PROSJEKTRAPPORT ODINKLASSEN GRUPPE 5 Trygve Lasse Finn Einar Ingrid Baard Jan Kristian
Designspesifikasjon «Odin» Klassen «Odin er den mektigste og viseste guden i norrøn mytologi. Legenden sier han pantsatt det ene øye sitt for å drikke av kunnskapens brønn. På hver sin skulder har han en svart ravn, henholdsvis Hugin og Munin. De ser hver eneste bevegelse på jorden, og hører hver eneste lille lyd. Ingenting kan holdes skjult for Hugin og Munin.» Nøkkelelementer Helikopterhangar under dekk, kompatibel for to ulike droner. Stabil plattform. Lav høyde, lav radarsignatur. Skreddersydd fjernstyrt dynamisk posisjoneringssystem. Service og vedlikehold. Hoveddata Lengde Bredde Max dypgang Tonnasje Dronehangar Styring Kryptering Radar signatur Fremdrift 66,0 m 17,0 m 4,5 m 2770,3 tonn Fjernstyrt, under dekk. Programmerbar, autonom, sanntid via satellitt, gsm/gprs/hsdpa Millitær Lav Dieselelektrisk, propell 1 AV 79
Innhold Sammendrag...4 Oppdrag fra sjøforsvaret... 4 Planlegging...5 Spesifikasjoner... 5 Ansvarsfordeling... 5 Hovedaktiviteter... 6 Fremdriftsplan... 6 Budsjett... 6 Dokumentasjon skrog...7 Konstruksjon... 7 Hydrostatestikk og vektregnskap... 10 Bygging av skrog... 12 Dronehangar... 14 Konsept... 14 Plantegninger... 15 Realisering av dronehangar... 16 Endelige Spesifikasjoner dronehangar... 17 Bilder... 17 Montering... 20 Elektronikk og styring... 22 Komponenter... 22 Styring... 22 Manuell... 22 Keyboad... 22 DP mode... 23 Backup... 23 Signalgang... 23 Fra arbeidsstasjon til Labviewserver... 23 Labviewserver... 23 Fra NI-6009 til kontroller... 23 I kontroller... 24 I Dronefartøy... 24 Dynamisk posisjonering... 24 HMS... 26 Økonomi... 27 Budsjett... 27 Arbeidstimer... 27 Totale kostnader... 28 Prisantydning... 29 2 AV 79
Forbruk... 30 Designspesifikasjon... 31 Konklusjon... 32 Plan vs. virkelighet... 32 Tester... 33 01.01.01 styring og programmering DP... 34 01.01.02 styring og programmering DP... 35 01.02.01 Dynamisk posisjonering på vogn.... 36 03.01.01 Batterilevetid... 37 03.02.01 Test av indre motstand i batterier... 39 03.04.01 Rotasjonsfrekvens... 41 03.03.01 Ladespenning... 43 03.06.01 Virkningsgrad elmotor... 45 04.01.01 Vannlinje... 47 04.02.01 Limtest... 48 04.03.01 Sparkeltest... 49 04.04.01 Maling... 50 04.05.01 Metasenter... 51 05.01.01 Slepetest... 53 05.02.01 Trekkraft og effekt... 56 05.03.01 Fart og akselerasjon... 58 05.04.01 Manøvreringsevne... 59 05.04.01 Manøvreringsevne... 60 05.05.01 Dynamisk posisjonering i vann... 61 05.06.01 Styring og kalibrering i labview... 63 05.06.01 Styring av dronehangar og kalibrering i labiew... 65 Vedlegg... 66 VEDLEGG 1 KILDEKODER LABVEIV... 67 VEDLEGG 2 KOBLINGSSKJEMA NI-6009... 68 VEDLEGG 3 KOBLINGSSKJEMA KONTROLLER... 69 VEDLEGG 4 KOBLINGSSKJEMA MOTTAKER... 71 VEDLEGG 5 SLEPETEST... 72 VEDLEGG 6 SLEPETEST BEREGNINGER... 76 VEDLEGG 7 KRENGETEST... 77 VEDLEGG 8 VEKTREGNSKAP... 78 VEDLEGG 9 WBS... 79 3 AV 79
Sammendrag Oppdrag fra sjøforsvaret «Et autonomt overvåkningssystem bestående av en sjøgående plattform og en helikopterdrone skal prosjekteres og demonstreres. Systemet er tenkt operert ut ifra Tromsø/Ramsund området og skal dekke havområdet nord til Spitsbergen. Helikopterdronen skal drive overvåkning av hav og luftområdet.» Det ble dannet totalt 6 grupper fra klassene I-EA 1, I-ED 1, M-M 0, M-ED 0 og M-EA 0. Alle gruppene skulle planlegge, bygge, teste og selge sitt produkt. Før prosjektet avsluttes skal det gjennomføres en konkurranse for å kartlegge hvilke prosjekt som har de beste egenskapene. På første prosjektmøte snakket vi om hvilke krav vi stilte til oss selv, og til gruppen. Vi bestemte oss for at kommunikasjonen og deling av filer skulle skje over felles gruppe på Itslearning og facebook. Gruppe navnet havnet på Maritech Solutions. Vi lagde et oversiktskart der hver av medlemmene fikk sitt hovedansvar i prosjektet. Trygve ble valgt til prosjektleder og satte i gang å lage en tidslinje med de viktigste milepælene. Til kick-off møtet måtte vi ha klart en kostnadsramme, tidslinje og ansvarsfordeling. Da var vi i gang. I løpet av de to første ukene etter prosjektoppstart fikk vi undervisning i stabilitet, digitale kretser og måleutstyr. Vi fikk blant annet opplæring i programmer som Freeship 2.6, Labview, loggeutstyr og Expression web. Dette var kunnskap vi fikk godt bruk for senere i prosjektet. Etterhvert som skroget ble ferdig i freeship, ble byggingen av skroget satt i gang. Samtidig ble programmering og styring gjort ferdig. Når alt var ferdig, måtte det testes i maskinlaben. Testene gikk som forventet og utberegningene så bra ut, og det var få utbedringer og retester. På slutten var det en del utregninger som måtte blir gjort og skrevet inn i den endelige rapporten. Det ble gjennomført en konkurranse i slepetanken, etterfulgt av en slagspresentasjon fra hver av prosjektlederne. 4 AV 79
