146,208,183,208,187,208,181,209,130,208
,189,208,176,209,143,0,129,0,6,49
,7,3,2,1,208,160,208,176,208,180
,208,176,209,128,0,129,0,47,49,7
,3,2,1,208,156,208,176,209,143,208
,186,0,130,1,1,41,40,9,14,2
,129,0,2,20,14,6,0,2,208,160
,208,176,208,180,208,176,209,128,0,129
,0,2,42,16,6,0,2,208,156,208
,176,209,143,208,186,32,0,130,1,1
,30,40,9,14,2,130,1,1,19,40
,9,14,2,129,0,2,11,95,6,9
,2,208,159,208,190,208,186,208,176,208
,183,208,176,208,189,208,184,209,143,32
,209,129,208,184,209,129,209,130,208,181
,208,188,209,139,32,209,131,208,191,209
,128,208,176,208,178,208,187,208,181,208
,189,208,184,209,143,0,129,0,13,40
,12,4,1,1,208,156,208,190,209,128
,208,183,208,181,0,130,1,-1,38,27
115
,9,2,1,129,0,2,53,18,6,0
,2,208,156,208,190,209,128,208,183,208
,181,0,130,1,1,52,40,9,14,2
,129,0,59,30,24,6,9,2,208,148
,208,176,209,130,209,135,208,184,208,186
,208,184,0,129,0,43,52,32,5,9
,2,208,162,208,181,208,188,208,191,208
,181,209,128,208,176,209,130,209,131,209
,128,208,176,0,129,0,43,40,28,5
,9,2,208,146,208,187,208,176,208,182
,208,189,208,190,209,129,209,130,209,140
,0,130,1,43,29,56,9,7,2,129
,0,54,20,32,6,0,2,208,161,208
,190,209,129,209,130,208,190,209,143,208
,189,208,184,208,181,0,129,0,74,54
,11,3,2,1,208,160,209,131,209,135
,208,189,208,190,208,181,0,129,0,74
,59,11,3,2,1,208,144,208,178,209
,130,208,190,209,131,208,191,209,128,208
,176,208,178,208,187,208,181,208,189,208
,184,208,181,0 };
/* структура определяет все переменные вашего интерфейса
управления */
struct {
Описание состояния выключателей и переключателей
/* input variable */
int8_t joystick_1_x; /* =-100..100 координата x положения джойстика
*/
int8_t joystick_1_y; /* =-100..100 координата y положения джойстика
*/
int8_t slider_1; /* =0..100 положение слайдера */
uint8_t switch_4; /* =1, если переключатель включен и =0, если
отключен */
uint8_t switch_1; /* =1, если переключатель включен и =0, если
отключен */
116
uint8_t switch_2; /* =1, если переключатель включен и =0, если
отключен */
uint8_t switch_3; /* =1, если переключатель включен и =0, если
отключен */
uint8_t button_l; /* = 1, если кнопка нажата, иначе =0 */
uint8_t switch_5; /* =1, если переключатель включен и =0, если
отключен */
Настройка мигания светодиодных индикаторов в зависимости от
переключения нагрузок, точно также можно посмотреть состояние судна в
зависимости от нагрузок в элементах управления.
uint8_t led_2_r; /* =0..255 яркость красного цвета индикатора */
uint8_t led 3_г; /* =0..255 яркость красного цвета индикатора */
uint8_t led_l_r; /* =0..255 яркость красного цвета индикатора */
int8_t level l; /* =0..100 положение уровня */
uint8_t led_4_r; /* =0..255 яркость красного цвета индикатора */
int8_t level_2; /* =0..100 положение уровня */
int8_t ІеѵеІ З; /* =0.. 100 положение уровня */
int8_t level_4; /* =0.. 100 положение уровня */
char text _і[ii]; /• =строка UTF8, оканчивающаяся нулем */
char text_2[l 1]; /* =строка UTF8, оканчивающаяся нулем */
uint8_t led_5_g; /* =0..255 яркость зеленого цвета индикатора */
uint8_t led_6_g; /* =0..255 яркость зеленого цвета индикатора */
/* other variable */
uint8 t connect flag; /* =1 if wire connected, else =0 */
} RemoteXY;
#pragma pack(pop)
Конец описания настройки графического элемента программы
/////////////////////////////////////////////
// END RemoteXY include //
/////////////////////////////////////////////
Включение общей программы, основная часть программы
// Подключение сервопривода для управления поворотным механизмом
(рулевой машиной)
117
//include <Servo.h>
Servo my servo;
////////////Управление мотором ////////// Подключаем моторы в программе
для распределения пинов
//define PIN МОТORR 4
//define PIN_MOTOR_SPEED_R 5
//define PIN_MOTOR_L 7
//define PIN_MOTOR_SPEED_L 6
void Wheel (int v)
{
if (v>100) v=100;
if (v<-100) v=-100;
if (v>0) {
digitalWrite(PIN_MOTOR R, HIGH);
digitalWrite(PIN_MOTOR R, LOW);
analogWrite(PIN_MOTOR_SPEED_R, v*2.55);
}
else if (v<0) {
digitalWrite(PIN MOTOR R, LOW);
digitalWrite(PIN MOTOR R, HIGH);
analogWrite(PIN MOTOR SPEED R, (-v)*2.55);
}
else {
digital Write(PIN MOT ORR, LOW);
digital Write(PIN MOT ORR, LOW);
analogWrite(PIN MOTOR SPEED R, 0);
}
}
//////////////////!!!!!!!!!!!!!! Светодиоды, описание переменных
#define PIN SWITCH l 10
#define PINSWITCH2 11
#define PIN_SWITCH_3 12
#define LED M 13
118
int brightness = 0; // начальная яркость светодиода
int fadeAmount = 5; // величина изменения яркости светодиода
void setup()
////////////////////////////Моторы, выход, описание переменных параметров
моторов
{
pinMode (PINMOTOR_R, OUTPUT);
pinMode (PIN MOTORSPEEDR, OUTPUT);
pinMode (PIN MOTOR_L, OUTPUT);
pinMode (PIN MOTORSPEEDL, OUTPUT);
// RemoteXYInit ();
RemoteXYInit ();
// Подключаем серво с установкой в одно положение
my servo. attach(9);
RemoteXY.slider_l = 50;
// myservo.write(90); //устанавливается привод в среднее положение
pinMode (PIN SWITCH_1, OUTPUT);
pinMode (PIN SWITCH_2, OUTPUT);
pinMode (PIN SWITCH_3, OUTPUT);
pinMode (LED M , OUTPUT);
}
void loopQ
{
RemoteXY Handler ();
//!!!!!!!!!!!!!!! Выключатели, которыми включаем огни, радар и прочее
оборудование
analogWrite(PIN SWITCH 2,
(RemoteXY.switch_2==0)?LOW:brightness); // Взлетная полоса
119
digital Write(PIN SWITCH l, (RemoteXY.switch_l==0)?LOW:HIGH);
digital Write(PIN_SWITCH_3, (RemoteXY.switch_3=0)?LOW:HIGH);
//!!!!!!!!!!!!!!!! Условие для мигания огней
brightness = brightness + fadeAmount;
if (brightness == О II brightness == 255) {
fadeAmount = -fadeAmount;
}
delay(40);
//!!!!!!!!!!!!!!!! Мигание индикатора взлетной площадки
if (RemoteX Y. switch_2== 1) {
RemoteXY.led_2_r = brightness;}
else
RemoteXY.led_2_r = 0;
//!!!!!!!!!!!!!!!! Сервомотор руля
int ms = RemoteX Y.slider_1*20+500;
myservo.writeMicroseconds(ms);
//!!!!!!!!!!!!!!!!!!! Джойстик, описание джойстика
////////////////////Управление двигателем ///////////
Wheel ( RemoteXY.joystick 1_у + RemoteX Y.joysticklx);
Wheel ( RemoteXY.joystick l_y - RemoteXY.joystick_l_x);
/////////////////////////////////////////////////////
/////////////////////Радар BEGIN/////////////
if (RemoteXY.switch_l==l) {
digitalWrite(PIN_MOTOR_L, HIGH);
analogWrite(PIN_MOTORSPEEDL, 80);
}
else {
digitalWrite(PIN_MOTOR_L, LOW);
analogWrite(PIN MOTOR_SPEED L, 0);
120
}
///////////////Индикатор радара
RemoteXY.led l г = (RemoteXY.switch _1==1)?255:0;
////////////////////Радар END////////////////////////
/////////////////Кнопка ПУСК и индикатор к ней
RemoteXY.led_5_g = (RemoteXY. switch_5==l)?255:0;
//выключатели пуск и автоуправление
if (RemoteXY.switch_5==0) {
digitalWrite (PIN_MOTOR_R,LOW);
analog Write (PIN_MOT OR_SPEED_R,LO W);
}
/////////////////Автоуправление и индикатор
RemoteXY.led_6_g = (RemoteXY. switch_4==l)?255:0;
///////////////// МАЯК ////////////////
RemoteXY.led_3_r = (RemoteXY.switch_3==l)?255:0;
///////////////// МОРЗЕ ////////////////
RemoteXY.led_4_r = (RemoteXY.button _1==1)?255:0;
if (RemoteXY.button_l==l) digitalWrite(LED M, HIGH);
else digitalWrite(LED_M, LOW);
////////////////////Индикатор УРОВЕНЬ СИСТЕМА//////////
int adc = analogRead(5);
RemoteXY.levell = (int)(adc / 2.55);
////////////////////АВТОУПРАВЛЕНИЕ //////////
121
Приложение 2. Плавучий дрон «Космонавт А. Леонов» в
технологии изготовления на ЗБ-принтерах
В.Е. Бендер, Е.В.
И.П. Шабельников
Маслюк, А.А.
Меркулов, А.Е.
Савельичев,
122
Главные размерения и характеристики
Нынешняя разработка плавучего дрона, его главные размерения были
выбраны из возможностей транспортировки дрона авиационным и
автобусным транспортом, а также на легковом автомобиле и вручную
переносить его к урезу воды.
Главные размерения плавучего дрона «Космонавт А. Леонов» остались
без изменений:
Lmax = 1,01 м - длина корпуса дрона максимальная;
Ьквл = 1,00 м - длина корпуса дрона по конструктивной ватерлинии;
В = Вквл = 315 мм - ширина корпуса максимальная;
Т = 190 мм - осадка дрона миделем по КВл;
Н = 260 мм - высота борта дрона до плоской горизонтальной верхней
палубы;
D = 28,5 кг - водоизмещение дрона расчетное по конструктивной
ватерлинии;
5 = 0,476 - коэффициент общей полноты корпуса дрона при посадке по
конструктивную ватерлинию.
Форма надстройки дрона выбрана по обводам, известным из
литературы как «X-bow».
Основные характеристики надводной части дрона:
Ні_2 =170 мм - высота двухъярусной обтекаемой части надстройки
плавучего дрона от верхней палубы до палубы ходового мостика;
Нз =70 мм - высота ходовой рубки - третий ярус надстройки дрона;
Н4 =70 мм - высота навигационной рубки на палубе ходового мостика
(над ходовой рубкой) при её ширине 80 мм;
Нклот =790 мм - высота клотика над основной линией.
По верхней палубе и палубам ходовой и навигационных рубок
размещается ограждение - частичный фальшборт высотой 20 мм, который
дополняется леерным ограждением, изготавливаемым из прутка или трубок
до высоты в метр у реального судна, т. е. до высоты в 26 мм у дрона. В
нижней части фальшборта размещаются штормовая щель для стока воды за
борт. Высота сплошной штормовой щели принята в 4 мм при неизменной
высоте фальшборта, а его крепление к палубе будет осуществляться через
контрофорсы (контрофорс - стойка поддержания фальшборта).
Архитектурно-конструктивный тип дрона
Первоначально школьниками выполнена проработка общего
расположения экипажного научно-исследовательского судна «Космонавт
А. Леонов», на основе которой была изготовлена модель дрона НИС
123
«Космонавт А. Леонов» по традиционной технологии изготовления модели с
комбинированным корпусом (см. Приложение 1. Плавучий дрон «Космонавт
А. Леонов» в исходной традиционной технологии изготовления).
В данном приложении мы представляем корпус идентичного дрона,
который был сварен из пластика на малом ЗБ-принтере из нескольких блоков
корпуса, надстройки и рубки (рис. П.2.1).
Рис. П.2.1 Пример разбивки корпуса и надстройки дрона на строительные
элементы для малого дрона
Архитектурно-конструктивный тип модернизированного дрона в
технологии его изготовления на ЗБ-принтере не меняется (рис. П.2.2).
Рис. П.2.2 Общий вид модернизированного дрона
Форма корпуса дрона
При разработке формы корпуса дрона в первом приближении учащиеся
ДЮЦ на Комсомольской г. Калининграда использовали способ, именуемый в
\
124
профессиональной практике проектирования судов техническим рисованием.
В качестве прототипа подводной части корпуса дрона ими были приняты
обводы портового буксира с лекальной формой корпуса, которые
подверглись дальнейшей эскизной модернизации для удобства проводки
гребного вала, гребного винта и главного гребного электродвигателя.
Из-за существенных недостатков такого подхода, отражающихся на
мореходности дрона, было решено изменить первоначально принятую
подводную часть корпуса дрона.
В качестве прототипа подводной части корпуса дрона принята модель
№10 систематической серии моделей судов с упрощенными ломаными
обводами при двух сломах прямолинейных ломаных шпангоутов
Е.В. Маслюка [10]. Исходная модель №10 серии имела следующие главные
размерения и характеристики:
Ьквл = 2000 мм, В = 480 мм, Т = 200 мм, 8 = 0,476, D = 91,4 кг.
В связи с тем, что главные размерения дрона выбраны школьниками
ДЮЦ ранее (Ьквл = 1,00 м, В = 315 мм, Т = 190 мм, 8 = 0,476, D = 28,5 кг), был
произведен пересчет таблицы плазовых ординат теоретического корпуса
дрона с использованием коэффициентов аффинных преобразований,
позволивших отмасштабировать корпус дрона: КХ =0,500; КУ =0,656; KZ
=0,950 (см. таблица П.2.1).
