Prosjektrapport. Et prosjektarbeid av P.A. Narum Singh, K.D.H. Sogge, T. Noremark, M. Røise, og R.A. Brandsrud.

Transkript

1 Prosjektrapport Dette er prosjektrapporten som sammenfatter alt arbeid som er blitt gjort i perioden 15.mai 19.juni av gruppe 4, i sammenheng med prosjekt «sjødrone». Prosjektrapporten inneholder dokumentasjon for alle forsøk, planer, resultater og konstruksjon. Et prosjektarbeid av P.A. Narum Singh, K.D.H. Sogge, T. Noremark, M. Røise, og R.A. Brandsrud. 1

2 Innholdsfortegnelse. Innledning Presentere oppgaven... 3 Dagens situasjon, oppdraget, og krav... 3 Selve oppdraget... 4 Gjennomføringen av prosjektet... 4 Hoveddel... 6 Prosjektplanlegging... 6 Prosjektgjennomføringen... 9 Selve konstruksjonen Skroget Styringene og det elektriske arbeidet Målinger / Resultater Testresultater, forhåndstester for motor og kontroll Krengeforsøket Vektregnskap Slepeforsøk Fartsforsøk i tank Kraftforsøk Måleusikkerhet Avslutning

3 Innledning. Presentere oppgaven Oppdraget er kalt for «prosjekt sjødrone» og vi var satt til å planlegge og konstruere en modell av et såkalt amfibisk landingsfartøy der meningen er at vi skal ha et fartøy som kan transportere en last og et mobilt landfartøy over vann slik at vi kan deployere denne lasten hvor vi måtte ønske det, utføre et oppdrag, for så å laste opp igjen lasten og kjøre videre. Oppdraget var å bygge en modell i 1:24 for å kunne kartlegge effektivitet, eventuelle kostnader, fordeler / ulemper, og funksjonalitet på en mindre modell før man eventuelt investerer i en reell stor modell. I den sammenhengen var også en essensiell del av prosjektet å lage budsjetter, kostnadsestimering, fremdriftsplan, m.m. Det som kanskje i den sammenheng var enda viktigere var dokumentasjon av selve arbeidet vi har gjort f.eks tester og selve konstruksjonen. Dagens situasjon, oppdraget, og krav Opp gjennom tiden har mennesker alltid kriget og sloss mot hverandre av forskjellige grunner. Kriger har blitt utkjempet ved hjelp av det man har hatt tilgjengelig, med bare hendene, med sverd, buer, etter hvert med mekaniserte ting som katapulter før man gikk over til pistoler, gevær, og under den industrielle revolusjonen begynte man storstilt krigføring og produksjon av mekaniserte kjøretøy. Historien har alltid vist at den som sitter på det beste utstyret ofte har en stor fordel i stridssituasjoner, men historien har også vist at muligheten til å dukke opp fra «skyggene», kunne gi fienden et stikk, for så å dra derifra umerket kunnen ha enorm effekt. Det ble en gang sagt at et knappenålstikk på riktig plass kan være mer avgjørende enn et hammerslag på feil plass. Ut i fra de to siste verdenskrigene kan vi se tilbake på dødstallene som katastrofer. Utallige mennesker mistet livet i kamphandlingene, og dette er også noe man i nyere tid har fokusert mye på, nettopp det å begrense dødstallene ved å gjøre utstyret bedre, og ved å finne opp teknologi som kan brukes fra avstand, slik at man selv ikke trenger å dra inn i en livstruende situasjon. Mye av dagens krigføring handler derfor ofte om å styre ting fra trygg avstand, ta ut målet, og komme seg der ifra uskadet. Det er nettopp her vi kommer inn. I forhold til dagens situasjon så er vi blitt bedt om å lage en såkalt «drone», et kjøretøy som kan datastyres slik at man selv kan sitte på trygg avstand mens man styrer en stridsmaskin som utfører oppdraget for deg uten noen risiko for annet enn ødelagt utstyr. Å lage denne modellen i miniatyr byr også på en del større og mindre utfordringer. Styringssystemene må settes sammen og programmeres, skroget må planlegges og bygges, de elektriske systemene må settes opp osv. Vi vil i denne rapporten skrive litt mer i detalj hvordan vi gikk frem når vi utførte alle disse oppgavene, og dokumentere resultater av tester m.m. 3

4 Selve oppdraget Sjøforsvaret skal anskaffe 10 landgangsfartøy som kan operere som droner 7 prosjektgrupper skal konkurrere om oppdraget Hver prosjektgruppe skal spesifisere og konstruere en skalert prototype Prosjektgruppene skal kalkulere kostnadene for prototyp og for eventuell serieproduksjon. Konkurranse mellom prosjektgruppene om beste prosjekt torsdag 20. juni Hver prosjektgruppe skal være sammensatt av 2 fra maskinlinjen og 3 fra elektronikk data/ elektro automasjon - med minst 1 fra I-linja i hver gruppe. Valg av grupper ila februar. Rettferdige grupper. Enighet i klassen. Framdriftsmaskineri skal være type robbe EF 76 II elektromotor der elektrisk og mekanisk effekt og dreiemoment som funksjon av turtall skal dokumenteres. Slepekraft, slepemotstand og fart med mer skal dokumenteres. Fartøyet skal kunne sette i land på grundt vann 1 stk. motorisert, selvgående kjøretøy og evt last.(vil bli spesifisert) Navigering av fartøy skal kunne datastyres via internett (drone) Fartøyet skal ha system for dynamisk posisjonering. Fartøyet skal navigeres i samsvar med sjøveisreglene gjennom hinder. Dette er oppdraget som er blitt gitt, og i sammenheng med det er det blitt satt opp en del «MÅ» krav, og en del «BURDE» krav. Kravene finnes i et eget vedlegg til rapporten. Kravspesifikasjon Vedlegg 1. Gjennomføringen av prosjektet Ved prosjektoppstart satt vi oss opp oppgaver og mål som måtte nåes for at vi skulle komme i mål med prosjektet. Etter mye arbeid står vi igjen med en ferdig og fungerende modell av det amfibiske landingsfartøyet som vi ble satt til å lage. Oppgavene innledningsvis var i all hovedsak å planlegge prosjektprosessen, hvordan vi skulle gjøre ting, hva som skulle gjøres, og når de forskjellige tingene 4

5 skulle gjøres. I sammenheng med dette laget vi en WBS for å kartlegge hvordan vi skulle gå frem på en strukturert måte. WBSen vår viser hvilke grener av arbeid som skulle utføres, og vi fikk raskt gjort unna mye av det administrative og samt utdanningen som vi trengte for å fullføre prosjektet. Fokuset har igjennom hele prosjektet ligget mest på selve gjennomføringsdelen, og det er her vi også har lagt mesteparten av fokuset vårt når det kommer til rapporten. Vi kan hovedsakelig dele gjennomføringsdelen av prosjektet opp i fire deler, og en kan si at det er her den mest vesentlige delen av prosjektet har lagt, som igjen er grunnen til at det er her fokuset vårt har vært. Vi kan dele gjennomføringsdelen opp i disse bolkene: Figur 1 Gjennomføring Utregninger og teoretisk arbeid Programmering og elektrisk arbeid Skipsbygging Dokumentasjon Vi begynte gjennomføringsfasen vår med en idémyldring om hvordan vi ville at fartøyet vårt skulle se ut. Vi bestemte oss for at vi ønsket å bruke et trimaranskrog, og etter at vi ble lært opp i freeship ferdigstilte vi skroget etter noen få dager. På samme tidspunkt hadde noen medlemmer av gruppen (Data / elektronikk) jobbet mye med programmeringsoppgavene vi hadde for å ferdigstille fjernkontroll, GPS-systemet, og styringene til fartøyet. Det elektroniske arbeidet ble ferdigstilt mens resten av laget jobbet med å sette sammen skroget. Videre skjærte vi ut plass i skroget til å ha motor, ror, og batteriet i, i tillegg til å sparkle og male skroget for å tette igjen gliper og gi det den fargen vi ønsket. Ca to uker etter at vi hadde påbegynt arbeidet med å designe skroget var fartøyet ferdig til testing. Under prosessen med å lage skroget hadde vi også planlagt å lage en lem slik at vi kunne ilandsette lasten vi hadde om bord. I sammenheng med planleggingen av lemmen fant vi ut at vi ønsket å ha et «skjelett» av tre satt inn i skroget slik at vi kunne skape stabilitet i tillegg til å ha et rammeverk vi kunne bygge lemmen ut i fra. Vi laget tegninger av lemm og skjelett slik at vi kunne begynne byggingen av dette, og dette ble også satt inn i skroget i løpet av byggeprosessen. I løpet av byggingsprosessen støtte vi på en del problemer og uforutsette hendelser der vi enten måtte endre på idéen eller forkaste den totalt. Vi har eksempler på begge deler, og mye av det kom i selve byggingen av skroget. Det var i hovedsak tre ting som gikk galt. 5