Planlegging Spesifikasjoner Krav og forutsetninger til oppdraget: Gruppen skal lage en modell av skipet i skala 1:68 Krav Skip Modell 1:68 Maksimal lengde 68 m 1 m Maksimal bredde 17 m 0,25 m Maksimal dypgang 4,5 m 0,066 m - Tilstrebes lav-kost løsning - Helikopterdronen skal fraktes sikkert inn/ut av hangar og kunne ta sikkert av og lande. - Helikopterdronen skal ha oppbevaring i eget værsikker hangar ombord - Fartøyet skal være stabilt med fulle/tomme tanker og drone ombord. - Fartøyet skal operere autonomt og/eller via avstandskommunikasjon. - Fartøyet skal ha et system for DP, dynamisk posisjonering - Fartøyet skal kunne navigere gjennom en løype med hindrer i henhold til sjøveisreglene. - Tilstrebe lav radarsignatur Ansvarsfordeling Figur 1: Ansvarsfordeling 5 AV 79
Hovedaktiviteter For å gjøre gruppen mer produktiv definerte vi spesifikke ansvarsområder for hver av oss. Prosjektledelse Design skrog Bygging skrog Dronehangar Testing Programmering Trygve Ingrid Lasse Finn Einar Baard Jan Kristian Fremdriftsplan Det ble fort satt opp en fremdriftsplan, det var vanskelig å si på forhånd hvor lang tid hver aktivitet ville ta, fokuset vårt var å definere klare milepæler vi kunne jobbe etter. Figur 2: Tidsregnskap Budsjett Hver gruppe hadde et budsjett på 500kr å bygge båt for. Selve byggematerialet hadde vi tilgang på, det vi tidlig så for oss vi trengte var sparkel til å jevne ut skroget, pussepapir, og borrelås til dekket. 6 AV 79
Dokumentasjon skrog Konstruksjon Figur 3 Plantegninger i Free!ship Skroget ble designet i programmet Freeship 2.6. Men før vi kunne sette i gang, måtte vi bestemme oss for hvilke faktorer som var viktig for oss. Båten var allerede gitt med spesifikasjoner på lengde, bredde og dypgang. Lenge: 68 meter Bredde: 17 meter Dypgang: 4,5 meter Før vi bestemme oss for et design så vi på kravene som var stilt og hva den gitte oppgaven var. Skipet skulle ha en helikopterplattform, og måtte derfor være ganske stabil. Valget havnet på et skrog som er mye likt et supplyfartøy. Momenter som vi ønsker skulle være med: o Bred kjøl for å få en mest mulig stabil båt når helikopteret skal lande/ta av. I tillegg vil dette gi oss mye plass til ballasten vi skulle ha ombord i båten. o Bulb for å redusere motstanden i sjøen og bryte bølgene slik at man ikke «ploger» gjennom vannet. o Bred akter for å utnytte volumet til ballast. I akter går også kjølen opp, blant annet for å få plass til ror og propell, men også får at vannet får en naturlig vannstrøm langs skroget via propellen. o Høyt fribord for å få plass til en nedsenkbar dronehangar. (Se Dronehangar.) 7 AV 79
Figur 4 Skrog sett underfra Figur 5: Skrog sett ovenifra 8 AV 79
Figur 6: Skrog sett forfra 9 AV 79
Hydrostatestikk og vektregnskap Figur 7: Skrogdata kalkulert i Freeship Deplasementet var ganske viktig for oss for å få plass til både ballast og helikopterhanger ned i skroget. Vi gikk ut i fra hvor tung båten vår ville være med alle komponentene for å finne ut maksimalt deplasement. Vektdeplasment skip = 9,5 kg 1025,0 kg m 3 999,0 kg 68,03 = 3064,0 tonn m 3 Gjennom programmet freeship ble volumdeplasement beregnet til 2702 m^3, som tilsvarer et vektdeplasement på 2770 tonn. Vi ønsket heller å måtte legge ekstra vekt/lodd i bunnen i skipet for å få ønsket dypgang enn å bygge det med utregnet deplasement. Se vedlegg 1 vannlinjetest Et av kravene som ble stilt til båten var lav radarsignatur. Vi ønsket derfor så lav høyde på båten som mulig. Høyden endte på totalt 13 meter for å få plass til både ballast, elektriske komponenter og helikopterhanger ned under dekk. I tillegg har skroget fått skråkanter for lav radarsignatur. 10 AV 79
For å få ønsket dypgang, stabilitet og bulb rett ved vannoverflaten, lagde vi et vektregnskap. Her plasserte vi komponentene ut i x,y og z akse i båten. LCG 26,04 ligger bak LCB 30,18, altså vi har et tyngdepunktsenter rett bak oppdriftssenter. Da er vi sikre på at propell og ror kommer under vann, og bulben rett ved vannoverflaten for å ha noe effekt. Figur 8: Tyngdepunkt Se vedlegg 8 Vektregnskap 11 AV 79
Bygging av skrog Etter skroget var designet ferdig i freeship, skulle skroget skrives ut spanter i 1:68 skala. Spantene skulle skjæres ut i materiale av hardisopor kalt plyofaom (se bilde). Hver spant hadde bredde 5 cm, som tilsvarer 3,4 m i fullskala. Totalt ble det 20 spanter. Siden vi ønsket en nedsenkbar hangarløsning (se Dronehangar) ble skroget tynnt der hangarden skulle være, ca. 2cm, dette ble løst ved stabiliserende og forsterkende grillspyd imellom spantene. Figur 9: Polyfoam For å spare oss for mye ekstra jobbing, tegnet vi inn alt vi skulle skjære ut på spantene, slik at det meste av utskjæring var gjort før vi limte sammen alle spantene (Se 04.02.01 Limtest). Etter spantene var limt sammen, begynte grovpussingen og deretter finpussingen for å få skroget mest mulig likt som designet vårt. Vi sparklet 3 ganger for å få overflaten mest mulig glatt og jevn. Her brukte vi en våtromsparkel, med tørketid på 4-5 timer. (Se 04.03.01 Sparkeltest). Når vi var fornøyd med overflaten, gjenstod det maling. Malingen fikk vi fra malerverkstedet på Haakonsvern, og er den samme malingen brukt på fregatter (se 04.04.01 Malingtest). Tørketiden var ganske lenge på malingen, men vi valgte å sette av tid til to strøk for å få en finest mulig finish på båten. Dekket vårt består av kryssfinerplater festet til båten med borrelås for lettest mulig justere og sette inn ballast og komponenter. Dekket fikk også festeanretninger i baug og akter. 12 AV 79