Теоретический чертеж и ЗБ-модель дрона «Космонавт А. Леонов»
строится по 20 теоретическим шпангоутам с теоретической шпацией в 50 мм.
Теоретические шпангоуты - суть поперечные сечения, по которым строится
теоретический чертеж суднадрона.
Таблица П.2.1
Ординаты и абсциссы кромочных линий теоретического чертежа дрона
Номер
шпанга,
фут
Диамет-
раль,
мм
Нижний
слом, мм
Верхний
слом, мм
Условная
палуба (мм)
при Z =190
мм
Верхняя
палуба (мм)
Z= 70,0 мм
Z
Z
Y
Z
Y
Y
Y
1
2
3
4
5
6
7
8
-1
172,9
-
-
-
-
5,84
-
0
0,00
0,00
0.00
107,16
35,31
55,45
23,06
0,5
-41,61
-9,47
12,46
94,43
49,22
74,16
40,57
1
-72,30
19,95
21,00
81,7
60,77
90,76
56,19
2
-109,92
39,33
31,75
56,05
81,24
117,01
84,96
3
-134,80
57,66
56,81
30,4
99,68
133,28
108,01
125
Окончание таблицы П.2.1
1
2
3
4
5
6
7
8
4
-152,19
-74,76
72,29
5,73
114,98
144,83
125,39
5
-165,40
-91,68
86,72
-17,96
126,92
153,50
138,16
6
-175,18
-108,11
100,63
-40,09
137,16
157,50
146,89
7
-182,21
-124,07
112,17
-60,56
146,15
157,5
152,06
8
-185,34
-137,75
121,62
-79,23
153,36
157,5
155,65
9
-187,62
-147,25
127,15
-92,44
157,11
157,5
157,50
10
-190,0
-149,53
127,66
-97,94
157,5
157,5
157,50
11
-189,43
-148,86
127,66
-97,66
157,5
157,5
157,50
12
-184,11
-144,97
127,66
-94,90
157,11
157,5
157,33
13
-171,76
-134,52
127,13
-84,74
154,88
157,5
156,36
14
-151,72
-114,95
125,95
-70,3
152,25
157,5
155,09
15
-128,82
-91,68
124,90
-53,06
148,44
157,5
153,05
16
-107,64
-69,68
123,39
-36,38
145,23
157,5
151,02
17
-88,16
-49,83
119,79
-21,28
137,16
155,99
145,30
18
-68,30
-31,16
114,93
-9,47
128,36
149,49
136,78
19
-50,06
-14,92
108,83
-0,49
117,08
138,24
124,92
19,5
-40,38
-6,85
105,74
3,49
110,58
130,46
117,67
20
-30,4
+0,87
102,73
6,74
104,34
121,47
109,99
Транец
-31,16
-2,49
103,91
5,22
106,71
120,68
Правило знаков в таблице:
Абсциссы (X) откладываются от носового перпендикуляра (точки
пересечения КВл с форштевнем).
Ординаты (Y) откладываются от диаметральной плоскости судна,
положительные - на правый борт.
Аппликаты (Z) откладываются от конструктивной ватерлинии, со
знаком плюс - выше КВл.
Ординаты (Y) верхней палубы дрона в таблице П.2.1 решено было
предварительно не назначать, а снять с теоретического чертежа дрона,
построенного и сглаженного в среде программы AutoCAD, что дает более
точные результаты, чем если привести расчетные данные. При этом
появляется возможность варьирования надводного борта дронов в
дальнейших модификациях в зависимости от его назначения,
грузоподъёмности, района плавания, допустимой мореходности по
волнению.
Видоизмененная подводная часть корпуса, взятая с 10-й модели,
обладает большим подрезом диаметрали в кормовой оконечности, т. е.
повышенным расположением кормового свеса над основной плоскостью
судна. Это позволяет разместить оптимальные по размерам перо руля и
гребной винт, который в первом варианте дрона был взят школьниками
катерным. В данной модификации гребной винт и перо руля будем создавать
отдельно на 3D-принтере.
126
На исходном дроне у школьников длина корпуса по КВл равна около
100 см при максимальной длине L=101 см, ширина по КВл В = 31,5 см,
осадка миделем по КВл - Т = 19,0 см, а высота борта до верхней палубы Н =
Т + f = 19.0 + 7.0 = 26,0 см. Эти главные размерения мы сохраняем и на
модифицированном дроне.
У модифицированной модели дрона транец сделаем плоским, так как
на нем решено было формировать кормовой блок корпуса (см. рис. П.2.3).
Рис. П.2.3 Кормовой блок корпуса дрона
Данное решение может быть отвергнуто конструктором, если он решил
формировать блоки корпуса на плоской палубе или принял другое
конструктивное решение.
При необходимости перестройки корпуса дрона под другие главные
размерения каждый пользователь может определить собственные
коэффициенты аффинных преобразований теоретического чертежа (ТЧ).
Считаем, что подобный конструктивный подход будет понятен юным
конструкторам:
Кх = L/Lo =
Ку = В/Во =
Kz = Т/То =
Главные размерения с индексом «о» относятся к размерениям
исходного дрона. Таким образом, корпус дрона, выполненного по
ЗБ-технологии, не будет подобен выбранной исходной модели дрона по
форме обводов корпуса, а перестроен по коэффициентам аффинных
преобразований с сохранением коэффициентов полноты теоретического
чертежа.
127
Надводный борт будем достраивать схожим корпусу X-bow, который
выбрали ранее школьники. При этом надводная часть дрона, т. е. его
архитектурно-конструктивный тип, была взята по обводам современных
морских судов повышенной мореходности. Форма надстройки двух первых
ярусов дрона принята по типу «X-bow».
Теоретический чертеж подводной части корпуса дрона в исходной
форме представлен ниже на рис. П.2.4-П.2.6.
Рис. П.2.4 Теоретический чертеж, продольный разрез корпуса
Рис. П.2.5 Теоретический чертеж. Планы корпуса дрона, кормовая и носовая
части корпуса в первом приближении
Рис. П.2.6 Теоретический чертеж. План полуширота корпуса
128
Принципиальная особенность данного проекта: верхняя палуба дрона
была принята плоской, т. е. без погиби бимсов и седловатости, принимаемых
обычно для стока попавшей на палубу судна воды за борт. Здесь принято во
внимание то обстоятельство, что дрон достаточно малое судно и практически
всегда будет плавать в условиях бортовой, килевой качки и небольшого
крена, при этом носовая часть дрона достаточно надежно защищена
специальной формой надстройки типа «X-bow», которую первоначально
решили установить на судне-дроне школьники. Кроме того, такая палуба
позволит собирать корпус дрона целиком или по отдельным блокам на
верхней палубе в зависимости от характеристик располагаемого строителем
ЗБ-принтера.
У исходного дрона высота борта до палубы навигационного мостика
составляет 500 мм, до палубы ходовой рубки - 430 мм, высота отбойника у
ходовой рубки - 20 мм, высота навигационной площадки от киля - 570 мм, а
верх клотика (мачты) расположен от основной плоскости (нижней кромки
киля) по высоте на - 790 мм.
В дальнейших построениях решено было провести реальную верхнюю
палубу дрона на высоте надводного борта, принятой учащимися ДЮЦ «На
Комсомольской», т. e. f = ZBn = 70 мм, над конструктивной ватерлинией
дрона. Эта верхняя палуба сохранена на последующих модификациях дрона.
Надводная часть дрона, т. е. его архитектурно-конструктивный тип,
сохранена по обводам морского дрона «Космонавт А. Леонов», главные
размерения и характеристики которого изложены выше.
Общее расположение дрона. Схема ВО
Общее расположение дрона «Космонавт А. Леонов» принципиально
отличается от сконструированного школьниками экипажного судна, так как
дрон предназначен для выполнения функций мониторинга окружающей
среды совсем другими средствами, чем экипажное научно-исследовательское
судно (НИС).
Для изготовления дрона была разработана 3 D-модель, вид которой
представлен на рис. П.2.7 - П.2.10.
129
Рис. П.2.7 Боковой вид модели ЗБ-дрона
Рис. П.2.8 Вид с носа модели
ЗБ-дрона
130
Рис. П.2.9 Вид с кормы модели 3D-
дрона
Рис. П.2.10 Вид с днища модели 3D-flpoHa
131
Материалы для изготовления пластикового плавучего дрона
Для изготовления 3 D-моделей используются различные пластики,
многие из которых ещё не нашли широкого применения в ЗБ-принтинге:
PLA, ABS, HIPS, SBS, TRE, TPU, SBS GLASS и др.
Важно знать, что все пластики для ЗБ-печати являются
термопластиками, т. е. они размягчаются и становятся пластичными при
нагревании и затвердевают при охлаждении, а также очень хорошо
обрабатываются при охлаждении.
PLA-пластик рекомендуется для детского творчества из-за своей
экологичности, так как изготавливается из картофеля, сахарной свеклы,
сахарного тростника, кукурузы. Важно знать, что PLA-пластик растворяется
в дихлорметане, которым может быть и склеен.
PLA-пластик - это полилактид, т. е. полимер молочной кислоты,
биоразлагаемый, биосовместимый, алифатический полиэфир. Производится
путем синтеза на основе растительного сырья, содержащего крахмал или
сахар. При нагревании издает слабый сладковатый запах кулинарного масла.
Срок службы PLA-пластика до пяти лет. Он обладает низкой температурой
размягчения нити, благодаря чему наблюдается повышенная скорость
печати. Изделия из него не имеют эффекта термоусадки, материал отлично
подходит для сложных механических изделий. Легко обрабатывается
механически, шлифуется, красится и т. д.
REC ABS - наиболее распространенный вид пластика для печати
прочных моделей, в основе которого лежат нефтепродукты. Его прочностные
характеристики достаточно стабильны. REC ABS - ударопрочный пластик
для изготовления в 3D-деталей, несущих нагрузку, растворим в ацетоне.
Методика изготовления пластикового дрона
В зависимости от имеющегося у вас ЗБ-принтера (а их на рынке
интернет-услуг уже несколько сот видов), вы можете выбрать из нескольких
технологий изготовления дрона.
Оптимальным по качеству и прочностным характеристикам плавучего
пластикового дрона является его печать целиком. Это можно осуществить
как на достаточно крупном ЗБ-принтере, так и на относительно небольшом
принтере, который регулируется по высоте размещения печатающей головки
(пошаговый подъём основания перемещения головки принтера).
Наиболее распространенным следует назвать блочное или
посекционное изготовление корпуса, надстроек и рубок дрона, с их
последующим соединением на клеях, растворителях или замковых
соединениях.
132
Так, при рабочем пространстве ЗБ-принтера 210*210 мм по рабочему
столу и 205 мм по высоте корпус дрона и его надстройку необходимо
изготавливать из нескольких блоков или секций корпусных конструкций,
размеры которых несколько меньше максимально допустимого габарита
(рис. П.2.11-П.2.13).
Рис. П.2.11 Рабочее пространство принтера
Рис. П.2.12 Пример разбивки модели дрона на строительные блоки
133
Рис. П.2.13 Вид строительных блоков дрона
Рассмотрим закладной кормовой блок корпуса дрона
(рис. П.2.14-П.2.15), его изготовление начинается с транца.
Рис. П.2.14 Кормовой закладной блок корпуса дрона
134
Рис. П.2.15 Общий вид закладного кормового блока
Как правило, конструкционное оборудование и устройства дрона
печатаются при этом раздельно. Отдельные детали и оборудование,
соединение отдельных блоков корпуса и надстроек может быть
осуществлено с помощью ЗБ-ручек (рис.П.2.16-П.2.17).
Рис. П.2.16 ЗБ-модель блока машинного отделения дрона
135
Рис. П.2.17 Вид 3D-модели блока машинного отделения дрона
Аналогично выделяются и все остальные блоки корпуса и надстройки.
После формирования корпуса дрона необходимо приступить к
формированию надстройки и надпалубных конструкций (фальшбортов),
рубок, мачт, грузового устройства (рис. П.2.18).
Завершается формирование конструктивных элементов дрона
изготовлением верхнего мостика (рис. П.2.19).
По окончании разработки 3D-моделей всех частей дрона, необходимо
приступить к его печати на ЗО-принтерах (рис. П.2.20—П.2.21).
Рис. П.2.18 ЗО-модель сформированного блока надстройки и фальшбортов
дрона
136
Рис. П.2.19 ЗБ-модель верхнего мостика дрона
Рис. П.2.20 Печать транцевой переборки корпуса дрона
137
Рис. П.2.21 Начало печати кормового блока дрона с румпельным отделением
Следующим шагом является изготовление блока машинного отделения
дрона, который выделяется из модели дрона. Далее по основным позициям
покажем распечатанные блоки дрона (рис. П.2.22-П.2.31).
Рис. П.2.22 Распечатанный 4-ый кормовой блок дрона с румпельным
отделением
138
Рис. П.2.23 Вид на 4-й блок с наружной стороны
Рис. П.2.24 3-й блок - машинное отделение дрона
139
Рис. П.2.25 1-й носовой блок дрона
140
Рис. П.2.26 2-й блок дрона - аккумуляторный отсек
Рис. П.2.27 Два носовых блока (1 и 2) в соединении
141
Рис. П.2.29 Корпус дрона с корпусным оборудованием в сборе
142
Рис. П.2.31 Средний блок надстройки первого яруса
Следующий этап - дальнейшее насыщение дрона оборудованием и
соединение корпуса дрона с надстройкой (рис. П.2.32-П.2.33).
143
Рис. П.2.32 Сформированный корпус дрона с надстройкой на
поролоновых кильблоках
Рис. П.2.33 Далее устанавливается рубка и оставшееся оборудование
144
Далее окрашиваются корпус и надстройка (П.2.34-П.2.35).