6 Den første tingen var at skroget ble ferdigstilt en del seinere enn vi hadde planlagt pga. at vi ikke hadde skaffet oss ordentlig lim. Når vi så først hadde limt det sammen hadde vi limt for dårlig, og skroget knakk på midten. Dette gjorde til at vi måtte jobbe en del raskere de siste dagene før ferdigstillingen, og at det ble en del overtid. Den neste tingen var at planen vi hadde laget for lem var for dårlig og måtte forkastes. Vi måtte deretter gå for et nytt design som vi ble svært fornøyde med. Etter at selve fartøyet var ferdigstilt var det tid for testing. Fartøyet skulle gjennom et vidt spekter av tester der vi skulle kartlegge båtens trekkraft, båtens akselerasjon, båtens fart, slepekraft, og båtens stabilitet. Hoveddel Prosjektplanlegging Prosjektplanleggingen er det som ligger til grunn for selve prosjektgjennomføringen. Det som er særegent for planleggingen er jo selvfølgelig at det er slik vi ønsker at ting skal gå, mens prosjektgjennomføringspunktet tar for seg hvordan ting virkelig skjedde. Det som man fort kan merke seg i denne «prosjektplanen» er at alt er skrevet som noe som ikke allerede er gjort, men noe vi har plan om å gjennomføre. Dette er for å vise hvordan vi planla prosjektet før vi gikk i gang, slik at man kan ha et sammenlikningsgrunnlag mellom hvordan ting skulle være, og hvordan ting ble gjort. Om prosjektplanen Denne prosjektplanen er utarbeidet med tanke på prosjekt-sjødrone og vil være en plan for hvordan vi ønsker å gå frem i utviklingen og byggingen av enheten vi har fått i oppdrag å levere. I denne seksjonen vil vi beskrive litt i kortfattethet om bakgrunn, forutsetninger, mål, organisering, fremdriftsplan, og om tanker for sluttproduktet i forhold til prosjektet som helhet. Bakgrunn Bakgrunnen for prosjektet ligger i det gitte oppdraget. Oppdraget vårt er å levere en prototype av et såkalt landgangsfartøy. Fartøyet skal kunne transportere en gitt last, og et landfartøy som skal være i stand til å kjøre i land fra båten, utføre et oppdrag og kjøre tilbake igjen. Det er gitt spesifikke krav til fartøyet vi skal designe, og disse kravene er gitt i et vedlagt dokument. Vi skal derfor jobbe oss igjennom et gitt utdanningsprogram, skaffe materialer, og utføre de nødvendige oppgavene for å produsere og klargjøre en modell som vil fungere som representant for det ferdige produktet vi kan levere. 6

7 Forutsetninger Forutsetningene vi har for å gjennomføre prosjektet er i utgangspunktet forholdsvis dårlige. Gruppen besitter forholdsvis lite kunnskap innenfor skipsbygging, skipselektriske anlegg, og de nødvendige programmene som trengs og har derfor behov for opplæring innenfor disse områdene. Det som allikevel er viktig å poengtere er at gruppen har høy motivasjon og er lærevillige. Det gjør til at vi med stor sannsynlighet vil klare å lære den nødvendige programvaren og tilegne oss den nødvendige informasjonen, og det gjør igjen til at forutsetningene kanskje ikke er så dårlige som først antatt. Mål De målene vi har satt oss er at vi skal være i stand til å fullføre modellen innenfor tiden som er satt av, og at vi i tillegg skal være ferdig med all nødvendig dokumentasjon, alle målinger, og at det skal være klar til å bli presentert på en god og attraktiv måte. Vi kan dele målene inn i tre punkter: - Modell skal være ferdigbygget etter de gitte kravene. - Modellen skal være testet, og resultatene skal være dokumentert. - All omliggende dokumentasjon skal være ferdig, og klar til presentasjon. (Budsjett, osv.) Organisering og stab Gruppen består av fem personer, der gruppemedlemmene besitter litt forskjellig bakgrunn og grunnlag. Dette gjør gruppen mer dynamisk, og øker spekteret over ting vi kan gjøre. Deler av gruppen kommer fra elektro bakgrunn, og vil fordype seg i dette, mens andre i gruppen kommer fra maskin bakgrunn og vil ha dette som hovedområde. Det vil være en forholdsvis flat struktur i gruppen der vi vil ha en gruppeleder, mens resten av gruppen er på samme nivå. Figur 2 M.Røise R.A.Brandsrud T.Noremark P.A.Narum K.Sogge Aktivitetsplan / Fremdriftsplan Aktivitetsplanen er en oversikt over de aktivitetene eller oppgavene som gruppen må gjennomføre for at vi skal bli ferdige med prosjektet i tide etter de standardene som er blitt bestemt. I sammenheng med dette laget vi først en oversikt over de oppgavene som måtte gjøres og satt dem inn i et Gantt-diagram som viser tidsperspektivet vi har satt opp for hver oppgave. Gantt-diagrammet blir brukt som et hjelpemiddel slik at vi har oversikt over når ting skal påbegynnes / avsluttes og ellers hvordan vi ligger an i forhold til skjemaet. Gantt-diagrammet er laget ut i fra de 7

8 oppgavene som vi har satt opp i WBSen som vi har laget for gruppen. Man kan si at vi definerte målene/kravene i WBSen vår og utformet et tidsestimat / oversikt i Gantt-diagrammet. Jeg refererer derfor til vedlegg 1 og 2 her, henholdsvis WBS og Gantt-diagrammet. Gantt-diagrammet er påbegynt og noen kolonner er derfor ferdige / påbegynte, mens de andre oppgavene vi har definert er ført opp i programmet, men står foreløpig åpen. - Vedlegg 2, WBS. - Vedlegg 3, Gantt-diagram. Kostnadsestimering og budsjett Kostnadsestimering og budsjetteringen er et viktig punkt i planleggingsprosessen fordi at det er på mange måter her oppdragsgiver må bestemme seg for om dette er noe de ønsker å gå for eller om de må se etter andre muligheter. Derfor er det også viktig at estimeringen (Som ikke er det reelle tallet for kostnadene) gir en god oversikt over hva man kan forvente seg, og at man i tillegg gjerne legger til en forholdsvis stor usikkerhet i negativ favør, slik at man kan legge forventninger etter hva som skjer i verste fall. Regnskapet blir på mange måter en replika av budsjettet, men med de faktiske tallene ting koster. Regnskapet er noe vi kommer til å gjøre ferdig etter hvert som vi får inn tallene, noe som igjen tilsier at regnskapet vil stå ferdig etter at materialer og selve byggingen er ferdig. (OBS! Tallene i regnskapet og kostnadsestimeringen er fiktive der kostnadene for byggingen og materialene er ganget opp med ca 3000.) Kostnadsestimeringen derimot er en del av planleggingsfasen, og vil komme seg et eget vedlegg her. - Vedlegg 4, kostnadsestimat. Tanker og forventninger til sluttprodukt Vi ser for oss at om vi følger planen vi har satt opp og holder oss innenfor tidsestimatene vil dette være nok tid til å få gjennomført alle de oppgavene som vi har beskrevet i de to tidligere nevnte modellene. Resultatet skal da være slik at det oppfyller alle de krav som er stilt. Avslutning Et punkt som veldig ofte blir glemt eller neglisjert, men som også er en del av prosjektet er avslutningen. Avslutningen av prosjektet vårt vil i hovedsak bestå av å forberede presentasjonen vår, og til å demontere modell / gjøre utstyr klart for neste kull. I denne fasen er det viktig å opprettholde motivasjonen slik at man får avsluttet prosjektet på en ordentlig og grei måte. 8