Figur 10: Utskjæring av spanter Figur 11: Sammenliming av spanter 13 AV 79
Dronehangar I følge kravdokumentet måtte dronen fraktet på en god og sikker måte. Her måtte det en idemyldring til. Konsept Viktige elementer som satt rammebetingelsene for konseptet var begrensninger satt i kravspesifikasjonen (kun en servo til drift), gjennomførbarhet og skrogdesign. Vi endte opp med tre konsept. 1. Hangar nede i skroget, Heis med en-to lukesystem drevet av reimer 2. Hangar nede i skroget, Heis med Tråd styring med dra lukesystem en til to luker 3. Hangar oppe på skroget, med en bevegelig landingsplattform. Vi vektla følgende punkter. Lav radar signatur Stabilitet Gjennomførbarhet Med løsning nr3 ville få en større radar signatur, høyere tyngdepunkt og forstyrrelser for dronen ved takeoff og landing. Men dette var den mest gjennomførbare løsningen. Med bakgrunn dette valgte vi å senke hele hangaren ned i skipet for å minske radar og den visuelle signatur og for å senke tyngdepunktet. Også heisløsning med en luke som kom så flat som mulig for å minske forstyrelser for dronen ved takeoff og landing, beskytte dronen under transport, så stabil transportplattform som mulig og minske radar og den visuelle signaturen så mye som mulig. Vi valgte å bruke tau på grunn av tilgjengelighet og gjennomførbarhet. Så vi endte på en kombinasjon av detaljer fra konsept 2 og 3. Nedsenkbar hangar med en luke i lengdeskipsretning, styrt av et trådsystem koblet til servoen. Vi tok så utgangspunkt i følgene dimensjoner som ville passe med størrelsen på dronen. Lengde Bredde Høyde Overflaten 35 cm 24 cm 16 cm Selve boksen 30 cm 19cm 15 cm Luken 30cm 20cm Totalvekten ble anslått til å ligge på 1,5kg. Den største utfordringen med dette konseptet var å ha en god plan for hvordan man med en servo skulle heise opp en plattform og åpne luken samtidig, synkronisert og ikke komme I konflikt med helikopterdronen. Videre hvordan sette det inn i modulkonseptet vårt for å forenkle vedlikehold og drift. 14 AV 79
Vi måtte ha et hjul system med forskjellige dimensjoner for å kunne få alt til å gå i de hastighetene og lengdene vi ønsket. Luken skulle rotere litt under 180grader og heisen skulle heises 15 cm. Vi bestemte da og beregne først dimensjonen på hjul utvekslingen mellom Servo og luken. Så lite hjul som mulig på servoen og så stort som mulig på luken. Vi endte opp med å gå for henholdsvis 1 cm og 4 cm som et utgangspunkt. Som ga O = 2rπ = dπ 1 π = π O = 2rπ = dπ 2 2 2 6,28 π = 2 rotasjoner 4 π 2 = 6,28 Og heisen skulle heises da 15 cm på de litt under 2 runder som ville kreves for å åpne luken. Dette ga oss en dimensjon på dette hjulet: O 2π = d 15 = 2,4 cm diameter 2π Plantegninger Figur 12: Dronehangard sett fra toppen 15 AV 79
Realisering av dronehangar Byggingen ble påbegynt da skroget var ferdig skjært ut for å bedre kunne tilpasse ting underveis. Dette endte opp i en del justeringer i høyde bredde og lengde (se bilder og spesifikasjoner). Det neste var å finne gode løsninger på hvordan føre trådene til heisen der vi ville. Dette ble gjort med super lim og muttere. Tauet vi endte med og bruke var et havfiksesnøre som tåler 60 kilo og 16 AV 79
mye slitasje. Under kjøring klarte ikke servoen å slite av verken tau eller muttere i yte posisjonene til heis og luke på fullkraft, med dette oppsettet selv under gjentatte forsøk og ekstra belastninger. Valg av finerplater og treverk fungerte bra og hele hangaren kom innpå en vekt på 1 kg godt under det vi hadde regnet med på 1,5kg Selve heise og lukehjulene endte vi opp med noe mindre hjul en planlagt da vi kunne få det miste lukehjulet til å bli rundt 0,5 cm, dette gjorde at det store lukehjulet ble 3,5. Og videre at heishjulene ble 1,7 cm. Gjennom først og lage lukehjulene å ser hvor mange rotasjoner det tok før luken var i ønsket posisjon som var rundt 2 1/4 rotasjoner. Beregnet vi størrelsen på heis hjulet til 2,14 cm. Så etter å file litt og litt, endte hjulet på rundt 1,9cm. Dette er på grunn av at tråden bygger litt og for å ha litt slakk i systemet. Heisen klarer å løfte 700g men dette var tungt for systemet. Anbefalt øvre grense for belastning er 500g Endelige Spesifikasjoner dronehangar Bilder Hangar sett ovenfra Spesifikasjoner hangar «Odinklassen» Utvendige mål Lengde 36,0cm Bredde 22,5cm Høyde 15,5cm Innvendig hangar Lengde 29,5cm Bredde 16,5cm Høyde 14,8cm Løftekapasitet 500g Egenvekt 985g Figur 13: Dronehangar sett fra toppen 17 AV 79