Рис. П.2.34 Первичная окраска подводной части корпуса дрона
Рис. П.2.35 Дрон после первичной окраски подготовлен для проведения
испытаний
После проведения комплекса испытаний дрон окрашивается начисто.
145
Основное комплектующее оборудование дрона
Для сборки и монтажа системы управления безэкипажного судна
«Космонавт А. Леонов» необходимы следующие элементы:
• Arduino Uno [56] - это маленькое электронное устройство, состоящее
из одной печатной платы, способное управлять разными датчиками,
электродвигателями, освещением, передавать и принимать данные. В
рамках проекта будет использоваться для управления всей системой;
• Amperka Motor Shield - используется для корректного подключения
коллекторных двигателей к управляющей плате Arduino Uno;
• Amperka Troyka Shield - используется для удобства подключения
датчиков к плате Arduino Uno;
• понижающий DC-DC преобразователь - регулирует напряжение
питания сервопривода, который управляет пером руля;
• ESP8266-01 WI-FI Module - создает точку доступа W-IFI для
управления дроном со смартфона;
• сервопривод Eurgle 15_08b (Возможна замена на аналог) -
используется для управления пером руля;
• светодиоды (Красные, Желтые, Зеленые) - элементы индикации
системы;
• главный электродвигатель марки Н 0029 TURBO 550 19Т - для
движения дрона;
• аккумулятор на 12 вольт «Dalta» Battery - AGM VRLA Battery, DT 1207
- питание системы управления;
• гребной винт фиксированного шага;
• валолиния с дейдвудным устройством.
Сборка основных элементов
Монтаж системы управления морского дрона «Космонавт А. Леонов»
будет происходить с использованием вышеописанного оборудования, а
также макетной платы для удобства сборки. Отдельно будет рассматриваться
сборка с использованием навесного монтажа.
Навесной монтаж - способ монтажа электронных схем, при котором
расположенные на изолирующем шасси радиоэлементы соединяются друг с
другом проводами или непосредственно выводами.
Макетная плата - универсальная печатная плата для сборки и
моделирования прототипов электронных устройств. Макетные платы
146
подразделяются на два типа: для монтажа посредством пайки и без таковой
(рис. П.2.36).
Рис. П.2.36 Платы Arduino Uno, Motor Shield и Troyka Shield
Платы Arduino Uno, Amperka Motor Shield и Troyka Shield
присоединяются, друг к другу как указано на рис.П.2.36. Порядок
расположения плат: снизу - Arduino UNO, в середине - Amperka Troyka
Shield, сверху - Amperka Motor Shield (рис.П.2.37). Arduino UNO - всегда
должна быть подключена снизу!
147
Рис. П.2.37 Сборка Arduino UNO + Amperka Troyka Shield
Подключение ESP8266 к Arduino Uno
В проекте «Космонавт А. Леонов» модуль ESP8266-01 используется
как точка доступа WI-FI сигнала для возможности управления системой с
любого смартфона.
Подключите ESP8266 к Arduino Uno по схеме, приведенной на
рис. П.2.38-П.2.39. Обратите внимание, что контакты RX-TX соединяются
перекрестием.
Так как уровни сигналов модуля ESP8266 составляют 3.3 В, а у Arduino
они 5В, необходимо использовать резистивный делитель напряжения для
преобразования уровня сигнала.
Рис. П.2.38 Arduino Uno + ESP8266-01(Ha макетной плате)
Для экономии места и повышения прочности плату ESP8266-01
рекомендуется припаять в макетную часть Amperka Troyka Shield.
Для проверки работоспособности схемы необходимо подключить
питание к плате Arduino Uno (код программы управления должен быть
загружен). После подключения питания в течение 5-10 с, должна появиться
активная точка доступа «Name» (имя задается в программе управления),
проверить ее наличие можно с помощью любого смартфона с поддержкой
WI-FI.
148
Внимание! Плату Arduino Uno необходимо программировать раньше,
чем будет подключен модуль ESP8266-01. Если вы уже установили модуль,
но хотите загрузить новый код в Arduino, то перед программированием
отсоедините провода, идущие к ESP8266 от контактов 0 и Е Произведите
программирование. Затем верните контакты на место. Нажмите кнопку
сброса Arduino (рис. П.2.39).
+ pwr -
го гч •— О СГі оо Siflin^rtlrgi-o
gAmperka.ru ■■■*■■*
fritzing
Рис. П.2.39 Arduino Uno + ESP8266-01 (Навесной монтаж)
Если после включения схемы точка доступа не появилась - читайте
инструкцию по исправлению ошибок и обновлению прошивки в разделе Wi¬
Fi модуль ESP8266.
Подключение двигателей и АКБ
В данном разделе будет продемонстрирована схема подключения
коллекторного двигателя постоянного тока, сервопривода и аккумуляторной
батареи к плате Amperka Motor Shield (рис. П.2.40). Модуль ESP8266-01,
который был подключен ранее, отсоединять не нужно!
Питание
В качестве элемента питания схемы был использован литий-
полимерный аккумулятор (LiPo) емкостью 2400 мА/ч (вы можете
использовать аккумуляторы большей или меньшей емкости) и напряжением
питания 7,4Ѵ (напряжение аккумулятора необходимо выбирать с учетом
характеристик платы Amperka Motor Shield).
149
ЫіДОМЯЮр*- £К!ІрЖМѴ I OSWjVHAlld
I'JL’BJW'JjIJ ѵчмгсэоз г.ir.«iu:JvOt
Рис. П.2.40 Плата Amperka Motor Shield
Для того чтобы плата Arduino Uno работала от аккумулятора,
подключенного в плату Amperka Motor Shield, необходимо поставить
перемычку, которая отвечает за объединение питания в состояние PWR JOIN.
Подключение
В нашей сборке используется мотор 390 HSP. Он подключается к плате
Amperka Motor Shield к контактам Ml (рис. П.2.41-П.2.42).
150
fn'tzing
Рис. П.2.41 Схема подключения (на макетной плате)
■ZL О О О О
О' /_», /_/. i i о.
£ Amperka.ru »*'*'■*•
= ШГ.Ѵ.ТЫПНВИ м ф м Hi вт в»
Е1 Е2 Н1 Н2
fritzing
Рис. П.2.42 Схема подключения (навесной монтаж)
Индикация
Для индикации работы системы будут использоваться светодиоды
различных цветов. Пример схемы подключения на макетной плате и
навесным монтажом, показан на рис. П.2.43-П.2.44.
151
Рис. П.2.43 Схема подключения LED (на макетной плате)
Іі 1
м 11 Г
\ (ft
ilil
Г
1 2200 1 220П
f F
2200
i
__ <т> <-d — О Ф ов КійіЛ«і(Ѵ|оІ-0
t pwr - & А mperka.ru ■■■ I ■■ I ■
М ¥ ¥ М ¥
□
§
II
II
II
II
El Е2 Н1 Н2
□ О
О О
о о
PWR
■ JOIN
i ^ Ф > < <
3223
fritzing
Рис. П.2.44 Схема подключения LED (навесной монтаж)
Программа управления
Для того чтобы запрограммировать контроллер Arduino Uno, в первую
очередь необходимо установить программы на ПК.
152
Arduino IDE
Скачиваем и устанавливаем Arduino IDE с сайта разработчика
(основная программа для работы с Arduino. В ней пишутся скетчи, в ней же
компилируются и загружаются в плату). Скетч - это программа, написанная
для платформы Arduino и имеющая определенную структуру. При
скачивании можно отказаться от пожертвования, нажав JUST DOWNLOAD
(только скачать). При установке Ardui о IDE должны автоматически
загрузиться драйвера, т. е. при появлении окошка «согласиться ли на
установку драйверов» нажать «да» (https://www.arduino.cc/en/Main/Software).
Качаем и устанавливаем JRE (Java Runtime Environment) с сайта
разработчика. Arduino IDE работает на Java, т. е. нужно скачать и установить
бесплатный пакет, без которого невозможна работа никаких программ,
написанных на Java (https://www.iava.com/ru/download/).
Настройка Arduino IDE
Список действий:
• Запустить Arduino IDE, выбрать плату (Инструменты\плата\»ваша
плата»). Для нашего проекта выбираем Arduino UNO.
• Выбрать порт: инструменты\порт\»СОМ, отличный от С0М1,
например, COM3, С0М5...». Какой именно порт, вы могли видеть при
первом подключении Arduino к компьютеру (рис. П.2.44).
Примечание: если у вас только С0М1 - значит, либо не установились
драйвера, либо вышла из строя плата.
• Готовые прошивки просто открываются двойным кликом. Чтобы
загрузить прошивку, жмите кнопку «ЗАГРУЗИТЬ» на верхней панели
инструментов, она в виде стрелки, направленной вправо.
Внимание, совет! В пути к папке со скаченными скетчами не должно
быть русских букв! Создайте в корне диска папку arduino и работайте в
ней!
Установка необходимых библиотек
Для того чтобы платой Arduino UNO можно было управлять через
смартфон, мы будем использовать библиотеку RemoteXY.
Библиотека RemoteXY реализует взаимодействие между Arduino и
Android/iOs смартфоном или планшетом. Библиотека поддерживает все
доступные в проекте варианты связи.
153
aid setup О {
// put your S
d loopU I
/ cue your и
i (Инструменты! Помощь
АвтоФорыатирование
Архивировать скетч
Исправить кодировку и перезагрузить
Монитор порта
Плоттер по последовательному соединен
Плата: "Arduino Nano'
Процессор: "ATmega328”
Поре 'COK/П"
Программатор: "AVR1SP тНГ
Записать Загрузчик
CtrkShift-M
з СЫ+ShifrrL
Менеджер п,
Платы Arduino AVR
Arduino Yun
Arduino/Genuino Uno
Arduino Duemilanove or D
Arduino Nano
Arduino/Genuino Mega or
Arduino Mega ADK
Arduino Leonardo
Arduino/Genuino Micro
Arduino Esplora
Arduino Mini
Arduino Ethernet
Arduino Fio
Arduino ВТ
LilyPad Arduino USB
Lily Pad Arduino
Arduino Pro or Pro Mini
Arduino NG or otder
Arduino Robot Control
Arduino Robot Motor
Arduino Gemma
iketchjul02« Arduino L6^|
553
1 Файл Правка Скетч
(Инструменты i Помощь
1
©О ИВІ
АвтоФорматироввние
Архивировать скетч
Исправить кодировку и перезагрузить
Ctri+T
1 sketchjiilG2a Щ
1 void setup<) i
1 // put your set.
Монитор порта Ctrl+Shift+M
Плоттер по последовательному соединению Ctrl+Shift+L
}
Плата: “Arduino Nano”
void Icopf) (
Процессор: "ATmega328”
// put your maij
Порт: "COM3"
\
Программатор: "AVRISP тИГ
За п исать 3 згрузчик
Рис. П.2.45. Окно инструментов “Arduino IDE”
Скачать библиотеку RemoteXY можно по ссылке:
littp://remotexy.com/m/library/. По ссылке загрузите ZIP архив библиотеки
последней версии.
Для установки библиотеки в Arduino IDE необходимо зайти в меню
Скетч/Импортировать библиотеку.../Add library.... (рис. П.2.46) В
открывшемся окне выбора файла выберите скаченный ZIP архив библиотеки
RemoteXY.
// Й1
П и п N f пГТТГПТП
/* PeaoteXY select connection aode end include
if detine ffiHOTEXY_HCDE_SOriVARi:S£R.TAL
Pinclude < с'Сгтйо1111,h>
emclude <рнш .h>
/т R.eaoceCT connection setcinrjj V
Met me REIHOTEXY^SERIALJOC 2
oe-Mrmrw ъх-агм tv -a
Add Library...
Esplora
Г
Firmata
GSM
LiquKfCrystsI
Robol_C.ontrol
Рис.П.2.46. Окно “Arduino IDE”
Если при установке появилась ошибка вида «Библиотека уже
установлена», то необходимо предварительно вручную удалить папку с
предыдущей версией библиотеки. В ОС Windows библиотеки располагаются
в разделе Документы (Му documents) в папке Arduino/libraries.
154
Программа управления Android/iOs
Приложение для управления вашим микроконтроллерным устройством
RemoteXY вы можете скачать по ссылке: http://remotexv.com/ru/download/.
Для удобства поиска следует воспользоваться QR кодом:
RemoteXY для Android устройств RemoteXY для iPhone и iPad:
Код программы управления
Программы управления вы можете скачать по ссылке:
https://vadi.Sk/d/d6a8EggB3TsKrM.
QR код для установки:
Текст программы управления:
1. //////////////////////////////////////////////
2. // RemoteXY include library //
3. //////////////////////////////////////////////
4.
5. // определение режима соединения и подключение библиотеки RemoteXY
6. #define REMOTEXY_MODE ESP8266_HARDSERIAL_POINT
7.
8. #include <RemoteXY.h>
9.
1Ѳ. // настройки соединения
11. #define REMOTEXY_SERIAL Serial
12. «define REMOTEXY_SERIAL_SPEED 115200
13. «define REMOTEXY_WIFI_SSID «TEST2» // В кавычках возможно задать имя точки доступа
14. «define REMOTEXY_WIFI_PASSWORD «12345678» // В кавычках возможно задать пароль точки
доступа
15. «define REMOTEXY_SERVER_PORT 6377
16.
17.
18. // конфигурация интерфейса
19. «pragma pack(push, 1)
20. uint8_t RemoteXY_CONF[] =
21.
{ 255,8,
0,2,
0,47
,1,8
,5,0
>
22.
5,2,57,15,39
,39,
2,26
,31,
129,
23.
0,58,6,38,6,
31,208,163,208,191,
24.
209,128,
208,
176,
208,
178,
208,187,208,181
25.
208,189,
208,
184,
208,
181,
32,0,
1,1,
26.
4,34,13,
9,2,
31,88,0,
129,
0,
27.
5,28,12,
4,31
,208
,156
,208
,190,
209,
28.