9 Prosjektgjennomføringen Selve gjennomføringen av prosjektet foregikk trinnvis der vi først måtte gjennomgå et undervisningsprogram for å være i stand til å utføre prosjektet, der vi måtte planlegge hvordan vi ønsket å gå frem, og der vi måtte gå gjennom de helt administrative oppgavene som for eksempel å velge leder. Fokuset her vil ligge på hvordan selve gjennomføringen har gått, hvorfor vi har gjort som vi har gjort, og hva som faktisk har blitt gjort i det store og det hele. Vi kan på mange måter si at denne bolken er det som omslutter de tre neste bolkene og binder de sammen. Som jeg innledningsvis skrev i sammendraget var det første vi gjorde rent gruppemessig å velge leder for prosjektet, i tillegg til å begynne planleggingen over hvordan vi ønsket å gå frem i prosjektløpet. Vi laget en prosjektplan der vi kartla hvilke forutsetninger, mål, bakgrunn, og økonomi vi hadde i sammenheng med prosjektet. Vi laget en plan for hvordan vi skulle gå frem, laget WBS og Ganttdiagram slik at vi skulle ha god oversikt og kontroll over hva vi skulle gjøre og når vi skulle gjøre det. Fremdriftsplanen / prosjektplanen har vi allerede sett på tidligere i rapporten, men det er den som er grunnlaget og bakgrunnen for at vi har gjort ting i den rekkefølgen som de er gjort, og hvorfor vi har gjort ting på den måten. Hva som faktisk er utført Det som er interessant i dette punktet er hvorvidt prosjektplanen vi laget ble fulgt, og hva som faktisk skjedde underveis. Innledningsvis valgte vi som sagt gruppeleder og, valget falt på Martin Røise ved avstemning. Han var i ledelsen hele prosjektet igjennom. Ved siden av det hadde vi ikke noen spesifikke roller i gruppen, men det var lagt opp til at de som hadde maskin som spesialisering skulle ta seg av skrog og det skipstekniske, mens de som hadde elektronikk / data som spesialisering tok seg av programmering og det elektriske arbeidet. Papirarbeidet ble utarbeidet i løpet av prosjektprosessen, der alle har deltatt for å fylle inn den nødvendige informasjonen. I den innledende fasen ble det som nevnt tidligere laget en WBS og et gantt-diagram for å strukturere det arbeidet som skulle gjøres, og det er disse som igjen ligger til grunn for det arbeidet som har blitt utført. Det arbeidet som har blitt gjort og som vi sitter igjen med er at vi har bygget skrog til fartøyet, programmert styringsmekanismene, satt opp motoren slik vi vil ha den, skjært ut plass i skroget til motoren, montert den, bygget overbygg og satt sammen alt til å bli det ferdige skipet, sluttproduktet. 9

10 Etter det har vi gjort mange tester i slepetanken, blant annet for å beregne effektforbruk, fart, manøvreringsegenskaper, krengningsvinkel, m.m., alt etter de kravene som ble stilt til dokumentasjonen. Bilde 1 Bildet her viser skroget under byggingen før utskjæring, sparkling, og uten overbygg Måten arbeidet forløp på var at vi i starten av prosjektet gikk igjennom en opplæring i forskjellige fag der vi skulle få et grunnlag for å jobbe med prosjektet. Fagene vi jobbet med var utdrag fra digitale kretser, måleteknikk & usikkerhet, og statikk. Samtidig hadde vi en del opplæring i bruk av de programmene vi trengte for å utvikle skrog, de elektriske kretsene, og styringsmekanismene vi skulle bruke. Disse programmene var labview(for elektriske styringsmekanismer), freeship(for skrogutvikling), og capstone(for datalogging). Gruppen begynte arbeidet så fort som mulig etter at vi hadde jobbet oss igjennom det obligatoriske stoffet, og siden vi allerede hadde planlagt hvordan skrog og de administrative tingene skulle være var vi klare for å gi oss i kast med det faktiske prosjektarbeidet. Etter at vi var ferdig med opplæringen i de forskjellige dataprogrammene delte vi egentlig gruppen i to der de to medlemmene fra maskinlinjen tok seg av skrogplanleggingen og en del av papirarbeidet, 10

11 mens de tre medlemmene fra data / elektronikk jobbet med å fikse fjernkontrollen, servoen, motoren, og dataprogrammene vi trengte for å drifte fartøyet. Etter at vi var ferdige med skrogplanene i freeship printet vi ut skipet i reell størrelse sett fra siden slik at vi fikk hvert spant ut i reell størrelse. Det gjorde at vi kunne klippe disse ut og kunne tegne på polyfoamen, som var materialet vårt, og sage ut disse bitene. Videre skaffet vi oss en lim som vi kunne bruke for å sette sammen disse delene, og som i tillegg ville være vannfast, før vi så limte skroget sammen i to deler. Til slutt limte vi sammen begge disse to store delene og vi hadde så hele skroget vårt. Skroget vårt besto nå av en overflate som var veldig røff og som ville demme opp mye vann på undersiden på grunn av de uslipte kantene. Vi måtte derfor til med sandpapir og fil for å file vekk disse kantene og runde ut skroget slik at det ville bli mest mulig aquadynamisk, i tillegg til at vi ville prøve å motarbeide RCS ved å gjøre utsiden av skroget så flatt som mulig, og ha minst mulig hjørner / kanter. Etter at skroget var ferdig montert sammen og pusset måtte vi til med sparkel for å jevne ut overflaten, og for å tette alle gliper slik at skroget ikke ville lekke vann. Her brukte vi en vannfast sparkel som vi anskaffet oss selv. Neste på agendaen var å hule ut skroget innvendig slik at vi ville få plass til motor, batteri, servo, ror, og rør til propellen. Dette gjorde vi med en form for elektrisk kniv, og etter at vi hadde fått ut de store bitene pusset vi skroget på innsiden med sandpapir for å glatte ut kantene slik at vi ville få plass til alt utstyret. Etter at vi hadde jobbet oss helt ferdig med skroget begynte vi å skjære ut overbygget til skroget, samtidig som at vi skjærte ut hull i skroget til å legge et såkalt «skjelett» nedi. Tanken bak dette skjelettet var at det skulle stive av skroget, og det skulle fungere som rammeverk for lemmen som vi skulle bruke til å frakte lasten vår i land med. Vi kjøpte derfor en tynn trefinérplate og skjærte ut lengdene som vi trengte, og limte dem ned i rommene vi hadde laget for dem. De tre første lengdene gikk tverrskips. Vi hadde også to slike plater som gikk langskips, som igjen lå oppå disse tre som gikk tverrskips og ble skrudd fast igjennom tverrskipsplatene. Bildet på neste side viser hvordan det ble seende ut. 11

12 Bilde 2 Her ser vi et bilde av skipsskroget med dette såkalte skjelettet, eller rammeverket. Da vi var ferdige med å montere dette skjelettet var det å montere lemmen som sto for tur. Vi hadde bestemt oss for hvilket design vi ønsket å ha på lemmen, og hadde gått for et noe spesielt design der vi i utgangspunktet ikke firer ned en lemm, men skyver hele lemmen ut som en plate ved hjelp av en servo og tannhjul. Mer nøyaktig forklaring kommer i konstruksjonsdelen av rapporten. I bildet som kommer på neste side ser vi et bilde av lemmen ferdigmontert og firt ut. Som man kan se på bildet har vi valgt å male undersiden av skroget sort, og senere vil man se at også resten av båten ble malt i den samme fargen. 12

13 Bilde 3 Et bilde av lemmen montert på rammeverket. I dette bildet er lemmen ute i full strekk, klar for landsetting. Det som gjensto etter at vi hadde festet lemmen var egentlig bare å få på overbygget, fikse det elektriske oppsettet, i tillegg til å male resten av skipet i en valgt farge(sort). Dette avsluttet i det store og det hele selve konstruksjonsfasen, og skipet var klart til testing. Selve konstruksjonen I denne delen greier vi ut mer i detalj om hvordan systemene vi bruker er satt opp, hvordan de elektriske kretsene er koplet, og litt mer steg-for-steg hvordan skipet er bygget slik at det vil være mulig for leseren å eventuelt gjøre dette selv, eller ha vedlikehold på utstyret som vi har laget. I denne seksjonen kommer det til å bli mye bilder og tekninger som viser planen bak de forskjellige konstruksjonene / programmene, bilder av resultater, og detaljerte forklaringer på hvordan vi har gått frem. 13