Figur 14: Dronehangar sett fra høyresiden Figur 15: Dronehangar sett fra undersiden Figur 16: Dronehangar sett fra baksiden 18 AV 79
Figur 17: Lasterom i dronehangar Figur 18:Tau og hjulsystem bak i dronehangar 19 AV 79
Montering Utstyr ble plassert uten avvik fra plantegningen. Disse er justert inn i vektregnskapet. Rorservoen ble montert rett på roret, dette ga meget godt ror utslag. Det ble laget støtteblokker for tanker og kompontenter i polyfoam. 20 AV 79
Figur 19: Støtteblokker 21 AV 79
Elektronikk og styring Komponenter Hver gruppe fikk utdelt utstyr og hadde følgende komponenter til rådighet - En motor - To servoer - To batterier - En motorkontroller - En reciver For å kvalitetsikre komponentene måtte disse testes. Se Test 03.01.01 Batteritest Se Test 03.06.01 Virkningsgrad motor Styring Styringssystemet baserer seg i all hovedsak på fjernkontrollen «Futuba Skysport T4YF» Modifisert til å overkjøres via «National Instruments NI USB-6009». Fjernstyring skjer via et skreddersydd grensesnitt laget i «Labview 9.0», Som igjen kan fjernstyres via nettverk. «Odinklassen» har tre måter å styres på, i tillegg til backupmode. Ved normal drift er Manuell mode foretrukket. Manuell Ved manuell mode kjøres pådrag og ror fra styreprogrammet i «labview». Her må det passes på at vippebryteren for styring står i manuell. Keyboad Fartøyet kan også styres fra tastaturet. «Pil opp» eller «page up» kan benyttes for å øke pådrag. «Pil Ned» eller «page down» senker pådrag. «Pil Venstre» eller «F1» styrer fartøyet til venstre, og «Pil Høyre» eller «F2» styrer til høyre. 22 AV 79
I tillegg har programmet noen ekstra snarveier. «Enter» stopper all pådrag, og midtstiller ror. DP mode Når dronen skal ta av eller landet er det en stor fordel å kunne styre moderskipet i dynamisk posisjoneringsmode. Da må vippebryteren for styring stå i «automatisk». Posisjon velges i sliden over indikatorbaren, for å velge trykkes «hold satt posisjon» øverst til høyre. Backup Dersom man har tilgang på rc-kontrollen, kan fartøyet styres i backup. Begge vippebryterne må være vendt oppover. Venstre kontroll i y retning styrer pådrag. Midtstilt er nullposisjon, fremover er fremover og bakover er bakover. Roret styres fra høyre kontroll, hvor høyre er dronehangar opp og venstre er dronehangar ned. Signalgang Fra arbeidsstasjon til Labviewserver Labviewserveren styres foreløpig over internett via MS-remote desktop. Dokumentasjon finnes på Microsoft sine hjemmesider. 1 Det finnes klienter fra forskjellige produsenter for det meste av operativsystem. Inkludert alle versjoner av windows OS-X, linux, smarttelefoner og nettbrett. Labviewserver For kontroll av dronefartøyet fra PC, er en server opprettet ved hjelp av Labview 9.0. Serveren inneholder ett kontrollpanel hvorfra fartøyet kan styres fullstendig autonomt. Ror og gasspådrag kan kontrolleres med piltaster eller pg.up/pg.dwn og F1/F2. Helikopterhangaren styres med bryter på kontrollpanelet. Valgt posisjon til DP systemet settes her, og variabler til denne kan stilles for fintilpassing. Når DP er valgt, får bruker informasjon om avstand fra senter, gasspådrag i prosent og hastighet fartøyet har. I programmet bak ligger koding for Digital/Analog omformer, og hvilke porter på NI-6009 som skal sende og motta signaler til og fra Labviewserveren og til kontrolleren. Se vedlegg 1 kildekode Labview og skjermbilde kontroller. Fra NI-6009 til kontroller «National Instruments NI USB-6009» har kun to analoge utganger. Siden kontrolleren opererer med analoge signaler, er ytterligere en analog utgang konstruert fra «National Instruments NI USB-6009» 1 http://windows.microsoft.com/nb-no/windows7/products/features/remote-desktop-connection 23 AV 79
sine digitale utganger. Dette ble gjort for å kunne operere også se koblingsskjema «NI-6009». helikopterdronens hangar fra PC. Se vedlegg 2 koblingskjema NI-6009 I kontroller For styring fra PC, er den radiostyrte kontrolleren, «Futuba Skysport T4YF», koblet til PC-en ved hjelp av «National Instruments NI USB-6009» som er programmert med «Labiew 9.0». Denne interfacen er muliggjort ved å modifisere kontrolleren med to vippebrytere, en på venstre og en på høyre side, som tillater oss å velge om kontrolleren sender signaler fra egne kontroller, eller fra PC-ens inputs. Se vedlegg 3 koblingsskjema kontroller. I Dronefartøy I dronefartøyet mottar en «Futuba R2004GF» standard mottaker signaler fra senderen. Denne sender signaler videre til servoer og motor. Port 1 styrer rorservoen, port 3 styrer motor og port 4 styrer helikopterhangaren. Port 2 og B er ikke i bruk. Se vedlegg 4 koblingsskjema mottaker Dynamisk posisjonering For å øke stabilitet i den kritiske fasen når helikopterdronen skal ta av fra og lande på fartøyet, er Odinklassen utstyrt med dynamisk possisjonering. Dette sørger for at fartøyet holder samme possisjon i fartsrettning, uavhengig av yttre påvirkninger som havstrømmer og vind. Denne innovative nyvinningen virker ved at ett potensiometer kobles til fartøyet, og det roterer dersom fartøyet beveger seg. Den spenningsforskjellen som måles fra potensiometeret nyttes til å kartlegge bevegelse i Labviewserveren og gasspådrag varieres for å kompensere mot bevegelsen. For å gi en gjevn men hurtig kompensering, styres gasspådrag via en digital PID regulator i Labview, denne kan varieres fra kontrollpanelt for å kunne tilpasses ulike scenarioer. Ved testing av systemet, viste deg seg at potensiometeret motar mye støy. Dette er kompensert for ved hjelpå av ett signalfilter i Labviewserveren som har gjort signalet presist og meget gjevnt. Se Test 05.0x.01 Dynamisk posisjonering 24 AV 79