128,208,
183,
208,
181,
0,2,
0,24,
33,
29.
25,11,2,
26,31,31
,208
,159
,208,
163,
155
30. 208,161,208,154,0,79,70,70,0,2,
31. 0,2,52,16,8,2,26,31,31,79,
32. 78,0,79,70,70,0,2,0,21,52,
33. 16,8,2,26,31,31,79,78,0,79,
34. 70,70,0,2,0,41,52,16,8,2,
35. 26,31,31,79,78,0,79,70,70,0,
36. 129,0,5,48,9,3,31,208,160,208,
37. 176,208,180,208,176,209,128,0,129,0,
38. 22,48,14,3,31,208,146,208,183,208,
39. 187,208,181,209,130,208,189,208,176,209,
40. 143,0,65,10,5,15,9,5,129,0,
41. 45,48,7,3,31,208,156,208,176,209,
42. 143,208,186,0,129,0,15,15,15,4,
43. 31,45,209,128,209,131,209,135,208,189,
44. 208,190,208,181,0,65,12,5,22,9,
45. 5,129,0,15,22,34,4,31,45,208,
46. 176,208,178,209,130,208,190,209,131,208,
47. 191,209,128,208,176,208,178,208,187,208,
48. 181,208,189,208,184,208,181,0,2,1,
49. 3,1,35,11,2,26,31,31,208,144,
50. 208,178,209,130,208,190,0,208,160,209,
51. 131,209,135,208,189,208,190,208,181,0 };
52.
53.
54.
55.
56.
57.
58.
59.
60.
61.
62.
63.
64.
65.
66.
67.
68.
69.
70.
71.
72.
73.
74.
75.
76.
77.
78.
79.
80.
81.
82.
83.
84.
85.
86.
87.
88.
// структура определяет все переменные вашего интерфейса управления
struct {
// input variable
int8_t joystick_l_x; //
int8_t joystick_l_y; //
uint8_t button_l; // =1
uint8_t switch_l; // =1
uint8_t switch_2; // =1
uint8_t switch_3; // =1
uint8_t switch_4; // =1
uint8_t switch_5; // =1
=-100..100 координата x положения джойстика
=-100..100 координата у положения джойстика
если кнопка нажата, иначе =0
если переключатель включен и =0 если отключен
если переключатель включен и =0 если отключен
если переключатель включен и =0 если отключен
если переключатель включен и =0 если отключен
если переключатель включен и =0 если отключен
// output variable
uint8_t
uint8_t
uint8_t
uint8_t
uint8 t
led_l_g;
Si
Si
Si
led_2_, ,
led_l_, ,
led_3_, ,
led_4_r;
11
11
/*
/*
/*
=0..255 яркость зеленого цвета индикатора
=0..255 яркость красного цвета индикатора
=0..255 яркость красного цвета индикатора
=0..255 яркость красного цвета индикатора
=0..255 яркость красного цвета индикатора
V
*/
V
// other variable
uint8_t connect_flag; // =1 if wire connected, else =0
} RemoteXY;
#pragma pack(pop)
ttinclude <Servo.h>
const int SERVO = 9;
Servo myServo;
int val = 0;
/////////////////////////////////////////////
// END RemoteXY include //
/////////////////////////////////////////////
89.
90. #define PIN_SWITCH_2 10 // радар
91. #define PIN_SWITCH_3 11 // взлетная
92. #define PIN_SWITCH_4 12 // маяк
93.
94. #define PIN_MOTOR_R 4 // подключение мотора
95. #define PIN_MOTOR_SPEED_R 5 // подключение мотора
96.
97. void Wheel ( int v)
156
98. {
99. if (v>100) v=100;
100. if (v<-100) v=-100;
101. if (v>0) {
102. digitalWrite(PIN_MOTOR_R, HIGH);
103. digitalWrite(pIN_MOTOR_R, LOW);
104. analogWrite(PIN_MOTOR_SPEED_R, v*2.55);
105. }
106. else if (v<0) {
107. digitalWrite(PIN_MOTOR_R, LOW);
108. digitalWrite(pIN_MOTOR_R, HIGH);
109. analogWrite(PIN_MOTOR_SPEED_R, (-v)*2.55);
110. }
111. else {
112. digitalWrite(PIN_MOTOR_R, LOW);
113. digitalWrite(pIN_MOTOR_R, Low);
114. analogWrite(PIN_MOTOR_SPEED_R, 0);
115. }
116. }
117.
118. //////////////////!!!!!!!!!!!!!!Светодиоды
119. #define PIN_SWITCH_2 10
120. #define PIN_SWITCH_3 11
121. #define PIN_SWITCH_4 12
122. #define LED_M 13
123. int brightness = 0; // начальная яркость светодиода
124. int fadeAmount = 5; // величина изменения яркости светодиода
125.
126. void setup()
127. {
128. pinMode (PIN_MOTOR_R, OUTPUT); // Выходы мотора
129. pinMode (pIN_MOTOR_SPEED_R, OUTPUT); //Выход мотора
130.
131.
132. RemoteXY_Init ();
133.
134. pinMode (PIN_SWITCH_2, OUTPUT);
135. pinMode (pIN_SWITCH_3, OUTPUT);
136. pinMode (pIN_SWITCH_4, OUTPUT);
137. pinMode (lED_M, OUTPUT);
138.
139.
140.
141. // TODO you setup code
142.
143. // Подключаем серво
144. myServo.attach(SERVO);
145.
146. }
147.
148. void loop()
149. {
150. RemoteXY_Handler ();
151.
152. //!!!!!!!!!!!!!!! Выключатили
153.
154. analogWrite(PIN_SWITCH_3, (RemoteXY.switch_3==0)?LOW:brightness); // Взлетная
полоса
155. digitalWrite(PIN_SWITCH_2, (RemoteXY.switch_2==0)?LOW:HIGH);
156. digitalWrite(pIN_SWITCH_4, (RemoteXY.switch_4==0)?LOW:HIGH);
157.
158. //!!!!!!!!!!!!!!!! Условие для мигания
159.
160. brightness = brightness + fadeAmount;
161. if (brightness == 0 || brightness == 255) {
162. fadeAmount = -fadeAmount ;
163. }
164. delay(40);
157
165.
166. // !!!!!!!!!!!!!!!! Мигание индикатора взлетной
167.
168. if (RemoteXY.switch_3==l){
169. RemoteXY.led_2_r = brightness; }
170. else
171. RemoteXY.led_2_r = Ѳ;
172.
173. // Управление джойстиком
174.
175. Wheel ( RemoteXY.joystick_l_y);
176.
177. val= RemoteXY.joystick_l_x ;
178. val=map(val,-100,100,0,179);
179. myServo.write(val);
180.
181. ///////////////Индикатор радар
182. RemoteXY.led_l_r = (RemoteXY.switch_2==l)?255:0;
183.
184. /////////////////Кнопка ПУСК и индикатор к ней
185.
186. RemoteXY.led_l_g = (RemoteXY.switch_l==l)?255:0;
187.
188. //выключатили пуск и автоуправление
189.
190. if (RemoteXY.switch_l==0) {
191. digitalWrite (PIN_MOTOR_R,LOW);
192. analogWrite (PIN_MOTOR_SPEED_R,LOW);
193. }
194.
195. ///////////////// МАЯК ////////////////
196.
197. RemoteXY.led_3_r = (RemoteXY.switch_3==l)?255:0;
198.
199. ///////////////// МОРЗЕ ////////////////
200.
201. RemoteXY.led_4_r = (RemoteXY.button_l==l)?255:0;
202.
203. if (RemoteXY.button_l==l) digitalWrite(LED_M, HIGH);
204. else digitalWrite(LED_M, LOW);
205.
206.
207. // TODO you loop code
208. // используйте структуру RemoteXY для передачи данных
209.
210.
211. }
212. [/code]
Описание принципа работы используемого оборудования
В данном разделе подробно описано электрическое оборудование, из
которого состоит система управления морским дроном «Космонавт
А. Леонов». Информация рекомендуется для более углубленного изучения
электротехнических устройств, используемых в проекте. Применение
каждого из описанных элементов в проекте описано в разделе «Сборка
основных элементов системы управления дрона».
Все материалы для Приложения взяты с сайта http://wiki amperka.ru.
158
Arduino Uno
Arduino Uno - флагманская платформа для разработки на базе
микроконтроллера ATmega328P.
Рис. П.2.47 Плата Arduino Uno
Подключение и настройка
Для работы с платой Arduino Uno (рис. П.2.47) в операционной системе
Windows скачайте и установите на компьютер интегрированную среду
разработки Arduino — Arduino IDE.
Элементы платы представлены на рис. П.2.48.
ICSP-разъём it-,.,, ,, „.j, ,
г гѵонѵѵідкиѵи^ые иины
для flTVweдаійЩ
нлмрлхёНиЯ S В
ICSP- pj 5.1-PM
3ля ftT™ ед a3z aP
ffl и V- PC? i-; г?н wi ]ЮЛАе. p
UT wrfcgaAijJP
flflu кро ион ivi рсЛлс p
ЯГілпедаібил
KLo it irvi j к™ ныe in H4?i
Рис. П.2.48 Элементы платы Arduino Uno
159
Микроконтроллер ATmega328P
Сердцем платформы Arduino Uno является 8-битный микроконтроллер
семейства AVR — ATmega328P.
Микроконтроллер ATmegal6U2
Микроконтроллер ATmegal6U2 обеспечивает связь микроконтроллера
ATmega328P с USB-портом компьютера. При подключении к ПК Arduino
Uno определяется как виртуальный COM-порт. Прошивка микросхемы 16U2
использует стандартные драйвера USB-COM, поэтому установка внешних
драйверов не требуется.
Пины питания
VIN: Напряжение от внешнего источника питания (не связано с 5 В от
USB или другим стабилизированным напряжением). Через этот вывод можно
как подавать внешнее питание, так и потреблять ток, если к устройству
подключён внешний адаптер.
5V: На вывод поступает напряжение 5 В от стабилизатора платы.
Данный стабилизатор обеспечивает питание микроконтроллера ATmega328.
Запитывать устройство через вывод 5V не рекомендуется — в этом случае не
используется стабилизатор напряжения, что может привести к выходу платы
из строя.
З.ЗѴ: 3,3 В от стабилизатора платы. Максимальный ток вывода -
50 мА.
GND: Выводы земли.
IOREF: Вывод предоставляет платам расширения информацию о
рабочем напряжении микроконтроллера. В зависимости от напряжения плата
расширения может переключиться на соответствующий источник питания
либо задействовать преобразователи уровней, что позволит ей работать как с
5 В, так и с 3,3 В устройствами.
Порты ееода/еыеода
Цифровые входы/выходы: пины 0-13
Логический уровень единицы — 5 В, нуля — 0 В. Максимальный ток
выхода — 40 мА. К контактам подключены подтягивающие резисторы,
которые по умолчанию выключены, но могут быть включены программно.
ШИМ: пины 3,5,6,9,10 и 11
Позволяют выводить 8-битные аналоговые значения в виде 111ИМ-
сигнала.
АЦП: пины А0-А5
160
6 аналоговых входов, каждый из которых может представить
аналоговое напряжение в виде 10-битного числа (1024 значений).
Разрядность АЦП — 10 бит.
TWI/PC: пины SDA и SCL
Для общения с периферией по синхронному протоколу, через 2
провода. Для работы — используйте библиотеку Wire.
SPI: пины 10(SS), 11 (MOSI), 12(MISO), 13(SCK).
Через эти пины осуществляется связь по интерфейсу SPI. Для работы
используйте библиотеку SPI.
UART: пины 0(RX) и 1(ТХ)
Эти выводы соединены с соответствующими выводами
микроконтроллера ATmegal6U2, выполняющего роль преобразователя USB-
UART. Используется для коммуникации платы Arduino с компьютером или
другими устройствами через класс Serial (табл. П.2.2).
Таблица П.2.2
Светодиодная индикация
Имя светодиода
Назначение
RX и ТХ
Мигают при обмене данными между
Arduino Uno и ПК.
L
Светодиод вывода 13. При отправке
значения HIGH светодиод
включается, при отправке LOW -
выключается.
ON
Индикатор питания на плате.
Разъём USB Туре-В
Разъём USB Type-В предназначен для прошивки платформы Arduino
Uno с помощью компьютера.
Разъём для внешнего питания
Разъём для подключения внешнего питания от 7 В до 12 В.
ICSP-разъём для ATmega328P
ICSP-разъём предназначен для внутрисхемного программирования
микроконтроллера ATmega328P. С использованием библиотеки SPI данные
выводы могут осуществлять связь с платами расширения по интерфейсу SPI.
Линии SPI выведены на 6-контактный разъём, а также продублированы на
цифровых пинах 10(SS), 11 (MOSI), 12(MISO) и 13(SCK).
ICSP-разъём для ATmegal6U2
ICSP-разъём предназначен для внутрисхемного программирования
микроконтроллера ATmegal6U2.
161
Характеристики “Arduino Uno”
Микроконтроллер: ATmega328
Тактовая частота: 16 МГц
Напряжение логических уровней: 5 В
Входное напряжение питания: 7-12 В
Портов ввода-вывода общего назначения: 20
Максимальный ток с пина ввода-вывода: 40 мА
Максимальный выходной ток пина З.ЗѴ: 50 мА
Максимальный выходной ток пина 5Ѵ: 800 мА
Портов с поддержкой ШИМ: 6
Портов, подключённых к АЦП: 6
Разрядность АЦП: 10 бит
Flash-память: 32 КБ
EEPROM-память: 1 КБ
Оперативная память: 2 КБ
Габариты: 69x53 мм
Amperka Motor Shield
Рис. П.2.49 Плата Amperka Motor Shield
Микроконтроллер, установленный на Arduino, не может
непосредственно управлять большой нагрузкой на своих цифровых выходах.
Максимально возможный выходной ток с ножки микроконтроллера —
40 мА. Для управления большой нагрузкой существуют специализированные
устройства. Именно к таким устройствам и относится Motor Shield
(рис. П.2.49).