14 Skroget Figur 3 skroget fra undersiden i FreeShip Den første delen vi skal fortelle om er selve skroget. Båten er bygget i en skrogkonstruksjon av typen trimaran. En side av det planlagte skroget er vist på bildet over. Trimaranskroget er et deplasementskrog som fortrenger vannet istedenfor å plane og heve skroget. Vi valgte å bygge båten i en trimarankonstruksjon på grunn av smidigheten det har i vannet i tillegg til den høye stabiliteten det gir. Vi valgte også å lage en propelltunell, dette var for å spare dypgang ettersom at skroget ikke fortrenger så mye vann, og gjør at vi senker vekten på skroget. Dette gjør også at vi får lagt motoren langt ned i båten så vi begrenser effekttapet i forhold til hvilken vinkel propellen har. Skrogmaterialet vi skulle bruke var polyfoam, og dette var allerede bestemt på forhånd, ved prosjektoppstarten. Polyfoam er et isoporliknende material som er lett å jobbe med i tillegg til at det flyter godt i vann, og var derfor ideelt som modell-material. Polyfoamen vi fikk ut kom i blokker på ca 1x1,5m, så det første vi måtte gjøre var å skjære denne opp i mindre deler. Vi printet ut hvert spant i korrekt modellstørrelse slik at vi kunne bruke disse utskriftene til å merke av på polyfoamen (Ved å tegne rundt) og skjære ut de bitene vi skulle ha. (Se neste side) 14

15 Figur 4 Spant nr1 fra FreeShip Hver slik bit var fem centimeter tykk og siden maksimal størrelse for modellen var 1 meter i lengde endte vi opp med 20 slike biter. Etter at vi hadde kuttet ut bitene satt vi igjen med 20 forholdsvis grove utskjæringer som til sammen skulle bli hele skroget vårt, og det neste på planen var å få satt disse bitene sammen. Metoden vi måtte bruke var å lime dem sammen, og til å gjøre dette hadde vi fått utlevert en limpistol med lim. Det vi opplevde ved bruk av denne formen for lim var at temperaturen var altfor høy og at vi derfor rett og slett svidde hull i skrogdelene våre. Vi vurderte derfor situasjonen litt og gikk til innkjøp av en limtype som ikke krevde høy temperatur for å arbeides med, som var vannfast, som ikke inneholdt løsemidler(polyfoam tåler ikke løsemidler og vil etse bort hvis den kommer i kontakt med det), og vi endte opp med en limtype som kalles for Sikaflex. Når vi nå hadde fått tak i en lim som vi kunne bruke var det bare å lime sammen disse bitene slik de skulle bli seende ut. Jobben var ganske enkel, og det eneste som krevdes var en forholdsvis stødig hånd, og litt tålmodighet. Etter at vi hadde fått satt sammen skroget og hadde ventet på at limen tørket(dette tok ca 24 timer) måtte vi begynne å pusse skroget for å få vekk alle de overflødige kantene som oppstår når hvert spant skal dekke arealet av de neste fem cm. Av skroget. Til dette brukte vi en fil for å få vekk de groveste områdene, og fin-kornet sandpapir for å pusse overflaten fin og jevn. Vi pusset hele skroget langs overflaten på undersiden(den siden som skulle være i kontakt med vannet) til den var akkurat slik vi ville ha den. Deretter begynte vi å skjære ut plass inne i skroget til alle de tingene vi skulle ha plass til motor, batteri, propellaksling, og skipskjelettet. Til dette brukte vi en elektrisk sag, og etter at vi hadde skjært ut all plassen vi skulle ha måtte vi gå til med pusseutstyr her nedi også. Det som allikevel var svært viktig på innsiden var tetting av sprekker som kunne lekke vann inn til de elektriske komponentene og til motoren. Vi gikk derfor i gang med å fylle igjen disse sprekkene med lim, og etter at dette var gjort måtte de ekstra restene pusses vekk for å få ned vekten på selve skroget. Med den skrogløsningen vi hadde valgt og den planlagte lasten var det slik at vi hadde ganske strenge krav til vekten, så vi måtte derfor være påpasselig med lakk, maling, etc. 15

16 Det som sto igjen etter at vi hadde gjort grovarbeidet med skroget var å få lagt inn skipskjelettet og få laget denne såkalte «propelltunnelen.» Skipskjelettet var i all hovedsak ment for å fungere som et rammeverk for de tingene vi ønsket å sette på skroget, som for eksempel lemmen, i tillegg til at det skulle være med å stabilisere og stive av selve skroget. Planen var opprinnelig at vi skulle bygge dette skjelettet i aluminium for å ha maksimal avstivning, men vi konkluderte med at vi kunne få det enda lettere om vi bygget det i en tynn trefinér. Vi ente opp med å kjøpe inn og bygge det i tre, og det vi gjorde var å ta mål av skipet fra baksiden og helt frem(langskips) og også tverrskips, skrev ned og laget tekninger, slik at vi kunne laget et skjelett som passet. Etter at vi hadde fått målene vi skulle bruke skjærte vi ut plass på oversiden av skroget akkurat slik at dette skjelettet skulle passe, og vi skjærte så ut disse trebitene, henholdsvis tre Bilde 4 tverrskips, og to langskips, limte og skrudde det sammen.(se tekning og bilde) Skipet var nå blitt ganske stivt og stabilt, slik at vi kunne gå videre på propelltunnelen og de mer trivielle tingene som å male skroget, og begynne på overbygget. Et trimaranskrog består av tre kjøler på undersiden som er de delene som skal stå i vannet og vannet skal renne mellom. De to kjølene på hver av sidene er litt tynnere enn det i midten, og det var i midten bak vi begynte å skjære til slik at vi fikk en tunnel der propellen kunne være inni. Grunnen til at vi valgte en løsning som propelltunell var at vi kunne opprettholde et visst deplasement uten at det gikk utover de slanke kjølene. 16

17 Bilde 5 Vi skjærte enkelt og greit ut en liten tunnel over alle sprekker der vi hadde limt, og malte utenfor med en sort lakk. på baksiden av den midtre kjølen og laget hull igjennom inn til midten av skroget der propelleakslingen skulle komme i fra. Etter dette sparklet vi Skroget begynte nå å bli ganske ferdig, og det vi måtte få på plass nå var overbygget, og legge maling utenpå det igjen. Vi tok målinger av hvor lang oversiden av skroget var og laget en enkel skisse omtrent slik som vi hadde planlagt den i freeship. Etter det var prosessen veldig lik den som vi hadde brukt på resten av skroget, der vi skjærte ut etter skisse, pusset delene, og limte dette sammen. Bilde 6 Med dette var selve skrogbyggingen ferdig, og vi kunne gå videre med å feste på lemmen. I sammenheng med at selve skrogbyggingen nå var ferdig hadde vi en del hydrostatiske data relatert til selve skroget. Vi synes dette passet seg bedre i denne seksjonen av rapporten, og valgte å sette det inn hit istedenfor å sette det inn under målinger og resultater. 17

18 Hydrostatikk Oversikt over hydrostatikken til skipet gitt både ved skipets fulle skala samt modellen. Figur 5 Hydrostatikk, hentet fra FreeShip Skip Modell LOA Lengde over alt 24 1,0000 LWL lengde i vannlinjen 23,73 0,9888 Lpp Lengde mellom pp 23,5 0,9792 B Største bredde 7 0,2917 Bwl Bredde vannlinjen 6,916 0,2882 T Lpp/2 Dypgang ved nullkryss 1,5 0,0625 T, FP Dypgang ved forre P. 0,1 0,0042 T. AP Dypgang ved Aktre P. 0,9 0,0375 trim 0 0,0000 Undervannsvolum 110,73 0,0080 Deplasement 113,5 8,0 Cp Prismatisk koeff. 0,755 0,6350 Cb Blokkoeff. 0,450 0,5150 Cm Midtspantkoeff. 0,596 0,8120 LCB( - = af) Volumsenter langskips -1,66-0,0692 S Våt overflate 109,2 0,1896 Her er et diagram over de hydrostatiske kurvene med last fra 0 % til 150 % som i full skala utgjør 170 tonn og krengningsvinkler fra 0 til 60 Figur 6 Hydrostatiske kurver hentet fra FreeShip 18