Figur 20: Kontrollpanel i Labview Figur 21: Posisjonsfiltreringstab 25 AV 79
HMS Under prosjekt arbeidet og da spesielt i byggefasen av skroget har vi tatt hensyn til HMS. Under utskjæringen av båten ble det brukt vernebriller for å unngå å få splinter i øyne, vi var to personer ved sagen, en som skjæret ut og en som stod klar til å trekke ut støpslet vis det skulle oppstå en farlig situasjon. Under maling og sparkling brukte vi engangshansker for å beskytte hendene fra å komme i kontakt med disse kjemikaliene. Under pussing av sparkelen brukte vi støvmasker slik at vi ikke skulle få pussestøv ned i lungene. Vi har hatt daglige møter med gruppen for både for å diskutere prosjektet men også for å sikre at det var et godt arbeids og sosialt miljø i gruppen. Ved alt bruk av kniv eller andre skarpe gjenstander har arbeidshansker vært på for å unngå små kutt. 26 AV 79
Økonomi Budsjett Følgende ble kjøpt inn. Produkt Pris kr Sparkel x2 118 Borrelås 59 Slipepapir 89 Malekoster 34 Grillspyd x2 21 Engangshansker 39 Sum totalt 360,- Arbeidstimer Vi planla med at hele prosjektet ville komme å ta oss 90 dagsverk eller 720 timer: Aktivitet Pax Dager Dagsverk Adm plan 1 4d 4 dv Tegning skrog 4 5d 20 dv Plan / koordinering 6 1d 6 dv styring / Programering 2 5d 10 dv dronehangar/ elektro 2 5d 10 dv Byggingskrog / montering 2 5d 10 dv Testing og mod 4 5d 20 dv Rapport og dokumentasjon 2 5d 10 dv Totalt 90 Planleggingsfasen planla vi å forbruke 160 timer, vi brukte 112 timer. Vi tjente 48 timer. Produksjons fasen regnet vi å komme inn på 560 Timer, vi endte opp å bruke 525 timer og tjente da 35 time. En mer nøyaktig plan for produksjonsfasen ligger vedlagt (vedlegg 9 WBS). 27 AV 79
Totalt tjente vi inn 83 timer på hele gruppen i forhold til det vi hadde planlagt med på kick-off. FASE: Produksjon: Plan: Trygve 86,70 32,00 Jan-Kristian 83,70 16 Baard 93,70 16 Finn 101,70 16 Lasse 89,00 16 Ingrid 70,00 16 TOT 524,80 112,00 TOTALT HELE PROSJEKTET 636,80 Dette ville gitt en ekstra inntekt på 83 * 788 kr = 65404 kr. (alternativt i rabatt) Aktiviteter og timer ført på de forskjellige prosessene varierte noe, men summen av alle timene for hele prosjektet endte som for ventet. Totale kostnader Lønn og ADM total antall timer 720 1 DV = 8 Timer 6 ingeniører 5 uker Time lønn Time Lønn TOT kr 500,00 kr 360 000,00 arb.avgift arb.avgift TOT.+ 15 Prosent kr 54 000,00 Pensjon pensjon TOT.+5 Prosent kr 18 000,00 Forsikring hele prosjektet Forsikring TOT kr 3 000,00 kr 18 000,00 kost og losji pr uke/ing Kost og losji TOT kr 1 200,00 kr 43 200,00 Administrativt Adm TOT.+15 prosent kr 73 980,00 TOT kr 567 180,00 pr ingeniør kr 94 530,00 Pr Time kr 787,75 28 AV 79
Deler Komponeter Pris Motor kr 16 500,00 Styring kr 11 500,00 Dronehangar kr 3 000,00 Skrog kr 20 000,00 Forbruk kr 10 000,00 TOT uten øknings faktor kr 61 000,00 Med påslag på 50 % kr 91 500,00 Øknings faktor 2000 TOT med øknings faktor kr 122 000 000,00 TOT med øk.f og påslag kr 183 000 000,00 Simulert total kostnad for en fullskala modell ville vært med tjente timer: Personell: 788kr*637timer= 501956 kr Skalert opp til en fullskala prototype (antatt produksjons tid på 90 * 2000 ca.180.000 dagsverk) 501956kr * 2000 = 1.003.912.000 kr Deler: Skalert opp med øk.f 122.000.000 kr Totalt kostnader for en prototype på: 1.125.912.000 kr Prisantydning Prisantydning med påslag og planlagte timer på fullskala prototype blir da blir da: 90 * 8 * 788*2000 + 183.000.000 = 1.317.720.000 kr Vi regner med at produksjonstiden vil bli redusert med 50 % og delkostnadden med 10% på fremtidige modeller. Dette vil gi en pris på 6 fartøyer på totalt: 1.317.720.000 kr + (567.360.000+ 164.700.000) *5 = 4.978.020.000 kr Pr båt blir da 4.978.020.000 kr / 6 = 829.670.000 kr. 29 AV 79
Forbruk 30 AV 79