162
Motor Shield — это плата расширения для Arduino, предназначенная
для двухканального управления скоростью и направлением вращения
коллекторных двигателей постоянного тока, напряжением 5-24 В и
максимальным током до 2 А на канал.
Motor Shield также может быть использован для управления одним
биполярным шаговым двигателем или, при совмещении двух каналов в один,
для управления мощной нагрузкой с током до 4 А.
Подключение и настройка
Установите Motor Shield сверху на управляющую платформу,
например, Arduino Uno или Iskra Neo.
Убедитесь в наличии и правильности соединения джамперов на плате
Motor Shield:
HI с 4 пином;
El с 5 пином.
Е2 с 6 пином;
Н2 с 7 пином.
Подключите внешнее питание для моторов через клеммник PWR,
соблюдая полярность.
Управление коллекторными двигателями
ДА Battery
Ajaweg w
ДА Battery
/uameg W
ДА Battery
Ajaaaeg w
Рис. П.2.50 Схема подключения двигателей к Motor Shield
Приступим к демонстрации возможностей. Схема подключения - на
рис. П.2.50. Джампер PWR JOIN установлен в положение «Раздельное
питание». Arduino запитана через USB.
163
Для начала простейший код для демонстрации всех основных функций
Motor Shield:
2DC Motor Shield.ino
//Моторы подключаются к клеммам M1+, M1-, M2+, M2-
// Motor shield использует четыре контакта 4, 5, 6, 7 для управления
моторами
// 4 и 7 — для направления, 5 и 6 — для скорости
#define SPEED 1 5
#define DIR 1 4
#define SPEED 2 6
#define DIR 2 7
0
void setup()
1
{
2
//Настраивает выводы платы 4, 5, 6, 7 на вывод сигналов
3
for(int i = 4; i < 8; i++)
4
pinMode(i, OUTPUT);
5
}
6
7
void loop()
8
{
9
// Для коллекторного мотора можно выбрать значение скорости от 0 до
255.
0
// Покрутим в течении секунды M1 на средней скорости сначала в одну
сторону...
1
analogW rite(SPEED_1, 126);
2
digitalWrite(DIR_1, LOW);
3
delay(1000);
4
5
// ... а затем в другую.
6
digitalWrite(DIR_ 1, HIGH);
7
delay(1000);
8
9
//После чего остановим мотор 1
0
analogWrite(SPEED_1, 0);
1
2
//А теперь заставим мотор 2 медленно разгоняться до максимума
164
3
for (int i=0; i <= 255; ++i)
4
{
5
analogWrite(SPEED_2, i);
6
delay(50);
7
}
8
9
// Теперь он будет крутится до нажатия на Reset или выключения питания
0
while (true)
1
9
2
}
Следующий код подойдёт для робот-платформ:
2DC_Motor_Shield_Platform. іпо
1
// Моторы подключаются к клеммам М1+, М1-,
М2+, М2-
2
// Если полюса моторов окажутся перепутаны при
подключении,
3
// можно изменить соответствующие константы
CON MOTOR с 0 на 1
4
#define CON_MOTORl 0
5
#define CON_MOTOR2 0
6
7
// Motor Shield использует четыре контакта 4, 5, 6,
7 для управления моторами
8
// 4и7 — для направления, 5 и 6 — для скорости
9
#define SPEEDJ 5
10
#define DIRI 4
11
#define SPEED_2 6
12
#define DIR2 7
13
// Возможные направления движения робота
14
#define FORWARD 0
15
#define BACKWARD 1
16
#define LEFT 2
17
#define RIGHT 3
18
19
/*
165
20
* В функции 'go' мы управляем направлением
движения и скоростью
21
*/
22
void go(int newDirection, int speed)
23
{
24
boolean motorDirection 1, motorDirection 2;
25
26
switch ( newDirection ) {
27
28
case FORWARD:
29
motorDirection 1 = true;
30
motorDirection 2 = true;
31
break;
32
case BACKWARD:
33
motorDirection 1 = false;
34
motorDirection 2 = false;
35
break;
36
case LEFT:
37
motorDirection 1 = true;
38
motorDirection 2 = false;
39
break;
40
case RIGHT:
41
motorDirection 1 = false;
42
motorDirection 2 = true;
43
break;
44
}
45
46
// Если мы ошиблись с подключением - меняем
направление на обратное
47
motorDirection 1 = CON MOTOR1 л
motorDirection 1;
48
motorDirection 2 = CON MOTOR2 л
motorDirection 2;
49
50
// Поехали! Скорость может меняться в пределах
от 0 до 255.
51
analogWrite(SPEED_1, speed);
52
analogWrite(SPEED_2, speed);
53
166
54
digital Write(DIR 1, motorDirection 1);
55
digitalWrite(DIR 2, motorDirection 2);
56
}
57
58
void setup()
59
{
60
// Настраивает выводы платы 4, 5, 6, 7 на вывод
сигналов
61
for(int i = 4; i <= 7; i++)
62
pinMode(i, OUTPUT);
63
}
64
65
void loopQ
66
{
67
// Задержка 5 секунд после включения питания
68
delay(5000);
69
70
//Медленный разгон до максимальной скорости
71
for (int i=50; i<=250; ++i)
72
{
73
go(FORWARD, i);
74
delay(30);
75
}
76
77
// Едем секунду вперёд на максимальной скорости
78
go(FORWARD, 255);
79
delay(lOOO);
80
81
// быстро крутимся влево полторы секунды
82
go(LEFT, 250);
83
delay(1500);
84
85
//медленно едем назад полторы секунды
86
go(BACKWARD, 70);
87
delay(1500);
88
89
//медленно крутимся вправо полторы секунды
90
go(RIGHT, 80);
167
91
delay(1500);
92
93
// Остановка. Скорость равна нулю
94
go(FORWARD, 0);
95
96
// Всё, приехали. Стоим до нажатия Reset или
отключения питания
97
while (true)
98
99
}
Элементы платы Лтрегка Motor Shield:
Ыи^КЛМОрѴ £ОДр№*№ XI OSlMjVHCtnlC
.«КИЯ мдагсэоз Пм«Ы=ЧОІ
Рис. П.2.51 Элементы питания Amperka Motor Shield
Питание
Клеммник под винт для подключения питания на плате обозначен как
PWR (рис. П.2.51). К нему подключается источник питания, который будет
использоваться для питания моторов. Напряжение питания должно быть в
пределах 5-24 В постоянного тока.
168
Внимание!
При подключении питания соблюдайте полярность. Неправильное
подключение может привести к непредсказуемому поведению или выходу из
строя платы или источника питания.
Если у вас Motor Shield первой ревизии (с синими клеммниками), то
при установке платы на Arduino Uno или другой платы, обладающей
высоким разъёмом вроде USB Туре В или RJ45, наклейте на разъём пару
слоёв изоленты, чтобы избежать замыкания дорожек на нижней стороне
платы.
На Motor Shield два контура питания.
• Первый — силовой, напряжение на который приходит с клеммника
PWR. От этого контура запитана микросхема Н-моста L298P и
нагрузка.
• Второй контур используется для питания вспомогательной цифровой
логики управления микросхемой L298P и светодиодов индикации Этот
контур получает питание от пина 5V Arduino. Если по какой-то
причине напряжения на этом пине не оказалось, или напряжение на
нём оказалось ниже 5 В, Motor Shield работать не будет.
Индикация питания
При правильном подключении питания силового контура Motor Shield
загорается светодиод индикации питания PON. Если полярность питания
перепутана, или питание по какой-то причине не подано, светодиод гореть не
будет.
Из-за большой ёмкости фильтрующего конденсатора, установленного
на плате, светодиод PON в некоторых случаях может кратковременно
продолжать гореть и после отключения питания.
Нагрузка
Клеммники под винт для подключения нагрузки на плате обозначены
как -М1+ и -М2+.
Нагрузка разделена на два канала. К одному каналу можно подключить
один коллекторный мотор. Первый канал на плате имеет обозначение Ml,
второй канал - М2. Каждый канал управляется независимо.
Обозначения «+» и «-» показывают воображаемые начало и конец
обмотки: если подключить два коллекторных двигателя таким образом,
чтобы их одноимённые контакты щёточного узла соответствовали одному и
тому же обозначению на плате, то при подаче на плату одинаковых
управляющих импульсов, моторы будут вращаться в одну и ту же сторону.
169
Объединение питания
Когда джампер находится в положении PWR JOIN, происходит
объединение контакта Vin Arduino и положительного контакта клеммника
PWR.
Этот режим используется для обеспечения питания Arduino и силовой
нагрузки от одного источника питания. При этом питание может быть подано
как на клеммник PWR Motor Shield, так и на разъём питания Arduino. Выбор
для питания клеммника PWR предпочтительнее, так как при работе
двигателей по цепи питания может проходить очень большой ток, на
который цепь Vin Arduino не рассчитана.
В режиме совместного питания Arduino и Motor Shield, рекомендуемое
напряжение питания - 7-12 В.
Третий штырёк нужен для хранения джампера при работе с
раздельным питанием. Так он не потеряется.
Важно!
Не все источники питания подходят для режима работы с
объединённым питанием Arduino и Motor Shield.
Источники питания должны быть способны обеспечить стабильное
напряжение при резких скачках нагрузки. Даже кратковременная просадка
напряжения при броске нагрузки приведёт к перезагрузке управляющего
контроллера Arduino и связанным с этим неадекватным поведением
двигателей. Этому требованию соответствуют только литий-ионные и
никель-металлгидридные аккумуляторы или лабораторные блоки питания.
Если вы используете другие источники питания, лучше всего
воспользоваться раздельной схемой питания Arduino и Motor Shield.
Используемые пины
По умолчанию Motor Shield для управления скоростью и направлением
вращения моторов использует пины Arduino (табл. П.2.3):
Таблица П.2.3
Пины Arduino
Назначение
Канал 1
Канал 2
Скорость
5
6
Направление
4
7
Управление скоростью происходит при помощи ШИМ, за счёт
быстрого включения и выключения нагрузки. Напряжение на нагрузку
подаётся при высоком логическом уровне на пине скорости, поэтому можно
170
запустить двигатель на полную скорость, просто выставив на этом пине
логическую единицу. Или выключить двигатель, выставив на этом пине
логический ноль.
Индикация скорости
Светодиоды индикации скорости на плате обозначены как El и Е2.
• El показывает состояние пина скорости канала Ml;
• Е2 показывает состояние пина скорости канала М2.
Чем выше скорость вращения двигателя, тем ярче горит светодиод
индикации скорости.
Пины управления направлением вращения двигателей
Пины направления отвечают за направление вращения двигателей.
Смена направления вращения коллекторных двигателей достигается за счёт
изменения полярности приложенного к ним напряжения.
Если выставить на пин направления логическую единицу, то
полярность напряжения на клеммниках нагрузки будет соответствовать
обозначению «+» и «-» на плате.
При подаче на пин логического нуля напряжение на клеммнике
изменится на противоположное.
Индикация направления
Светодиоды индикации направления вращения на плате обозначены
как Н1 и Н2.
• Н1 показывает состояние пина направления канала Ml;
• Н2 показывает состояние пина направления канала М2.
При высоком логическом уровне на пине управления направлением
вращения, т. е. вращении вперёд, индикатор светится зелёным светом. При
низком уровне, т. е. при реверсе - красным.
Контакты выбора управляющих пинов
Контакты (4-7) (рис. П.2.52), используемые для управления скоростью
и направления вращения моторов, подключены к вспомогательной логике
управления моторами через джамперы. Если в вашем устройстве какие-то из
этих пинов уже заняты (например, эти же пины используются для
управления Relay Shield), вы можете использовать любой свободный
цифровой пин. Для этого необходимо снять джампер напротив занятого
пина, и припаять проводок между луженым отверстием рядом со снятым
джампером и луженым отверстием рядом с нужным пином.
На Рис. 2 мы перекинули управляющие пины Н1 и Е1 с 4 и 5 пина
Arduino на 2 и 3 пин соответственно, а управляющие пины Н2 и Е2 - с 7 и 6
на 9 и 8 пин соответственно. В табл. П.2.5 представлены характеристики
Amperka Motor Shield.
171
Рис. П.2.52. Управляющие пины Amperka Motor Shield
Характеристики Amperka Motor Shield
Таблица П.2.5
Характеристики Amperka Motor Shield
Параметр
Мин.
Номинал.
Макс.
Ед.
изм.
Напряжение питания силовой части
4,8
—
24
В
Напряжение питания силовой части с
PWR JOIN
7
—
12
В
Напряжение питания логической части
4,5
5
7
В
Допустимый уровень управляющих
сигналов
3
5
7
В
Продолжительный ток на канал *
2
А
Пиковый прерывистый ток на канал
(80% включение, до 10 мс)
2,5
А
Пиковый непрерывный ток на канал (до
100 мкс)
3
А
* для достижения максимума необходимо дополнительное охлаждение
чипа L298P
172
Troyka Shield
Troyka Shield - это плата расширения, которая позволяет подключать
большое количество модулей и сенсоров через стандартные 3-проводные
шлейфы. Это позволяет не прибегать к пайке или отдельной макетной плате
(рис. П.2.53).
Рис. П.2.53 Плата Troyka Shield
Подключение Troyka Shield
Troyka Shield может быть установлена как на платы форм-фактора
Arduino Uno, так и на длинные платы форм-фактора Arduino Mega. Для
последних может быть целесообразней вместе с Troyka Shield взять плату
расширения Troyka Mega Tail Shield.
Элементы платы Troyka Shield представлены на рис. П.2.54.
Гроази-ЙВЧ MJSLlNi' ToCvUA. (.ОЫИчДІсАѴ
rt *5 Yz G-
A3W|iai Лоіи^ѵия плоиь?*у*л
Рис. П.2.54 Элементы платы Troyka Shield
173
Тройка-контакты «S-V-G»
Контакты для подключения модулей и сенсоров соединены с линиями
управляющей платы следующим образом:
• сигнал (S) - с соответствующим цифровым или аналоговым
пином;
• питание (V) - с рабочим напряжением;
• земля (G) - с землёй.