19 Langangen til fartøyet Et krav til fartøyet var at det skulle kunne landsette kjøretøy på sandstrand men helning ned mot 5. Gruppen kjørte så en idemyldring på hvordan vi skulle konstruere denne landgangen, og ett av forslagene var en tradisjonell lem som legger seg inntil fartøyet, som vist på bildet under. Bilde 7 Dette var en enkel løsning, men vi var ikke helt fornøyd med å bruke dette konseptet på vårt fartøy, spesielt siden vi hadde et ønske om å ha en leddet lem, dvs. en lem bestående av to deler. Siden vi skulle bygge en hurtiggående trimaran med et relativt aerodynamisk og lavt overbygg, ønsket vi ikke ha den tradisjonelle lemmen, men heller en lemm som vi kunne flytte ut og inn langs dekket på skroget. En stor fordel med dette var at vi fikk minsket luftmotstanden skroget laget, fordi at vinden da ville kunne gå igjennom åpningen over dekket, og ikke bli bremset på lemmen. Samtidig hadde vi sett at servoen vi hadde ikke var særlig rask og dermed var vi redd for at den tradisjonelle typen lem ville bruke for lang tid på å åpne/lukke seg, som også talte for den nye lemmen. Et annet konsept var å lage en landgang som legger seg over last og/eller overbygg. Den løsningen ville ha kunne funket på fartøyet vårt, men det eneste problemet var da at stridsvognen ikke hadde oversikt over land før landgangen var nede. Det ville da gi mannskapet i stridsvognen liten tid til planlegging og lokalisering av eventuelle farer. Samtidig ville ikke stridsvognen kunne besvare ild når den var ombord i fartøyet, noe som igjen vil kunne gå ut over fartøyets operasjonsevne. Den løsningen vi valgte å gå for gikk ut på å bruke en landgang som ligger horisontalt oppe på dekket. Konseptet går ut på å skyve den horisontalt ut av fartøyet for så å slippe den ned på stranden når hele lengden på landgangen er ute. På denne måten taper vi ikke fart med en høy landgang og vi kan 19

20 starte og kjøre den ut før vi har truffet stranden, slik at vi får en hurtig i landsetting. Ved debarkering er eksponeringstiden uten mulighet til å besvare ild nede til et minimum siden lemmen og dekket er horisontalt. Samtidig kan stridsvognen lokalisere alle farer og besvare ild lenge før fartøyet har ankommet stranden. Det eneste som kan være litt negativt med denne løsningen, er at kjøretøyet som står fremst ikke vil han noe beskyttende plate foran seg, og at det gir noen ulemper i forhold til RCS. Likevel ser vi ikke på dette som et stort problem siden det primært sett skal være en stridsvogn som transporteres, og den vil i seg selv være bedre beskyttelse enn en lett stål-lem. Når vi hadde konseptet på plass startet arbeidet med å konstruere mekanikken til lemmen. Det første vi måtte gjøre var å modifisere servoen. En tradisjonell servo har høyre og venstre begrensninger, oftest en total vandring på 90. Vårt konsept krevde en servo som kunne fungere mer som en motor uten noen begrensninger. For å løse dette problemet måtte vi fysisk åpne servoen og klippe vekk to plaststoppere, som fungerte som høyre og venstre begrensning, i tillegg til at vi måtte fjerne en kobling mellom drevet og en posisjonføler inne i servostyringen slik at den ikke ville gå saktere, og tilslutt stoppe opp når den hadde rotert mer en 90. Bilde 8 For å gjøre selve landgangen lett og tynn valgte vi å lage den av 4mm finerplater. På denne måten kunne vi legge landgangen mellom to skinner slik at den hadde noe å gli på, samtidig som den ble holdt på plass. Landgangen skulle også legge seg ned mot på bakken når hele lengden var kjørt ut. (se bilder) Dette løste vi ved å hengsle en annen finerplate sammen med selve landgangen, og på denne måten ville gravitasjonskraften automatisk legge ned lemmen når hengslene kom på kanten av båten. Når vi ønsket å dra lemmen opp igjen ville kraften til servoen heve lemmen opp igjen til horisontal posisjon forså å trekke den inn i fartøyet. 20

21 Bilde 9 For å få minst mulig friksjon mellom lem og skinner, smurte vi kontaktflatene med gris. Vi måtte også lime på 3 langsgående spiler, slik at kjøretøy får nok friksjon til å kjøre ombord. Mål på lem: Lengde 24,5 cm Bredde 19,5 cm Mål på bakplate: Lengde 17,5 cm Bredde 19,5 cm Videre måtte vi konstruere hvordan servoen fysisk skulle flytte landgangen. Her valgte vi en enkel, men genial løsning. Vi monterte et tannhjul direkte på servoen, forså å bore opp hull i den ene siden av landgangen med samme senteravstand som tannhjulet på servoen. Så var det bare å montere servoen fast ved siden av landgangen slik at tannhjulet fikk tak i hullene i landgangsplaten, og på denne måten fikk vi et meget driftssikkert system som ikke hemmet fartøyets operasjonelle evne. Bilde 10 21

22 Et annet krav var at kjørbar last fritt skal kunne transporteres gjennom fartøyet. Dette løste vi med å bygge en baklem av 4mm finerplate som er hengslet direkte i kjøredekket. Den holdes igjen av en fjær som er feste i den ene siden av lemmen og i veggen til fartøyet. På denne måten er lemmen alltid lukket, men et kjøretøy kan da fysisk kjøre opp lemmen om det skulle være nødvendig. Mål på baklem: Lengde 10,5 cm Bredde 23,5 cm Styringene og det elektriske arbeidet Samtidig som vi holdt på å jobbe med skrogarbeidet var det noen medlemmer av gruppen som jobbet med selve styringene til fartøyet, og det elektriske fremdriftssystemet. Vi forklarer i dette punktet hvordan vi gikk frem når vi laget dette systemet, hvordan det fungerer, og viser med tekninger og forklaringer. Elektronikk og styring Utstyrsliste: 1stk Futaba T4YF Fjernkontroll 1stk National Instruments USB-6009 Mellomledd mellom fjernkontroll og PC 2stk RS Vendebryter mellom fjernkontroll og PC 22

23 1stk Mtroniks Fartsreg. tio Storm 19 Strømdeler 4-8NICd/NiMh, 2 cell lipo 1stk Futaba servo S3010 Servo til lem 1stk Batteri 7,2V 3000Mah Stick Pack m/hook Batteri 1stk Robbe El.motor Navy Direkt Drive Elektromotor 1stk Futaba R2004GF,,4 GHz FHSS Mottaker 1stk Servo til ror 2stk 473 Kondensatorer Til Motor 1stk 104 Kondesator Til Motor Fartøyet kan styres på 2 forskjellige måter. 1: Ved hjelp av Fjernkontrollen, Futaba T4YF 2: Manuelt på PCen via LABview Koblingsskjemaet under viser den generelle koblingen mellom komponentene som blir brukt til å manøvrere fartøyet. Dette er oppsettet vi bruker, men vi har modifisert noen av komponentene slik at de skal passe bedre til vårt bruk. Figur 7 Styringssystem Fjernkontroll Futaba T4YF Bryter «Hvit boks» National Instruments NI USB-6009 PC/LABview Mottaker Servo - lem Batteri mAh NiMH 7,2V Spennings/ Strømdeler Servo - ror Motor 23

24 Fjernkontroll Futaba T4YF er en 4-kanals fjernkontroll som vil si at den har mulighet til sende ut 4 signaler samtidig. Hver spak på kontrollen sender hvert sitt signal til mottakeren som sitter i fartøyet. Mottakeren har 4 utganger som er dedikert til hver spak på kontrollen. For å finne ut hvilken spak som hørte til hvilken utgang prøvde vi oss fram med en servo og sjekket hvilken spak som styrte servoen når vi koblet den inn i de forskjellige utgangene. Deretter bestemte vi oss for å bruke det som for oss var det mest logiske oppsettet for kontrollen: Figur 8 Spakene på kontrollen Motor Forover og Bakover Lem Åpne og Lukke Ror Høyre og venstre Når man dytter på en av spakene på kontrollen endrer man en motstand som gjør at spenningsverdien varierer. Et potensiometer leser av verdien på spenningen som gjør at signalet som blir sendt til mottakeren får en verdi. Mottakeren gjør det omvendte av kontrollen og velger hvor mye spenning kilden skal gi til servoen og/eller motoren. Fjernkontrollen bruker vi til å «snakke» med komponentene i fartøyet. Så når vi sier at vi kan styre båten fra PCen så er det PCen som snakker til fjernkontrollen som videre snakker sammen med mottakeren i båten. Nå skal vi se litt på hvordan fjernkontrollen er oppsatt til å kommunisere med PCen. Det vi vil oppnå er å få PCen til å sende spenninger til potensiometeret på samme måte som det spakene på fjernkontrollen gjør. Vi vil også ha muligheten til å «switche» mellom å styre med PCen eller fjernkontrollen, altså legge inn en bryter. Figuren under viser hvordan oppsettet til fjernkontrollen er før man begynner å modifisere noe som helst. Man ser at hver spak har 6 ledninger som går inn i potensiometeret. 1 rød, 1 hvit og 1 sort for styring til høyre og venstre. 1, 24