Designspesifikasjon Skrog Maritech Solutions har valgt et skrågdesign som er ledene i nordsjøen, et skrogdesign som har gjort det mulig å forsyne plattformene i all slags vær, nemlig et supplyfartøysskrog. Dette er modifisert til å passe best mulig til forsvarets krav for denne fartøysklassen. Signatur Odinklassen er designet rundt det å holde lav profil. Den har ingen overbygg som kan fanges av radarer, noe som også gjør den svært vanskelig å få øye på. Malingen er kjent fra forsvaret, grå nr.2, men modifisert for lavere signatur. Det passer ypperlig på tåkete gråværsdager, slit det ofte er nordpå. Som fremdrift er det valgt dieselelektrisk. Dette gjør den relativt stillegående. Dronehangar Den nedsenkbare helikopterplattformen sikrer stabilitet og beskyttelse undre frakt på en måte som ingen hangar over vannlinjen klarer. Bare dette gjør «fartøysklassen» overlegen med tanke på stabilitet og robusthet, selv i dårlig sjø. Når plattformen er heist opp til dekk er det ingen overbygg eller hindringer, dette gjør Odinklassen til markedets sikreste konsept med tanke på takeoff and landing. Dynamisk posisjonering Systemet kommer med et innovativ høyteknologisk dynamisk posisjoneringssystem. Det vil komme med gps, treghetsnavigasjon i form av lasergyro, og celestial posisjonering, der man selv velger himmellegeme å beregne posisjon utfra. Kombinasjon av disse vil bidra til ekstrem presisjon, som man vil være helt avhengig av når man skal lande droner. Fjernstyrt Odinklassen vil kunne styre fra egne konsoller samt grensesnitt via pc, linux, mac, nettbrett og mobil. Den vil ha støtte for de aller mest kjente kommunikasjonsprotokollene; Satellittkommunikasjon, GSM, GPRS, haspa(+), samt kommunikasjon via egne protokoller via VHF og HF og LF bandet. Kommunikasjoen vil være sterkt kryptert, noen som vil hindre uønskede få tak i data, eller ta over farkostene. Pris Odinklassen bygges på et nytt prinsipp spesialtilpasset til dronemarkedet. Med velfungerende og økonomiske ideer hentet fra offshorenæringen som har vist seg å fungere utmerket i arktiske strøk år etter år, blandet med Maritechs autonome ekspertise, er «fartøysklassen» i særklasse. Odinklassens operasjonelle verdi og evne vil overskygge utvikling og produksjonskostnader. Service og vedlikehold Autonome farkoster er relativt nye. Selv med de store fremskrittene i autonom teknologi de siste årene, krever enda motorer med fossilt brensel jevnlig vedlikehold. Maritech vil ta vedlikehold og service, og er villig til å basere seg hvor enn det måtte være. Vi etterstreber samtidig en modulbasert plattform som vil gjøre oppgraderinger i fremtiden til en smertefri sak. 31 AV 79
Konklusjon Ble kravene tilfredsstilt? Lengde ikke oversteget 68 m Bredde ikke oversteget 17 m Dypgang ikke oversteget 4,5 m Sikker landing for helikopterdrone Værsikker hangar for dronen Elektriske komponenter har ikke fått våtskader Fartøyet har visst god stabilitet. Plan vs. virkelighet Designmessig ville vi ha en nedsenkbar hangardløsning, dette gjorde fartøyet annerledes enn de andre gruppene. Selve planleggingen og byggingen av hangarløsningen tok lengre tid enn planlagt, men vi er meget fornøyd med løsningen, og den fungerer. Det samme gjelder skroget. Her måtte det en del Sparkling til før vi sa oss fornøyd. Her ble det brukt mer arbeidstimer enn planlagt. Når alt ble satt sammen må vi si oss fornøyd med resultatet. Skroget var stabilt, bulben fungerte slik den skulle, komponentene fikk plass, og stemte overens med planleggingen. Vi har sett nødvendigheten av godt forarbeid, og samarbeid. Kommunikasjonen oss imellom kunne også vært bedre. Vi har sett at det har vært utfordrende med å ha masse baller i luften samtidig. Mye godt arbeid er blitt gjort, Odin-klassen er realisert i liten skala med alle krav tilfredsstilt i våre øyne, og vi er mange erfaringer rikere. 32 AV 79
Tester De forskjellige testene er organisert etter en nummerindeksering på formatert AA.BB.CC. De første bokstavene AA er hovedgruppen. 01 02 03 04 05 Elektronikk Dronehangar Undertester Skrog System BB står for testnummer i hoved gruppen. 33 AV 79
01.01.01 styring og programmering DP Testere: Jan-Kristian og Baard 05.06.2015 Innledende X Avsluttende Retest. Hensikt: Kontrollere at labviewserveren kjører som forventet. Herunder leser og sender signaler. Kontrollere input fra potensiometer og at labviewserveren tolker disse korrekt. Plan: Koble NI-6009 til labviewserver og måle spenning fra utganger. Montere potensiometer for posisjonsgivning til NI-6009 og tolke signalene i labview når det dreies. Utstyr og oppsett: - Labviewserver - NI-6009 - Potensiometer - Multimeter Resultater: Alle porter på NI-6009 sender de signaler vi ønsker. Disse ligger mellom 0,6-2,6V Grafen viser input fra potensiometer. Konklusjon: Labviewserver kommuniserer godt med NI-6009, og systemet er godkjent for testing med komponenter. Potensiometer plukker opp mye støy. Programvare må oppdateres med ett filter for å få ett jevnere signal. Dette er viktig for å få riktige verdier i PID reguleringen til DP systemet 34 AV 79
01.01.02 styring og programmering DP Testere: Jan-Kristian og Baard 05.06.2015 Innledende Avsluttende X Retest X. Hensikt: Kontrollere input fra potensiometer etter programmert filter labview. Plan: Montere potensiometer for posisjonsgivning til NI-6009 og tolke signalene i labview når det dreies. Utstyr og oppsett: - Labviewserver - NI-6009 - potensiometer Resultater: Grafen viser input fra potensiometer. Figur 22: Posisjonsgraf før filtrering. Figur 23: Posisjonsgraf etter filtrering. Rød kurve viser filtrert posisjon Konklusjon: Filter fungerer godt, signalet fra potensiometer gir nå jevnere verdier til PID regulatoren. 35 AV 79