Тройка-контакты «S-V2-G»
Контакты для подключения модулей и сенсоров соединены с линиями
управляющей платы следующим образом:
• сигнал (S) - с соответствующим цифровым пином;
• питание (Ѵ2) - с 5 вольтами или рабочим напряжением;
• земля (G) - с землёй.
В этой группе используется альтернативная линия питания Ѵ2,
напряжение на которой можно выбирать джампером, расположенным ниже:
• Ѵ2+5Ѵ - на Ѵ2 будет 5 вольт, вне зависимости от рабочего
напряжения управляющей платы;
• V2+IOref- на V2 будет рабочее напряжение платы, то же самое,
что и на других группах пинов.
Возможность выбора напряжения пригодится, когда вы ставите Troyka
Shield на плату с родным напряжением 3,3 вольта вроде Arduino Due или
Arduino МО, при этом используя сенсоры с рабочим напряжением 5 вольт.
Контакты интерфейса PC
Контакты для подключения устройств, которые общаются с
управляющей электроникой по протоколу PC / TWI.
Контакты интерфейса SPI
Контакты для подключения устройств, которые общаются с
управляющей электроникой по протоколу SPI.
Монтажная площадка
Площадка с лужеными отверстиями для прототипирования выводных
компонентов с помощью пайки. Размеры площадки таковы, что на неё можно
установить Breadboard mini. Он может быть закреплён на плате с помощью
своей самоклеящейся основы. Таким образом, вы получаете удобное
устройство для подключения как готовых модулей с 3-проводным
интерфейсом, так и обычных выводных компонентов вроде транзисторов,
резисторов, светодиодов и чипов.
174
Понижающий DC-DC преобразователь
Одна из наиболее часто возникающих сложностей в робототехнике -
задача обеспечения питанием устройств разного номинального напряжения
от одного источника питания. Например: вы конструируете робота, моторы
постоянного тока рассчитаны на напряжение 12 В, а сервомоторы - на 6 В.
Рис. П.2.55 Понижающий DC-DC преобразователь
В таком случае устанавливать отдельный аккумулятор для
сервоприводов - неудобно и неэстетично. Возможно использовать линейный
стабилизатор напряжения, однако на больших токах потребления КПД таких
микросхем оставляет желать лучшего.
Один из правильных вариантов решения данной проблемы -
импульсный понижающий DC-DC преобразователь (рис. П.2.55)..
Преобразователь может делать из входного напряжения ровные 5 В или
другое напряжение, которое вы можете задать с помощью триммера на плате.
Режим устанавливается при помощи переключателя на плате (5V или VR).
Выходной уровень можно замерить с помощью мультиметра.
175
Дополнительная пара клемм позволяют отправить входное напряжение
на другие устройства без изменений.
Если вам необходим понижающий DC-DC преобразователь в виде
платы расширения для Arduino, рассмотрите Power Shield. Если же вам
нужно не понижать, а повышать напряжение, обратите внимание на
повышающий DC-DC преобразователь.
Характеристики
Диапазон входного напряжения: 3,6-25 В
Диапазон выходящего напряжения: 3,3-25 В
Минимальная разница напряжения: 0,6 В
Максимальный выходной ток: 5 А
Максимальная мощность: 25 Вт
Частота преобразования: 350 кГц
Габариты: 46x50x20 мм
Внимание! Входное напряжение преобразователя не должно быть
меньше выходящего напряжения! Внимательно отнеситесь к настройкам
платы.
Светодиод
Светодиод (англ. Light Emitting Diode или просто LED) -
энергоэффективная, надёжная, долговечная «лампочка» (рис. П.2.56).
Светодиод - вид диода, который светится, когда через него проходит
ток от анода (+) к катоду (-).
’ на линзе
нога анода около катода
длиннее есть засечка
Рис. П.2.56 Светодиод
176
Собственное сопротивление светодиода после насыщения очень мало,
и без резистора, ограничивающего ток через светодиод, он перегорит.
Порядок: «резистор до» или «резистор после» — не важен
Поиск подходящего резистора
Рассчитаем, какой резистор R в приведённой схеме нам нужно взять,
чтобы получить оптимальный результат. Предположим, что у нас такой
светодиод и источник питания:
Vf = 2.3 В
I = 20 мА
Ѵсс = 5 В
Найдём оптимальное сопротивление R и минимально допустимую
мощность резистора PR.
Сначала поймём, какое напряжение должен взять на себя резистор:
Ur = Ѵсс - Vf= 5 В - 2.3 В = 2.7 В
По закону Ома найдём значение сопротивления, которое обеспечит
такое падение:
R = UR/1 = 2.7 В / 0.02 А = 135 Ом
Таким образом:
• при сопротивлении более 135 Ом яркость будет ниже заявленной;
• при сопротивлении менее 135 Ом срок жизни светодиода будет
меньше.
Теперь найдём мощность, которую при этом резистору придётся
рассеивать:
PR = I2 х R = 0.022 А х 135 Ом = 0.054 Вт
Это означает, что при мощности резистора менее 54 мВт резистор
перегорит.
Простое правило!
Чтобы не заниматься расчётами резистора каждый раз во время
проведения экспериментов, можно просто запомнить правило для самого
типичного сценария.
Для питания 1 светодиода на 20 мА от 5 В используйте резистор от 150
до 360 Ом.
Сервопривод для Ardruino
Сервопривод — это такой вид привода, который может точно
управлять параметрами движения. Другими словами, это двигатель, который
может повернуть свой вал на определенный угол или поддерживать
непрерывное вращение с точным периодом (рис. П.2.57).
177
Рис. П.2.57 Сервопривод
Схема работы сервопривода основана на использовании обратной связи
(контура с замкнутой схемой, в котором сигнал на входе и выходе не
согласован). В качестве сервопривода может выступать любой тип
механического привода, в составе которого есть датчик и блок управления,
который автоматически поддерживает все установленные параметры на
датчике. Конструкция сервопривода состоит из двигателя, датчика
позиционирования и управляющей системы. Основной задачей таких
устройств является реализация в области сервомеханизмов. Также
сервоприводы нередко используются в таких сферах, как обработка
материалов, производство транспортного оборудования, обработка
древесины, изготовление металлических листов, производство
стройматериалов и другие.
В проектах Ardruino робототехники сервопривод часто используется
для простейших механических действий:
• Повернуть дальномер или другие датчики на определенный угол,
чтобы измерить расстояние в узком секторе обзора робота.
• Сделать небольшой шаг ногой, движение конечностью или
головой.
• Для создания роботов-манипуляторов.
• Для реализации механизма рулевого управления.
• Открыть или закрыть дверку, заслонку или другой предмет.
Подключение сервопривода к Ardruino
Сервопривод обладает тремя контактами, которые окрашены в разные
цвета. Коричневый провод ведет к земле, красный - к питанию +5В, провод
оранжевого или желтого цвета - сигнальный (рис. П.2.58). К Ardruino
178
устройство подключается через макетную указанным на рисунке образом.
Оранжевый провод (сигнальный) подключается к цифровому пину, черный и
красный - к земле и питанию соответственно. Для управления
сервоприводом не требуется подключение именно к шим-пинам. Принцип
управления серво мы уже описывали ранее.
Ц: trduino н-рцтф
Рис. П.2.58 Подключение Servo к Arduino
Не рекомендуется подключать мощные серво напрямую к плате, т.к.
они создают для схемы питания Arduino ток, не совместимый с жизнью -
повезет, если сработает защита. Чаще всего симптомы перегрузки и
неправильного питания сервопривода заключаются в «дергании» серво,
неприятном звуке и перезагрузке платы. Для питания лучше использовать
внешние источники, обязательно объединяя земли двух контуров.
Скетч для управления сервоприводом в Arduino
Управление сервоприводом напрямую через изменение в скетче
длительности импульсов - достаточно нетривиальная задача, но у нас, к
счастью, есть отличная библиотека Servo, встроенная в среду разработки
Arduino. Все нюансы программирования и работы с сервоприводами мы
рассмотрим в отдельной статье. Здесь же приведем простейший пример
использования Servo.
Алгоритм работы прост:
• Для начала мы подключаем Servo.1і
• Создаем объект класса Servo
179
• В блоке setup указываем, к какому пину подключен серво
• Используем методы объекта обычным для C++ способом. Самым
популярным является метод write, которому мы подаем
целочисленное значение в градусах (для сервопривода 360 эти
значения будут интерпретироваться по-другому).
Пример простого скетча для работы с сервоприводом
Пример проекта, в котором мы сразу сначала устанавливаем
серводвигатель на нулевой угол, а затем поворачиваем на 90 градусов.
#include <Servo.h>
Servo servo; // Создаем объект
void setup() {
servo.attach(9); // Указываем объекту класса
Servo, что серво присоединен к пину 9
servol.write(0); // Выставляем начальное
положение
}
void loop() {
servo.write(90); // Поворачиваем серво на 90
градусов
delay(1000);
servo.write(1800);
delay(10 0) ;
servo.write(90);
delay(10 0 0) ;
servo.write(0);
delay(10 0 0) ;
}
Скетч для двух сервпоприводов
А в этом примере мы работаем сразу с двумя сервоприводами:
#include <Servo.h>
Servo servol; // Первый сервопривод
Servo servo2; // Второй сервопривод
void setup() {
servol.attach(9) ; // Указваем объекту класса
Servo, что серво присоединен к пину 9
servo2.attach(10); // А этот servo
180
присоединен к 10 пину
}
void loop() {
// Выставялем положения
servol.write(0) ;
servo2.write(180);
delay(20);
// Меняем положения
servo2.write(0) ;
servol.write(180);
}
Управление сервоприводом с помощью потенциометра
В этом примере поворачиваем сервопривод в зависимости от значения,
полученного от потенциометра. Считываем значение и преобразовываем его
в угол с помощи функции тар:
//Фрагмент стандартного примера использования
библиотеки Servo
void loop() {
val = analogRead(АО); // Считываем значение с
пина, к которому подключен потенциометр
val = map(val, 0, 1023, 0, 180); // Преобразуем
число в диапазоне от 0 до 1023 в
новый диапазон - от 0 до 180.
servo.write(val);
delay(15);
}
Wi-Fi модуль ESP8266
Модуль на чипсете ESP8266 - это простой и дешёвый способ добавить
в своё устройство функции беспроводной связи через Wi-Fi.
Используйте ESP8266, чтобы управлять своим устройством
дистанционно или чтобы снимать показания с сенсоров через интернет.
Подключите свой гаджет к социальным сетям или реагируйте на данные,
которые получаете через API от веб-сервисов.
В семействе модулей ESP8266 есть много разновидностей.
Представленный модуль - ESP-01 V090 (рис. П.2.59). У него антенна
встроена на плату, а на ножки дополнительно выведены 2 GPIO-порта
свободного назначения.
181
Рис. П.2.59 Модуль ESP8266-01
Взаимодействие
Управляющее устройство общается с ESP8266 через UART (Serial-
порт) с помощью набора АТ-команд. Поэтому работа с модулем тривиальна
для любой платы с UART-интерфейсом: используйте Arduino, Raspberry Pi, -
что душе угодно.
Работа над приёмом и передачей данных выглядит как взаимодействие
с сырым TCP-сокетом или с serial-портом компьютера.
Более того, модуль можно перепрошивать. Программировать и
загружать прошивки можно через Arduino IDE, точно так же, как при работе
с Arduino. Реакция на АТ-команды - это просто функция штатной прошивки,
устанавливаемой на заводе. А вы можете написать свою собственную, если
того требует проект. Поскольку на модуле есть 2 порта ввода-вывода общего
назначения, вы можете обойтись вовсе без управляющей платы: просто
подключите периферию непосредственно к ним.
Для того, чтобы среда Arduino IDE научилась прошивать ESP8266,
достаточно добавить директорию с конфигурацией платформы в папку со
своими скетчами.
Для физического соединения при прошивке вам понадобится USB-
Serial адаптер или плата Arduino/Iskra, настроенная в режим USB-моста.
Питание
Родное напряжение модуля - 3,3 вольта. Его пины не толерантны к 5 В.
Если вы подадите напряжение выше, чем 3,3 вольта на пин питания,
коммуникации или ввода-вывода, модуль выйдет из строя.
Поэтому для передачи данных на модуль с 5-вольтовых управляющих
плат используйте делитель напряжения, чтобы перевести напряжение в
допустимый диапазон. Подойдёт делитель из двух резисторов одинакового
номинала (например, 10 кОм).
182
Никаких посредников для приёма данных не нужно. Сигнал в 3,3 В
будет воспринят управляющей платой как логическая единица.
Подавайте на модуль ровно 3,3 В. Их можно получить с отдельного
регулятора напряжения или с пина З.ЗѴ на некоторых платах Arduino.
Модуль потребляет в пике 220 мА. Регулятора напряжения,
используемого на пятивольтовых платах Arduino для пина З.ЗѴ, может
оказаться недостаточно. Обратите внимание на характеристики своей платы.
Например, Arduino Uno и Arduino Leonardo могут выдать не более 50 мА с
пина З.ЗѴ, поэтому с ними нужно обязательно использовать внешний
регулятор; а Iskra Neo может выдать до 800 мА, поэтому с ней можно питать
ESP8266 прямо от платы. Распиновка ESP8266 представлена на рис. П.2.60.
Б
тх
О Ognq
р
ТІ
CH_PD
О Осрг?2
%л
iZi
J ГЛ
J=
L
-J
RS1
О Qgpioq
UL
1
ѴСС
О Orx
=]
□
Рис. П.2.60 Распиновка ESP98266-01
Из-за расположения ножек вплотную в два ряда, модуль нельзя
установить на макетной плате. Используйте макетную плату под пайку или
провода с разъёмами «мама» для подключения к пинам модуля.