25 rød, 1 hvit og 1 sort for styring fremover og bakover osv. Den sorte ledningen er jord, rød er positiv og hvit er negativ. Figur 9 Inni kontrollen Høyre spak Venstre spak + - jord Potensiometer Før man går videre kan det nå være lurt å bruke et multimeter til å måle verdien til spenningene i spakenes forskjellige posisjoner. Disse verdiene vil man få bruk for senere når man skal lage et program. Vi målte verdiene til å ligge mellom 0,5 V og 2,7 V, og midtstillingen på spaken varierte mellom 1,5 V og 1,7 V. Figuren under viser hvordan kontrollen må omkobles for å kunne kobles til en PC: Figur 10 Inni kontrollen 2 «Hvit Boks» + - jord Bryter Bryter Venstre spak Høyre spak Potensiometer 25

26 For å utføre endringene som er gjort mellom figur 9 og 10 må man kutte de røde kablene og lodde de til den ene inngangen på bryteren. I den andre inngangen lodder man fast to kabler som skal gå til PCen, eller den «Hvite boksen». Ut ifra bryteren skal det gå to kabler tilbake til potensiometeret, dette er der de opprinnelige kablene man kuttet var. «Den Hvite Boksen» Den hvite boksen, National Instruments USB-6009, er det man kaller en DAQ-boks som er en forkortelse for Data Acquisition. Den hvite boksen er altså en datainnsamler som kan kobles til PCen via USB. Akkurat denne modellen er blant annet kompatibel med et program som heter LABview som vi senere skal bruke til å programmere boksen. Boksen har 8 analoge innganger, 2 26

27 Digital analoge utganger og 12 digitale inn/utganger. I LABview kan man velge hva man vil bruke inn- og utgangene til. Boksen har kapasitet til å motta signaler om spenning, temperatur, strøm og mye mer, men kan også generere både strømmer og spenninger via utgangene. Det er den funksjonen vi kommer til å bruke. Vi skal bruke den hvite boksen som et mellomledd mellom et program på PCen og fjernkontrollen. Programmet på PCen skal bestemme hvilke spenninger den hvite boksen skal sende til potensiometeret inni fjernkontrollen. Siden vi har 3 komponenter som skal styres betyr det at vi må bruke 3 utganger fra den hvite boksen. Siden boksen bare har 2 analoge utganger må vi også gjøre om en av de digitale inn-/utgangene til en analog utgang. Dette gjør vi med noe som heter en D/A-omformer. Senere skal vi gå igjennom hvordan vi får boksen til å sende ut den spenningen vi vil at den skal sende ut, men først skal vi se på hvordan boksen skal kobles og hvordan vi lager en D/A-omformer. Som man ser på bildet over ligger utgangene på høyre og venstre side av boksen, hhv den digitale og den analoge siden. Figuren under viser hvor vi har koblet ledningene som går videre inn i fjernkontrollen. Dette er de ledningene som i figur 4 går inn i den hvite boksen. (I figur 4 går det fire ledninger inn i den hvite boksen, men siden vi bare har 3 komponenter så trenger vi ikke å koble den siste ledningen inn i boksen. Hver utgang har en betegnelse over utgangen, f.eks. AO1, AO0, GND, P0.2 osv. Men siden disse betegnelser kan endre seg mellom de forskjellige boksene så er tallet konstant på alle. På den hvite boksen vi brukte Figur 11 Den hvite boksen D/A omformer Analog

28 Nr Navn på utgang Hva 1 GND Jording 14 AO0 Thrust 15 AO1 Ror P0.0 P0.3 D/A-Omformer / Lem Der har man altså oppkoblingen til den hvite boksen opp mot fjernkontrollen. Selve boksen kobler man til PCen gjennom en helt vanlig USB-kabel. Nå skal vi se på hvordan vi får ut analoge spenninger ved hjelp av de digitale portene på boksen. D/A Omformer Siden den hvite boksen bare har to analoge utganger og vi trengte tre for å styre alle komponentene i fartøyet, måtte vi gjøre om digitale signaler til en analog spenning. På den digitale siden av den hvite boksen fungerer utgangene på en måte som logiske verdier, hver utgang kan enten sende ut en spenning på 5V eller en på 0V avhengig om vi velger utgangen til å være sann eller usann (1 eller 0). Vi lagde et program i LABview som sendte ut hvilke utganger som skulle være sanne når vi valgte det. Hvordan vi lagde programmet kommer litt senere, men først hvordan og hvorfor vi har koblet den hvite boksen. For å få en utgangsspenning mellom 0,5V og 2,7V valgte vi å lage en 4bits D/Aomformer. 4-bits vil si at den har fire innverdier og en utgangsspenning. En 8-bits vil ha 8-innverdier men vil kunne ha en mye høyere utgangsspenning. Utgangsspenningen regnes ut med formelen: ( ) Altså vil en 4-bits D/A omformer med en digital verdi på 6 (0110) og referansespenning på 5V gi en utgangsspenning lik: ( ) Koblingen ser slik ut: (eksempel med digitalverdien til tallet 6 (0110) Figur 12 Kobling D/A-omformer kΩ 80kΩ 40kΩ 20kΩ U=6V 28

29 Elektromotor Vi fikk en helt ny elektromotor av typen Robbe El. motor Navy Direkt Drive, og vi måtte derfor koble på kondensatorer mellom polene på motoren. Dette gjorde vi fordi en elektromotor trekker mye strøm i start øyeblikket, noe som igjen fører til at spenningen faller. Ved å koble inn kondensatorer vil vi få en mer konstant spenning over polene, og med det redusere spenningstapet i startøyeblikket. Vi koblet en 473 kondensator mellom motorhuset (jord) og den positive polen på motoren, og en tilsvarende kondensator mellom jord og den negative polen. I tillegg til dette kobler vi også inn en 104 kondensator mellom negativ og positiv pol på motoren. Før vi kunne lodde fast kondensatorene måtte vi tre på isolasjonsstrømper over beina på kondensatorene, slik at vi ikke fikk kortslutning. Som illustrert på tegningen og bildene måtte vi lodde 473 kondensatorene i siden av motoren (jord). Vi loddet også inn en pluss og minus leder på hver av polene samtidig som vi loddet fast kondensatorene. Se tekningen. 29

30 LABview Styring fra PC og dynamisk posisjonering (DP) Selve styringen fra PCen skjer i bunn og grunn fra et program som heter LABview. LABview lar oss lage et program der vi kan styre hvilke spenninger den hvite boksen skal gi til kontrollen. Den hvite boksen er koblet til PCen med en helt vanlig USB 2.0 kabel og overfører informasjon samt gir ut spenning gjennom denne kabelen. Vi lagde et program i LABview som enkelt ved hjelp av en bryter kunne bytte mellom å styre båten manuelt, eller la den dynamiske posisjoneringen ta seg av styringen. For enkelhetens skyld har vi delt dette opp i forklaringen. Målet med å lage et program for dynamisk posisjonering var at fartøyet skulle kunne stå i en gitt posisjon, bli dyttet ut av posisjonen og automatisk komme tilbake. Fartøyet skulle også kunne ligge i en gitt posisjon selv om f.eks. strømmer i vannet prøvde å dra fartøyet vekk. For å få dette til lagde vi noe som heter en PID-regulator. PID står for Proporsjonal, Integrasjon og Derivasjon. PID-regulatoren har en skal-verdi og en er-verdi og regner ut forskjellen mellom disse verdiene, for så og rette skalverdien tilbake til er-verdien. Er-verdien blir sendt som en spenning til en input på den hvite boksen, og programmet regner videre ut hvor mye thrust fartøyet må ha for å komme tilbake til der skalverdien ligger. P: Proporsjonaldelen gir et pådrag som er proporsjonalt med reguleringsavviket, med en gitt faktor. F. eks kan vi si at båten skal gi ut 1V thrust per meter ute av posisjon. Da vil også thrusten minke seg jo nærmere man kommer skal-verdien. I: Integrasjonen hjelper til slik at utslaget ikke blir større enn nødvendig, men heller jevnere. D: Derviasjonen er til for å dempe hurtige endringer i avviket For å forklare hvordan vi har programmert har vi satt et lite tall foran hver av funksjonene i LABview programmet, og skal nå gjennomgå oppbygningen av programmet på en systematisk måte. 30