01.02.01 Dynamisk posisjonering på vogn. Testere: Jan-Kristian og Baard 06.06.2015 Innledende X Avsluttende X Retest. Hensikt: Kontrollere at DP-systemets PID regulator fungerer som forventet når det kjøres på en modell. Kontrollere at endring av variabler gir den ønskede effekten. Kontrollere at komponenter snakker sammen som forventet. Plan: Labviewserveren kommuniserer med kontrolleren og potensiometer for posisjongiving. Mottaker koblet til motor og servoer. Hovedmotor er montert på en enkel propelldrevet vogn som beveger seg med lav friksjon langs en skinne. Modellen har ett lodd festet i ene enden, snoren til dette går om en trinse. Dette for å simulere en jevn kraft som påvirker vognens posisjon. Servoer koblet til riktige kanaler for å verifisere respons fra labviewserver. Utstyr og oppsett: - Labviewserver - Kontroller - NI-6009 - Mottaker - Motorkontroller - DC motor - Vogn med skinne - Lodd, vekt 10-60g - Trinser - Heli og ror servo Resultater: Alle komponenter snakker sammen og lar seg styre fra labviewserveren slik vi ønsker. DP programmeringen responderer godt med endring av variabler i PID regulator. Konklusjon: Styresystemet er godkjent for realisering på modell. DP system trenger fininnstilling av parametere etter test på modell. 36 AV 79
03.01.01 Batterilevetid Testere: Finn-Einar, Ingrid og Baard 07.05.2015 Innledende X Avsluttende X Retest. Hensikt: Kontrollere tilstand på kritiske komponenter til båtprosjektet. Herunder å avdekke behov for nyinnkjøp. Utstyr og oppsett: Utleverte batterier Pasco Plan: Batteriene fulladdes og kobles deretter ett og ett etter følgende skjema. strøm og spenning logges over tid ved hjelp av PASCO capstone Resultater: Grafene viser spenning B levert fra batteriet, spenning A over 0,1Ω motstand og strømmen i kretsen for sort og rødt batteri. Figur 24: Rødt batteri 37 AV 79
Figur 25:Sort batteri Rødt batteri leverer strøm om lag 3 ampere i ca. 30 min (26,7min) og holder ca. 2,5 ampere i ytterligere 30 min. Sort batteri leverer 3 ampere i under 10 min, og 2,5 ampere under 10 min til. Konklusjon: Rødt batteri leverer tilstrekkelig med strøm over tid og vil fungere godt. Sort batteri anbefales utskiftet 38 AV 79
03.02.01 Test av indre motstand i batterier Testere: Finn-Einar, Ingrid og Baard 26.05.2015 Innledende X Avsluttende X Retest. Hensikt: Teste indre motstand i batteriet. Plan: 1. Måle spenning direkte over batteriet for å finne den ideelle spenningen. 2. Måle spenning over batteriet med et amperemeter tilkoblet for å finne differansen i spenning. 3. Regne ut indre motstand fra spenningsdifferansen og strømmen. Utstyr og oppsett: Batteriet koblet til et voltmeter i form av en analog Pasco adapter. Det vil ikke gå noe strøm i kretsen på grunn av høy indre motstand i voltmeteret. Derfor måler vi tilnærmet Vi. Batteriet tilkoblet amperemeter (multimeter) og voltmeter (Pasco). Det vil nå gå en strøm i kretsen og det vil derfor bli et spenningstap over den indre motstanden. 39 AV 79
Resultater: Spenning målt direkte over batteriet: Spenning målt med amperemeter tilkoblet: Lest av fra amperemeter: 2,98A V=Vi-I*r 7,005=7,396-2,98*r r=0,13ω Konklusjon: Test resultatene viser at utregnet indre motstand blir 0,13Ω. Tar man hensyn til spenningsfall i kabler og amperemeter vil nok den reelle indre motstanden ligge litt under 0,1Ω. Dette er så nøyaktig vi klarer å teste indre motstand med tilgjengelige instrumenter. 40 AV 79
03.04.01 Rotasjonsfrekvens Testere: Kristian og Trygve 03.06.2015 Innledende X Avsluttende X Retest. Hensikt Kartlegge rotasjonsfrekvens i forhold til strømforbruk Utstyr og oppsett Spenningskilde Optisk sensor, analog, pasco Spenningsmåler, analog, pasco Motor Spenningskilde Liten papplate, tapet til drivakslingen på motoren Liten motstand 0,1 ohm Plan Papplaten tapes på motorens drivaksling. En fotogate sensoren plasseres slik at pappskiven bryter den for hver rotasjon. Spenningen fra spenningskilden og over motstanden registreres, slik at strøm og effekt kan kalkuleres. Spenningsilden justeres fra 0, til 6 volt mens data registreres. 41 AV 79
Resultater Konklusjon I grafen ser vi at motoren trekker en del strøm i starten uten at motoren roterer noe som helst. Når motoren begynner å rotere, går strømforbruket noe ned, og frekvensen ser ut til å være omtrentlig lineær med tiden, og spenningen. Strømmen derimot ser ut til å være eksponentiell. Motoren er funnet til å være normal. 42 AV 79
03.03.01 Ladespenning Testere: Finn-Einar 26.06.2015 Hensikt Måle batteriets ladespenning. Utstyr og oppsett Et voltmeter (Pasco) over laderen og et over den lille motstanden. Innledende X Avsluttende X Retest. Plan Måle spenningen over batteriet under lading. Måler også spenning over en liten motstand(0.2ω) i serie med batteriet for å måle ladestrøm. Resultater 43 AV 79