Характеристики
Модификация: ESP-01 Ѵ090
Беспроводной интерфейс: Wi-Fi 802.11 b/g/n 2,4 ГГц
Режимы: P2P (клиент), soft-AP (точка доступа)
Максимальная выходная мощность: 19,5 дБ-мВт (89 мВт)
Номинальное напряжение: 3,3 В
Максимальный потребляемый ток: 220 мА
Портов ввода-вывода свободного назначения: 2
Частота процессора: 80 МГц
Объём памяти для кода: 64 КБ
Объём оперативной памяти: 96 КБ
Габариты: 21x13 мм
183
Вы можете проверить наличие связи между Arduino и ESP8266,
используя Serial Monitor, который можно открыть во вкладке Tools в Arduino
IDE.
Откройте Serial Monitor и установите скорость 115200. Нажмите
кнопку сброса на плате Arduino.
Проверьте наличие правильно загруженной программы/
Если после сброса Arduino в Serial Monitor нет никаких сообщений, это,
скорее всего, означает, что Arduino не выполнят вашу программу. Возможно:
• нужный скетч не был загружен;
• ваша Arduino не включена;
• Serial Monitor не подключился к Arduino;
• с вашей Arduino что-то не так.
Проверьте связь между Arduino и ESP8266!
Если после сброса Arduino в Serial Monitor вы видите следующую
последовательность команд, это означает, что инициализация ESP8266
проходит успешно и связь между Arduino и ESP8266 есть:
1. АТ
2. AT+RST
3. АТЕО
4. AT+С WMODE=2
5. AT+СWDHCP=0,1
6. AT+CWSAP="RemoteXYM,"12345678м,10,4
7. AT+CIPMODE=0
8. AT+CIPMUX= 1
9. AT+CIPSERVER= 1,6377
Если вы видите только повторяющиеся команды «АТ», это означает,
что нет связи между Arduino и ESP8266.
Связь может отсутствовать по разным причинам. Ниже перечислены
основные:
• контакты RX и ТХ подключены неверно, перепутаны контакты,
или подключены не к тем контактам, или не подключены совсем;
• нет питания на ESP8266, при подаче питания на ESP8266 должен
светиться красный светодиод;
• не хватает мощности источника питания 3.3 В для ESP8266;
• модуль ESP8266 неисправен.
Проверьте прошивку ESP8266!
184
Если после сброса Arduino в Serial Monitor вы видите только начало
последовательности команд, но нет завершающей команды
AT+CIPSERVER=1,6377, это означает, что модуль ESP8266 имеет
устаревшую прошивку. Требуется обновление прошивки.
Если инициализация проходит успешно, и вы видите последнюю
команду AT+CIPSERVER=1,6377, но при попытке подключения с
мобильного приложения возникает ошибка, возможно, что модуль ESP8266
имеет устаревшую прошивку.
Проверьте объем памяти вашего ESP8266. Это можно сделать,
посмотрев маркировку чипа памяти, который находится на плате рядом с
чипом ESP8266. Если размер памяти составляет 4 Mbit и меньше (установлен
чип 25Q40), скорее всего, этот модуль не будет работать как точка доступа
для RemoteXY.
Проверьте питание ESP8266!
Также возможно, что вашей ESP8266 не хватает мощности источника
питания. Некоторые платы Arduino имеют слабый стабилизатор напряжения
3.3 В, который не способен выдавать 200-300 мА в пиковых режимах. В этом
случае в Serial Monitor вы также увидите обрыв последовательности команд.
Обновление прошивки ESP8266!
Для работы с RemoteXY модуль ESP8266 должен иметь версию
прошивки с поддержкой АТ команд не ниже ѵ0.40. Для проверки версии
модуля, а также для изменения прошивки в случае необходимости,
подключите модуль к компьютеру через последовательный порт. Модуль
можно подключить через плату Arduino.
Подключение через плату Arduino
При использовании Arduino основной чип ATmega переводится в
режим сброса, активным остается только встроенный USB-UART
преобразователь. Для этого контакт RESET соединяется с землей. Контакты
RX и ТХ подключаются к ESP8266 напрямую, а не крест-накрест, как если
бы они подключались для работы с контроллером (рис. П.2.61).
185
Firmware
update «ON*
Рис. П.2.61 Схема подключения ESP8266 к Arduino UNO (для прошивки)
Проверка текущей версии
Для отправки АТ команд и просмотра ответов необходимо
использовать любую программу монитора последовательного порта. Очень
хорошо подходит терминальная программа из Arduino IDE. В программе
необходимо установить режим отправки команд с завершающим символом
перевода строки и возвратом каретки. Скорость работы модуля по
умолчанию 115200 бит/сек. Для работы модуля в штатном режиме контакт
СРЮО должен быть отключен.
Проверить текущую версию прошивки можно, выполнив АТ команду:
AT+GMR. Пример ответа модуля:
AT+GMR
AT version:0.40.0.0(Aug 8 2015 14:45:58)
SDK version:1.3.0
Ai-Thinker Technology Co.,Ltd.
Build:1.3.0.2 Sep 11 2015 11:48:04
OK
Помимо этого, стоит узнать размер флеш-памяти вашего модуля, от
этого зависят настройки адресов загрузки данных при обновлении прошивки.
В данной инструкции описана прошивка модуля с размером флеш-памяти
8Mbit (512КВ+512КВ) или 16Mbit (1024КВ+1024КВ), как наиболее
186
распространенных. Размер флеш-памяти можно узнать, выполнив АТ
команду сброса модуля: AT+RST.
AT+RST
ОК
ets Jan 8 2013,rst cause:2, boot mode:(3,1)
load 0x40100000, len 1396, room 16
tail 4
chksum 0x89
load 0x3ffe8000, len 776, room 4
tail 4
chksum 0xe8
load 0x3ffe8308, len 540, room 4
tail 8
chksum OxcO
csum OxcO
2nd boot version : 1.4(bl)
SPI Speed : 40MHz
SPI Mode : DIO
SPI Flash Size & Map: 8Mbit(512KB+512KB)
jump to run userl @ 1000
#T#n't use rtc mem data
эІЦУгІМя
Ai-Thinker Technology Co.,Ltd.
ready
Программа для прошивки
Для обновления прошивки необходимо скачать программу для
прошивки и саму прошивку. Программу для прошивки ESP8266 будем
использовать Flash Download Tools ѵ2.4 с официального сайта Espressif
Systems (рис. П.2.62). Ссылка на страницу загрузки на официальном сайте:
http://espressif.com/en/products/hardware/esp8266ex/resources.
Необходимо перейти в раздел «Tools».
Прошивка
Прошивку также можно скачать с официального сайта. Ссылка на
страницу загрузки на официальном сайте:
http://espressif.com/en/products/hardware/esp8266ex/resources.
Необходимо перейти в раздел «SDKs & Demos» и загрузить прошивку
ESP8266 NONOS SDK версии не менее ѵі.3.0. Именно с этой версии
прошивки реализована поддержка АТ команд ѵ0.40 и более.
Все скаченные файлы необходимо распаковать и поместить в каталог,
где полный путь к файлам состоит только из латинских символов, т. е. без
символов локализации языка.
187
Настройка
Запускаем программу прошивки Flash Download Tools v2.4
(одноименный .exe файл). В открывшемся окне необходимо правильно
указать загружаемые файлы и настройку соединения.
Загружаемые файлы располагаются в каталоге bin архива с прошивкой.
Для каждого файла необходимо указать правильный адрес загрузки.
Используйте таблицу П.2.6 для выбора файлов и назначения адресов.
Рис. П.2.62 Вид окна программы Flash Download Tools v2.4
188
Таблица П.2.6
Файлы и назначения адресов
Файл в каталоге bin
Флеш 8Mbit
(512KB+512KB)
Флеш 16Mbit
(1024KB+1024KB)
esp init_data_default.bin
OxFCOOO
OxlFCOOO
blank.bin
OxFEOOO
OxlFEOOO
boot vl.4(bl).bin или
старшей версии
0x00000
0x00000
user1.1024.new.2.bin (в
подкаталоге at)
0x01000
0x01000
user2.1024.new.2 .bin (в
подкаталоге at)
0x81000
0x81000
Установите следующие параметры настройки:
• SPIAutoSet — установлен;
• CrystalFreq - 26M;
• FLASH SIZE - 8Mbit или 16Mbit в зависимости от размера флеш-
памяти;
• COM PORT - выберите порт, к которому подключена ESP;
• BAUDRATE- 115200
Для старта прошивки необходимо нажать кнопку «START».
Последовательность шагов для прошивки ESP8266
1. Подключите модуль к компьютеру согласно схеме подключения.
2. Запустите монитор последовательного порта. Выполните АТ
команды AT+RST и AT+GMR для определения текущей версии прошивки и
размера памяти модуля. Этот шаг также позволяет проверить правильность
подключения модуля.
3. Запустите программу прошивки Flash Download Tools, правильно
настройте загружаемые файлы, установите настройки.
4. Отключите питание модуля ESP8266.
5. Соедините контакт СРЮО контакт GND.
6. Подайте питание на модуль ESP8266.
7. Нажмите в программе прошивки кнопку START.
8. Дождитесь окончания прошивки модуля. По окончании прошивки
появится надпись FINISH зеленого цвета.
9. Отсоедините питание модуля ESP8266. Отсоедините землю с
контакта СРЮО.
189
10. Включите модуль, запустите монитор последовательного порта.
Убедитесь в работоспособности модуля и новой версии прошивки, выполнив
АТ команду AT+GMR.
Рис. П.2.63 Модель беспилотного морского дрона
«Космонавт А. Леонов»
190
Интерактивные уроки
Космонавт А. Леонов [Электронный ресурс]. - Режим доступа:
http://nbics.net/#!ru/Sudno-Kosmonavt-Leonov123
Космонавт А. Леонов. Традиционная сборка [Электронный ресурс]. -
Режим доступа: http://nbics.net/#!ru/Cudno-Kosmonavt-A.Leonov.-Trad3
Мореходные качества судна: часть 1. [Электронный ресурс]. - Режим
доступа: http://nbics.net/#!ru/Morexodnye-kachestva-sudna.-CH7
Научно-исследовательское судно космонавт А. Леонов [Электронный
ресурс]. - Режим доступа: http://nbics.net/#!ru/Nauchno-issledovatelskoe-sudno5
Судно космонавт А. Леонов. Сборка с использованием ЗЭ-технологий
[Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://nbics.net/#!ru/Sudno-
Kosmonavt-A.Leonov.-Sborl
191
Список литературы
1. В Финляндии откроется площадка для испытаний безэкипажных судов.
[Электронный ресурс]. - Режим доступа: http:www.sudostroenie.info
(дата обращения: 24.01.2017).
2. В Норвегии открылась ещё одна площадка для испытания
безэкипажных судов. [Электронный ресурс]. - Режим доступа:
http:www.sudostroenie.info (дата обращения: 07.12.2017).
3. Морские беспилотные платформы нацелились на ОЭЗ «Лотос».
[Электронный ресурс]. - Режим доступа:
http://sudostroenie.info/novosti/21265.html (дата обращения: 29.11.2017).
4. Армия на взводе: беспилотник для поиска субмарин [Электронный
ресурс]. - Режим доступа: https://www.popmech.ru/weapon/237585-
armiva-na-vzvode-bespilotnik-dlya-poiska-submarin/ (дата обращения:
11.04.2016) .
5. Кротов, П.А. Табель Петра I о корабельных пропорциях / П.А. Кротов //
Судостроение. - 1986. - № 9. - С. 58-59.
6. Крайнюков, В.Г. Первый отечественный Кораблестроительный
регламент / В.Г. Крайнюков // Гангут. - 1991. - № 1. - С. 4-13.
7. История отечественного судостроения. Судостроение в послевоенный
период (1946 - 1991 гг.) / А.М. Васильев [и др.]. - Санкт-Петербург:
Судостроение, 1996. - Т. 5. - 544 с.
8. Допатка, Р. Книга о судах/ Р. Допатка, А. Перепечко; пер. с нем. -
Ленинград: Судостроение, 1981. -208 с.
9. Холодилин, А.Н. Мореходность и стабилизация судов на волнении:
справочник / А.Н. Холодилин, А.Н. Шмырев. - Ленинград:
Судостроение, 1976. - 328 с.
10. Маслюк, Е.В. Анализ буксировочного сопротивления и бортовой
качки судов с упрощенными обводами корпуса: отчет о НИР Б 459221 /
Е.В. Маслюк. - Калининград, 1975. - Ч. I. Обоснование объёма,
методики и рабочей программы исследований. - 70 с.
11. САПР в судостроении. Исследовано в России [Электронный ресурс]. -
Режим доступа: http://www.shipcad.ru/cae/cae.php/ (дата обращения:
29.11.2017) .
12. Чан Динь Тьен. Информационные технологии в судостроении:
существующие системы, сферы и возможности их использования //
Вестник Астраханского технического университета [Электронный
ресурс]. - Режим доступа: http://www. Cyberleninka.ru/article/n/;
192
https://cyberleninka.ru/article/n/informatsionnye-tehnologii-v-sudostroenii-
suschestvuyuschie-sistemy-sfery-i-vozmozhnosti-ih-ispolzovaniya. 2009.
13. САПР в современном российском судостроении [Электронный
ресурс]. - Режим доступа: http://www.icl.ru/articals/702a79b4-5f25-4c3f-
b654-2ddada454337 (дата обращения: 29.11.2017).
14. Официальный сайт программного продукта “Orca 3D” [Электронный
ресурс]. - Режим доступа: http://www.orca3d.com/Orca3dJ/ (дата
обращения: 29.11.2017).
15. Официальный сайт программного продукта “Rhinoceros 3D”
[Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.rhino3d.com/
(дата обращения: 29.11.2017).
16. Официальный сайт программного продукта “Autoship” [Электронный
ресурс]. - Режим доступа: http: www.autoship.com (дата обращения:
29.11.2017) .