31 Figur 13 Manuell Styring Block Diagram 31

32 Figur 14 Manuell styring Front Panel 1: Daq-assistent til roret. Sender informasjon til en analog utgang på den hvite boksen. 2: Daq-assisten til lemmen. Sender en digital verdi til de digitale utgangene på den hvite boksen (D/Aomformer) 3: Daq-assistent til thrusten. Sender informasjon til en analog utgang på den hvite boksen 4: Daq-startere. Disse er med på å starte oppgaven som blir gitt. 5: Sålengesom-loop. Sier at det som skjer inni skal holde på til man sier stopp. 6: Timer som sier at det inni loopen skal skje 100 ganger i sekundet. 7: Slider til ror. Her er inputen vår, der vi bestemmer hvilken spenning vi vil gi ut 8/9: Samme som i 7 bare til thrust og lem 10: DAQ-skriver. Denne boksen får data inn, og skriver om dataen ut til DAQ-assistenten. 11: Også en DAQ-skriver, men denne er programmert til å skrive ut en digitalverdi. 12: Programdelen av D/A omformeren. Slideren (Nr. 8) gir inn en tallverdi, som blir gjort om til binærtall. 13: Stopper programmet Vi la også inn en funksjon sånn at vi kunne styre alle komponentene med tastaturet på PCen 32

33 1: Daq-assistent som mottar en er verdi fra en input på den hvite boksen. 2: Daq-assistent som sender ut en spenning til thrusteren. Forover eller bakover mot skal-verdien 3/4: Startere som starter oppgavene daq-assistentene er gitt 5: Sålengesom-loop. Programmet skal kjøre så lenge som det inni skjer. 6: Skal-verdi slider. Lar oss bestemme posisjonen til fartøyet. 7: Daq-skriver. Skriver om spenningen som blir sendt til den hviteboksen, dette er er-verdien til fartøyet, altså hvor fartøyet befinner seg. 8: Samplingsintervall. Bestemmer hvor mange ganger vi vil kjøre løkken per sekund. 9: Setter sammen skal-verdi og er-verdi i en graf slik at vi grafisk kan se er-verdien nærme og rette seg opp etter skal-verdien. 10: Skal-verdien minus er-verdien for å finne ut avviket. 11: Viser hvor fartøyet befinner seg 12: Integrerer 13: Integrasjonskonstant 33

34 14: Deriverer 15: Derivasjonskonstant 16: Adderer de tre faktorene sammen 17: Lavpass filter som fjerner mye støy fra derivasjonen. 18: Slider som velger proporsjonalskonstant. 19: setter en nullstilling for thrusten 20: Ganger de P, I og D med proporsjonalskontsanten som gir en verdi til thrusten 21: Viser thrusten på en viser 22: Skriver dataen som skal videreføres til Daq-assitenten. Formelen som brukes for å regne ut thrusten er: [ ] Målinger / Resultater Testresultater, forhåndstester for motor og kontroll I forkant av at vi prøvde motoren i vann og dermed så hvilke resultater vi fikk i praksis gjorde vi en del tester for å finne forskjellig informasjon for kontrollen og motoren. Først ønsket vi å finne tre ting; duty-cyclen (Arbeidssyklusen) til spaken for fjernkontrollen, frekvensen, perioden og lengden på signalet den har i de respektive posisjonene kontrollen står i. Kontrollen går fra 13 til -13 (I knepp) og leverer ut en firkantpuls med forskjellig signallengde etter hvilket knepp den er på. Desto mer gass vi gir med kontrollen desto lengre er signallengden kontrollen sender ut. Det vi fant var at frekvensen signalet blir sendt ut med er konstant hele veien og ligger på 73,53 hz. 34

35 Resultatene vi fant på de respektive kneppene, signallengden og duty-cyclen står oppført i listen under, der den øverste listen viser de positive resultatene, altså i det vi får motoren til å gå fremover, og den nederste listen viser de negative resultatene, der vi får motoren til å gå bakover. Vi fant D.C (Duty-cycle) ved å ta signallengden delt på perioden(som er lik hele veien) ved alle de forskjellige knepp-verdiene. Duty-cycle = t/t Frekvens: 73,53Hz Periode: 13,59ms Knepp MAX T 13,59 ms t (ms) 1,55 1,52 1,49 1,46 1,42 1,39 1,36 1,33 1,29 1,26 1,22 1,19 1,15 1,12 1,11 D.C. 0,114 0,112 0,110 0,107 0,104 0,102 0,100 0,097 0,094 0,092 0,089 0,087 0,084 0,082 0,081 Knepp MIN T 13,59 ms t (ms) 1,55 1,60 1,63 1,66 1,70 1,73 1,77 1,80 1,83 1,87 1,90 1,93 1,96 1,98 - D.C. 0,114 0,117 0,119 0,122 0,125 0,127 0,130 0,132 0,134 0,137 0,139 0,141 0,144 0,145 Det neste vi ønsket å finne var kraftmoment og strømforbruk for motoren vår. Dette gjorde vi ved hjelp av et loggføringsprogram, Capstone og en likestrømskilde på 0-6V som strømforsyning. Vi skulle bruke motoren til å heise opp en kloss fra gulvet, samtidig som vi skulle loggføre resultatene for posisjonen til klossen i forhold til strøm og-spenningsforbruk. Vi logget strømmen i motoren ved å sette en særdeles liten motstand (Ca 0,1Ω) i serie med motoren, og logget SPENNINGEN over den. Vi monterte også en sikring på motoren for å unngå overbelastning / opphetning. Resultatene vi fikk fra testen kan leses ut i fra tabell og graf: 35

36 Kraftmoment, effekt og virkningsgrad måtte vi regne ut for seg selv, og har blitt plassert i en egen tabell. Hva Metode Regnstykke Resultat Mekanisk effekt Kraft*fart 0,17658*1, ,19(W) tilført motor Kraft Masse*G 0,018*9,81 0,17658(N) Gjennomsnittsfart 1, ,05944(m/s) Elektrisk effekt V*l 5, ,44143(W) tilført motor Virkningsgrad Mekanisk effekt / 0,03 elektrisk effekt Kraftmoment F*R 0,17658*0,0019 0, (Nm) 36

37 Når vi skulle måle strømforbruket og rotasjonsfrekvensen til motoren vår under forskjellige spenninger loggførte vi resultatene i Capstone, og fikk de opp som tabeller og grafer. Til hver spenning endte vi opp med to grafer, en for frekvensen, og en for strømmen. Vi ønsker ikke å vise til tabellene, men viser heller alle grafene. Grafene er oppgitt med usikkerhet. Forsøk med 1 volt 37

38 Forsøk med 2 volt. Forsøk med 3 volt. 38

39 Forsøk med 4 volt. Forsøk med 5 volt. 39

40 Forsøk med 6 volt Krengeforsøket Noe som var svært viktig var målingene som omhandlet skipets stabilitet, altså krengetesten, eller krengeprøven. Krengeprøven går ut på å feste en rigg på skipet med et lodd eller en form for pendel der man legger vekt på sidene av skipet for å sjekke hvor mye skipet blir tiltet mot en side, eller med andre ord, hvor mye skipet krenger etter hvor vekten som skipet er lastet med ligger. Under testen brukte vi en 1kgs vekt som vi først plasserte midtskips, rett over tyngdepunktet på skipet for så å flytte det lenger ut mot henholdsvis babord / styrbord side, like mye på hver side i litt forskjellige lengder (halveis ute, helt ute mot siden, osv.) Vi fant ut at skipet vårt er veldig stabilt og gir likt utslag på begge sider. I denne sammenhengen måtte vi lage noe som vi kaller for et vektregnskap for å kartlegge hvor tyngdepunktet ligger etter hvor mye vekt vi har om bord, og hvor lasten ligger. Se tabellen(e) under for vektregnskap og skipsteknisk info. Den første tabellen viser litt informasjon vi hadde før vi begynte testen. Hva Pendelens lengde ned til linjal Vekt u/krengevekt Vekt m/krengevekt Vekt m/krengevekt og målingsutstyr(rigg) Tall 230mm 2690g 3690g 3780g 40

41 x Navn Vekt (g) Lengde(mm) TanƟ W*t Pendelens lengde ned til linjal 230 Vekt u/vekter 2690 Vekt m/vekter 3690 vekt m/vekter og målingsutstyr 3780 Pendelstilling m/vekt til STB. 7 0, Pendelstilling m/vekt til STB. (Lenger) 18 0, Pendelstilling ved krengevekt midtskips 0 0,00 0 Pendelstilling m/vekt til BB. 7-0, Pendelstilling m/vekt til BB.(Lenger) 19-0, Graf 10 Serie1 0-0,10-0,05 0,00 0,05 0,10Lineær (Serie1) -2 y = ,52x + 943,41 Stigning , GM 287 KG 81 KG ved krengningsforsøket, hentet fra vektregnskap KM 368 KG 63 KG ved lettskip, hentet fra vektregnskap GM ny 305±1 GM ny er her justert i forhold til skipets vertikale plassering av tyngdepunktet uten utstyret som ble brukt under krengeprøvene 41