17. Официальный сайт программного продукта “Autodesk
AutoCAD” [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http:
www.autodesk.ru/products/autocad/overview (дата обращения:
29.11.2017) .
18. Официальный сайт программного продукта “Delftship” [Электронный
ресурс]. - Режим доступа: http://www/delftship.net (дата обращения:
29.11.2017) .
19. Официальный сайт программного продукта “Poseidon”
[Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.gl-
group.com/en/gltools/Poseidon.php (дата обращения: 29.11.2017).
20. Официальный сайт программного продукта “ShipWeight”
[Электронный ресурс]. - Режим доступа: http: shipweight.com/ (дата
обращения: 29.11.2017).
21. Официальный сайт программного продукта “Napa” [Электронный
ресурс]. - Режим доступа: http://www.napa.fi/.
22. Вертикаль Снукса-Панова. Виртуальная лаборатория [Электронный
ресурс]. - Режим доступа: ttp://m.vlab.wikia.com/wiki/BepTHKarib_
Снукса-Панова (дата обращения: 03.05.2018).
23. Vernor Vinge. The Coming Technological Singularity. Acceleration
Studies Foundation [Электронный ресурс]. - Режим доступа:
http://www.accelerating.org/articles/comingtechsingularitv.html (дата
обращения: 18.01.2018).
24. Технологическая сингулярность. Википедия [Электронный ресурс]. -
Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/. (дата обращения:
18.01.2018) .
193
25. Бир, С. Мозг фирмы / С. Бир. - Москва: Едиториал УРСС, 2005. -
416 с.
26. Закон Мура. Сайт математико-механического факультета УрГУ
[Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://cs.usu.edu.ru/study/moore
(дата обращения: 18.01.2018).
27. Росляков, А.В. Интернет вещей / А.В. Росляков, С.В. Ваняшин,
A. Ю. Гребешков, М.Ю. Самсонов. - Самара: Ас Гард, 2014. - 342 с.
28. Графическое изображение закона Мура [Электронный ресурс]. -
Режим доступа: http://storserv.rn/files/storserv/Image/031545.png (дата
обращения: 18.01.2018).
29. Гринин, Л.Е. Кондратьевские волны, технологические уклады и теория
производственных революций / Л.Е. Гринин // Кондратьевские волны:
аспекты и перспективы. - 2012. - С. 222-263.
30. Глазьев, С.Ю. Нанотехнологии как ключевой фактор нового
технологического уклада в экономике: монография / С.Ю. Глазьев,
B. Е. Дементьев, С.В. Елкин. - Москва: Тровант, 2009. - 304 с.
31. Roco, М. Converging Technologies for Improving Human Performance:
Nanotechnology, Biotechnology, Information Technology and Cognitive
Science / M. Roco, W. Bainbridge, Arlington, 2004.
32. Медведев, Д.А. Феномен NBIC-конвергенции: Реальность и ожидания
/ Д.А. Медведев, В. Прайд [Электронный ресурс]. - Режим доступа:
http://transhumanism-russia.ru/content/view/498/61/ (дата обращения:
18.01.2018).
33. Зазнобин, В.М. Концептуальная власть: миф или реальность? /
В.М. Зазнобин // Молодая гвардия. - 1990. - Т.2. - С. 184-188.
34. Закон времени. Схема [Электронный ресурс]. - Режим доступа:
http://kob-media.ru/?p=137 (дата обращения: 01.03.2018).
35. Armstrong, S. How We’re Predicting AI. FORA.tv / S. Armstrong
[Электронный ресурс]. - Режим доступа:
http://library.fora.tv/2012/10/14/Stuart_Armstrong_How_Were_Predicting_
АІ (дата обращения: 18.01.2018).
36. Ковальчук, М.В. Конвергенция наук и технологий - прорыв в будущее
/ М.В. Ковальчук; Академия инженерных наук им. А.М. Прохорова
[Электронный ресурс]. - Режим доступа:
http://nt.ainrf.ru/NT 4 201 l/064.pdf. (дата обращения: 01.03.2018).
37. Институт нано-, био-, инфо-, когно-социогуманитарных наук и
технологий. Московский физико-технический институт [Электронный
ресурс]. - Режим доступа: https://mipt.ru/dnbic/bases/nbik/ (дата
обращения: 18.01.2018).
194
38. Холдинг NewMediaStar [Электронный ресурс]. - Режим доступа:
http://newmediastar.ra/ (дата обращения: 18.01.2018).
39. Россия 2045 [Электронный ресурс]. - Режим доступа:
http://www.2045.ra/ (дата обращения: 18.01.2018).
40. Бобровский, С. Сингулярость и Россия-2045 / С. Бобровский //
PCweek: еженедельный компьютерный бизнес-журнал. -2011,- Oct.
41. Технопарк КГТУ. Калининградский государственный технический
университет [Электронный ресурс]. - Режим доступа:
http://klgtu.ru/science/uid/technopark/ (дата обращения: 01.03.2018).
42. Ассоциация инновационных предприятий NBICS [Электронный
ресурс]. - Режим доступа: http://nbics.org (дата обращения:
18.02.2018).
43. Сетевая интерактивная лаборатория NBICS.NET [Электронный
ресурс]. - Режим доступа: http://nbics.net/ (дата обращения:
18.02.2018).
44. Национальная технологическая инициатива. Агентство стратегических
инициатив [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://asi.ru/nti.
(дата обращения: 18.01.2018).
45. Паркер, Дж. Революция платформ. Как сетевые рынки меняют
экономику - и как их заставить работать на вас / Джеффри Чаудари
Санджит Паркер, Маршалл ван Альстин. - Москва: Манн, Иванов и
Фербер, 2017. - 304 с.
46. Гарант.ру: информационно-правовой портал [Электронный ресурс].-
Режим доступа: http://www. gar ant. ra/h otl aw/federal /1110145/ (дата
обращения: 05.03.2018).
47. В «Точке кипения» в Санкт-Петербурге прошел баркемп
«Национальная технологическая революция 20.35» [Электронный
ресурс]. - Режим доступа: http://fea.ru/news/6673. (дата обращения:
18.01.2018).
48. Университет НТИ «20.35» [Электронный ресурс]. - Режим доступа:
//http ://2035.university/ (дата обращения: 18.01.2018).
49. ОСТРОВ 10-21 [Электронный ресурс]. - Режим доступа:
/https://ostrov.2035.university/. (дата обращения: 18.01.2018).
50. Меркулов, А.А. Конвергентная интерактивная система образования /
А.А. Меркулов // Известия БГАРФ. 2017. - № 3 (41). - С. 21-24.
51. «Веб 1.0» [Электронный ресурс]. - Режим доступа:
https://ra.wikipedia.Org/wiki/Be6_l.0 (дата обращения: 01.05.2018).
52. «Веб 2.0» [Электронный ресурс]. - Режим доступа:
https://ra.wikipedia.Org/wiki/Be6_2.0 (дата обращения: 01.05.2018).
195
53. Семантическая паутина [Электронный ресурс]. - Режим доступа:
https://ru.wikipedia.org/wiki/CeMaHTH4ecKafl паутина (дата обращения:
01.05.2018).
54. Андон, Ф.И. Semantic Web как новая модель информационного
пространства Интернет / Ф.И. Андон, И.Ю. Гришанова,
В. А. Резниченко [Электронный ресурс]. - Режим доступа:
http://shcherbak.net/semantic-web-kak-novaya-model-informacionnogo-
prostranstva-intemet. (дата обращения: 18.01.2018).
55. Подведены итоги ВУЗПРОМФЕСТ-2017 [Электронный ресурс]. -
Режим доступа: https://www.intechfest.ru/news/203-vpf-17-ll (дата
обращения: 01.05.2018)
56. Arduino Uno [Электронный ресурс]. - Режим доступа:
http: //wiki. amperka. ru/продукты: arduino-uno.
196
ФГБОУ ВО
«КАЛИНИНГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ»
Почтовый адрес: 236022, г. Калининград, Советский проспект, 1
Тел. приемной: +7 (4012) 99-59-01, e-mail: rector@klgtu.ru. http://klgtu.ru/
Калининградский государственный технический университет (КГТУ) -
одно из старейших высших учебных заведений рыбной отрасли России. Он
является многоуровневым центром научно-образовательной, учебно¬
методической и инновационной деятельности. Сегодня КГТУ представляет
собой большой образовательный комплекс, созданный Федеральным
агентством по рыболовству на Западе России у берегов Балтийского моря.
В рамках работы комплекса подготовкой специалистов для рыбного
хозяйства нашей страны занимаются непосредственно университет,
Балтийская государственная академия рыбопромыслового флота,
Калининградский морской рыбопромышленный колледж и созданный в
«северной столице» на базе Санкт-Петербургского морского
рыбопромышленного колледжа филиал КГТУ.
Спектр направлений подготовки в его стенах обширен - от
судостроения и промышленного рыболовства до аквакультуры и пищевых
биотехнологий. Поскольку учебный процесс в университетском комплексе
связан и главным образом ориентирован на производство, за годы обучения
студенты имеют возможность не только постичь азы будущей профессии, но
и трудоустроиться по окончании учебного заведения.
ІДГ
60+
лет продуктивной
научно-исследовательской
и образовательной
деятельности
600
представителей
профессорско-
преподавательского
состава
\
&
более
11000
студентов
и курсантов
400
иностранных студентов
из 23 зарубежных стран
и республик СНГ
28
направлений подготовки
бакалавров,
6 - специалитета
16 - магистратуры
1 - специальностей СПО
2500
выпускников
ежегодно
Безусловная гордость нашего университетского комплекса - это его
богатая история. Она восходит к 1913 г., когда Император Николай II
подписал «Закон об учреждении Отделения рыбоведения при Московском
сельскохозяйственном институте». С этого момента в России началось
высшее рыбохозяйственное образование, 100 лет которому в 2013 году на
197
базе КГТУ отмечало представительное академическое сообщество.
Отделение рыбоведения к 1930 году превратилось в Мосрыбвтуз. В 1958
году он переехал в Калининград, где в 1994 году стал называться
Калининградским государственным техническим университетом.
КГТУ первым начал готовить специалистов для рыбного хозяйства
России. В Университете преподавали такие видные ученые, стоявшие у
истоков отраслевой науки, как Ф. И. Баранов, Н. Б. Севастьянов, А. Г.
Архангородский. Сегодня старейший отраслевой вуз страны,
превратившийся в университетский комплекс, продолжает свою почетную
миссию, выпуская ежегодно свыше двух с половиной тысяч специалистов
высокой квалификации. Только в академии и университете передают знания
новому поколению 73 доктора и 350 кандидатов наук.
Международное сотрудничество является неотъемлемой частью
деятельности КГТУ, важным инструментом в обеспечении качества
образования и его соответствия международным стандартам. Университет
тесно сотрудничает с зарубежными университетами стран Европы, такими
как Польша, Германия, Латвия, Литва и другими странами ЕС, ШОС,
Африки, Азии и СНГ.
Одно из приоритетных направлений работы КГТУ - научная и
инновационная деятельность. Одним из основных элементов инновационной
структуры Калининградского государственного технического университета
является технопарк, на территории которого происходит ускоренное
взаимодействие образовательных учреждений, научных организаций и
коммерческих предприятий, занятых коммерциализацией научных
достижений и разработок.
Калининградский государственный технический университет является
ведущим вузом и исследовательским центром не только в рыбной отрасли,
но и во всей морехозяйственной деятельности России в целом и принимает
активное участие в деятельности рабочей группы MariNet Национальной
Технологической Инициативы
19'
СОЗДАЙ СВОЙ НОВЫЙ МИР САМ!
СЕТЕВАЯ ИНТЕРАКТИВНАЯ ЛАБОРАТОРИЯ
>< NBICS.NET
Обеспечение сетевого интерактивного
взаимодействия людей, организаций,
робототехнических устройств и
программных сервисов в рамках
совместного обучения, проектирования
и создания новых материалов и устройств
ФГБОУ ВО «КГТУ» NBICS.NET
Ассоциация инновационных предприятий NBICS,
созданная на базе КГТУ, объединяет организации
и людей, которые разрабатывают технологии
6-го технологического уклада
(Nano-Bio-Info-Cogno-Socio- технологии)
Ключевые проекты:
■ Сетевая интерактивная лаборатория NBICS.NET
■ Ситуационные центры
■ Технология WEB 4.0
■ Интеллектуальный муниципалитет
- Умные энергосистемы
■ Управление умными городами
- Управление приморскими экосистемами
АНО «НБИКС»
Технопарк КГТУ
г.Калининград, Советский пр-кт, 1
+ 7 (4012) 99 59 82
www.nbics.net
www.nbics.org
www.klgtu.ru
e-mail: nbics@mail.ru
СЕТЕВАЯ ИНТЕРАКТИВНАЯ ЛАБОРАТОРИЯ NBICS.NET
Маслюк Евгений Вячеславович
Морской инженер, к.т.н., доцент, окончил с
отличием судостроительный факультет
Калининградского технического института рыбной
промышленности и хозяйства (ныне КГТУ), 45 лет
научно-преподавательской деятельности по
специальностям «Теория и проектирование судов»,
«Кораблестроение», автор св. 100 научных работ и
УМ К, выпустил св. 300 специалистов - корабелов.
Меркулов Александр Алексеевич
Физик, IT - специалист, директор технопарка
КГТУ, 25 лет предпринимательской деятельности в
области цифровой экономики, лауреат Премии
«Эврика» Правительства Калининградской области,
(2011г), победитель регионального конкурса
«Янтарный Меркурий» в номинации «Лучшая ІТ-
компания» (2014г) и всероссийского проекта «Сириус»
(2018г), автор 55 программных комплексов.
Пособие предназначено для участников
проектной смены "СИРИУС" по направлению ^
"Освоение Арктики и мирового океана»
КГТУ
236022, г. Калининград, Советский проспект, 1
Тел. (4012) 9995901, 995346 www.klgtu.ru