42 Under testen fant vi ut at når vi hadde krengevekten helt ute til styrbord side hadde vi en krengningsvinkel på 4,5 der vi regnet med at alt under 7 var i orden. Utslaget på babord side var bitte litt mindre, men utslaget var fortsatt så lite at vi regnet skipet vårt som stabilt. Det som allikevel var interessant her var å finne ut hvor metasenteret til fartøyet var, og å finne tyngdepunktet til skipet gitt forskjellige lastevekt, og last-posisjon. Vekt-regnskapet som vi har satt opp under her viser LCG(Langskips-tyngdepunkt) og VCG(Vertikalt-tyngdepunkt) for skipet gitt forskjellige laster, i forskjellige posisjoner i skipet. Nytten ved dette er jo for å vite om skipet faktisk vil være stabilt eller ikke, gitt de forskjellige lastene man kan komme opp i, og for å få kartlagt maksimal lastekapasitet. I tillegg er det viktig å få kartlagt hvor stabilt skipet er i forhold til hvor lasten er plassert i skroget, slik at man logistisk sett kan få laget en plan over hvor ting kan / skal stå. I tabellen kommer man over betegnelsene vekt, KG, og W, der de betyr de følgende tingene: Vekt(g) Objektets totale vekt i gram. KG(cm) Objektets avstand fra kjølen til tyngdepunktet. W(kg) Objektets moment, vekt*kg. VCG Vertikalt tyngdepunkt. Tyngdepunktet som ligger tverrskips. Gitt i cm fra kjølen. LCG Langskips-tyngdepunkt. Tyngdepunktet som ligger langskips. Gitt i cm fra kjølen. 42

43 Vektregnskap Last og nødvendige deler, uten skrog. Vekt(g) (VCG) KG(mm) (VCG) W(kg) (VCG) Vekt(g) (LCG) LG(mm) (LCG) W(kg) (LCG) Drone Drivstoff Drivstoff Drivstoff Drivstoff Drivstoff Drivstoff Drivstoff Drivstoff Batteri Motor Lem Aksling Ror Motorstyring Akterlem Total vekt VCG 144±1 LCG 300±2 I denne tabellen har vi all lasten som vi skal ha om bord på skipet vårt i tillegg til delene som alltid må være på fartøyet. Som man kan se har vi lagt inn to forskjellige retninger, altså det nevnte VCG og LCG. Dette er felles for alle tabellene, bortsett fra den siste der vi bare viser VCG. 43

44 Last og nødvendige deler, med skrog. Vekt(g) (VCG) KG(mm) (VCG) W(kg) (VCG) Vekt(g) (LCG) LG(mm) (LCG) W(kg) (LCG) Drone Drivstoff Drivstoff Drivstoff Drivstoff Drivstoff Drivstoff Drivstoff Drivstoff Batteri Motor Lem Aksling Ror Motorstyring Akterlem Skrog Total vekt VCG 111±1 LCG 342±2 44

45 Skrog og tilbehør som alltid er med. Vekt(g) (VCG) KG(miliM) (VCG) W(kg) (VCG) Vekt(g) (LCG) LG(miliM) (LCG) W(kg) (LCG) Batteri Motor Lem Aksling Ror Motorstyring Akterlem Skrog Total vekt VCG 63±1 LCG 506±2 Egenvekt med rigg for krengetest. Vekt(g) (VCG) KG(m) (VCG) W(kg) (VCG) Batteri Motor Lem Aksling Ror Motorstyring Akterlem Krengevekt Stativ Skrog Total vekt VCG 81±1 45

46 Slepeforsøk Slepeforsøket ble gjennomført i slepetanken på Sjøkrigsskolen. Vi festet et slepefeste i en plate som hadde tyngdepunkt rett over båtens oppdriftssenter i kjøreplanet. Som vist på figuren festet vi så stativet fast i slepesnoren hvor den ene siden har en snor til å feste lodd samt en måler som måler hastigheten som snoren blir dratt i og gir resultatet ut i meter per sekund. Meningen med dette forsøket var å få kartlagt hvor høyt drivstofforbruk vi ville ha, i tillegg til hastigheten vi hadde ved så og så mye tilført vekt. Grafen viser slepeeffekten i kw per knop. Vi målte så hastigheten til båten ved forskjellige tyngder på loddet. Deretter plottet vi dette inn i en kalkulator som regnet ut hastigheten på båten etter hvor mye effekt som er tilført. Slepeeffekt, P 400 E (kw) SLEPEEFFEKT KURVEN FOR FARTØY Rån-klassen 350 M-XXX SKSK ,0 2,0 4,0 6,0 Knots 8,0 10,0 12,0 14,0 46

47 Her er kurven gitt etter hvor høy hastighet (i knop) båten har ved slepeeffekt, Pe(kW). Kurven svinger litt når hastigheten øker, dette er et resultat av målefeil som oppstår når båten ikke vil gli rett i slepetanken, men vrir seg til en side. MÅLT MÅLT ØNSKEDE VERDIER Modellens Slepekraft Slepe Skipets Froude Reynolds Total Friksjons Rest Reynolds Friksjons Total Slepekraft Slepeeffekt Installert hastighet modell motstand hastighet tall tall motstands del motstands tall skip del skip motstands skip effekt modell modell koeff. modell koeff. koeff. skip Vm [m/s] Rt [kg] Rtm [N] Vs [kts] 0 Rnm Ctm Cfm Cr Rns Cfs Cts Rts [ kn] PE [kw] Pe [kw] 0,290 0,740 0,3030 2,8 0, , , , , , ,9 5,5 9 0,395 1,000 0,4820 3,8 0, , , , , , ,2 12,0 20 0,590 1,740 0,9915 5,6 0, , , , , , ,8 37,0 62 0,910 2,740 1,6801 8,7 0, , , , , , ,2 94, ,995 3,740 2,3687 9,5 0, , , , , , ,5 148, ,120 4,740 3, ,7 0, , , , , , ,6 217, ,145 5,740 3, ,9 0, , , , , , ,3 276, ,245 6,740 4, ,9 0, , , , , , ,4 356,4 594 Koeffisienter 0,040 OVERSIKT REYNOLDSTALL OG MOTSTANDSKOEFFISIENTER FOR MODELL OG FARTØY 0,035 0,030 0,025 0,020 0,015 0,010 Cfm Cr Cfs Cr Cts 0,005 0, Log[Rn] E+09 47

48 3,5E-02 Restkoeffisient RESTMOTSTANDSKOEFFISIENTEN 3,0E-02 M-XXX SKSK 2,5E-02 2,0E-02 1,5E-02 1,0E-02 5,0E-03 0,0E+00 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 Knots Ut i fra fartstestene som er gjort på båten ser man at båtens hastighet ved 100 % fart ligger på 12,9 knop i full skala. Som er 1,35m/s på modellen. Ved 50 % fart går båten i 0,675m/s som gir 6,4Knop. Ut i fra tabellen kan vi se at ved 6,4 knop er slepeeffekten på 50kW, som gir en Pe på 83,3kW når propulsjonskoeffisienten er på 0,6. Ut i fra kravspesifikasjonen får vi oppgitt at drivstofforbruket ved halv fart er 220 g/kwh m B = Dette gir altså et drivstofforbruk på 18,3 kg drivstoff per time Fartsforsøk i tank I denne testen ønsket vi å prøve hvilken akselerasjon og fart vi kunne oppnå ved forskjellig mengde av total motorkraft. Måten vi gjorde det på var at vi brukte en såkalt motion-sensor, og målte hvor hurtig fartøyet vårt flyttet seg bort ifra sensoren. Vi kan se akselerasjonen, farten, og posisjonen til fartøyet ved de forskjellige gitte motorkraftnivåene. En viktig observasjon er at vi kan se på akselerasjonen at fartøyet har en viss akselerasjon i en periode der den kommer opp i «driftsfarten» sin, og etter det går akselerasjonen til 0. Farten er nå konstant. 48

49 Med 25% motorkraft Med 50% motorkraft 49

50 Med 75% motorkraft Med 100% motorkraft 50