Konklusjon Vi ser at ladespenningen dupper av og til, men i de stabile periodene ligger spenningen på ca. 8,5 V. Det ser ut som at ladestrømmen varierer veldig og vi får derfor veldig varierende spenning over motstanden. Hvis vi tar utgangspunkt i de høyeste målingene som ligger opp mot 0,8V får vi den påstempla ladestrømmen: I=U/R=0,8/0,2=4A. 44 AV 79
03.06.01 Virkningsgrad elmotor Testere: Finn-Einar, Ingrid og Baard 03.06.2015 Innledende X Avsluttende X Retest. Hensikt: Kartlegge elmotorens virkningsgrad. Utstyr og oppsett: - Spenningskilde - Motor - Tråd - Skrue - Trekloss - Vekt - Avstandsmåler, digital pasco - Spenningsmåler, analog, pasco - Skyvelære Plan: Motoren festes i et stag. På drivakslingen festes en skrue, som skal surre opp en tråd festet til en trekloss. Under skal avstandssensoren stå. Ved at fart og akselerasjonen kan kalkuleres utefra posisjonsdata, og av massen til klossen, samt diameteren på skruen er kjent, kan man ved å vite effekten spenningsladet leverer, kalkulere virkningsgrad. Elektrisk effekt kalkuleres ved å benytte to spenning sensorer. En på spenningskilden, og en over en kjent motstand, koblet i serie med motoren. Ved at I=Vr/Rkjent, P=V*I, Mekanisk effekt er gitt ved F*V Resultater Vi ser at motoren trekker mye strøm i starten, så mye at spenningskilden går i «overload», og ikke klarer å bygge opp spenning fort nok. Allikevel har vi fått noen resultater, selv om de ikke er helt sammenlignbare med virkeligheten. Vi kan si at virkningsgraden har ligget på mellom 0,1 og 0,2, økende med spenningen vi valgte å teste motoren på. Max virkningsgrad var 0,29, men dette var ved bruk av batteriet. Dreiemomentet ble funnet til å være 5mNm. 45 AV 79
Figur 26: Virkningsgrad elmotor Konklusjon Virkningsgraden er som forventet under disse forholdene. Motoren er funnet i orden for bruk i modell. 46 AV 79
04.01.01 Vannlinje Testere: Jan-Kristian, Trygve, Lasse 27.06.2015 Hensikt: Måle dypgang modell, opp mot fullskala maksimalt fire og en halv meter. Utstyr og oppsett: Slepetank Skroget, merket Ballast Vekt Innledende X Avsluttende X Retest _ Plan Båten i slepetank, lastet med nyttelasten fra KD. Skroget merket med ønsket dypgang for og akter. Utbedre med eventuelt ballast til dypgang er som forespeilet Resultater Vi hadde fribord på 12,5 cm fribord og max høyde fra kjøl til dekk er 19,1cm. Dette gir den skalerte modellen en dypgang på 6,6 cm. Skalert opp blir dette 0.066m * 68 = 4,48m. Konklusjon Vannlinjen med ballast er som forventet fra beregningene i Freeship og det er ikke behov for retesting. 47 AV 79
04.02.01 Limtest Testere: Lasse og Ingrid 27.06.2015 Hensikt: Å finne ut hvilken lim som fungerer best til å lime sammen spanten Utstyr og oppsett: Lim Polyfoam Innledende X Avsluttende X Retest _ Plan For å teste styrken på limen tok vi å limet to isopor biter sammen og lot det tørke like lenge og tok dem fra hverandre. Da var den som var vanskeligst å ta fra hverandre den sterkeste av dem. For å teste at limen var vannfast tok vi begge isoporklossene som vi hadde limt sammen og tørket med ut i sjøen og holdt dem begge under vann lenge nok slik at vannet kunne trenge inn mellom klossene og da eventuelt oppløse limen. Deretter gjennomførte vi samme test for styrke for å se om vannet hadde noen innvirkning på dette. For å sjekke at isoporen tålte limen limet vi bare på to klosser og så om det skjedde noen kjemisk reaksjon. Det vi så etter da var gassutvikling i form av bobler. Resultater Biltema Trelim Biltema universallim Limeevne Sterkest Vannfast Kjemisk reaksjon Ingen Ingen Konklusjon Utifra resultatene konkluderte vi med at Biltema sin universallim var den mest egnede for oppgaven. Fordi det var bare på et punkt de skilte hverandre som var på styrken, og siden dette er en veldig essensiel del av limingen så valgte vi å gå for denne limen. 48 AV 79
04.03.01 Sparkeltest Testere: Lasse og Ingrid 27.06.2015 Hensikt: For å finne ut om sparkelen vi har kjøpt er egnet for oppgaven. Utstyr og oppsett: Lim Polyfoam Innledende X Avsluttende X Retest _ Plan For å teste disse kriteriene tok vi å spraklet 3 klosser med forskjellige sprekker i seg som sparkelen da skulle tette igjen og dekke over. Deretter pusset vi ned sparkelen for å se at overflaten ble jevn og fin. Suksekriterier Lett å jobbe med Tørketid Hefter seg til isoporen Evne til å dekke større sprekker Resultater Lett å jobbe med Tørketid Hefter seg til isoporen Casco våtromsparkel 3-4 (oppgitt) 8-12 (opplevd) Liten sprekk Medium sprekk Stor sprekk Dekkevne Konklusjon Selv om sparkelen hadde lengre opplevd tørketid enn oppgitt tørketid så skyldes nok dette at vi la på tykkere lag, temperaturen i rommet der sparkelen tørket ikke er like høy, og luftfuktigheten i rommet er forskjellig. Til tross for dette så fullfører den ellers våre krav og er derfor egnet for oppgaven. 49 AV 79
04.04.01 Maling Testere: Lasse og Ingrid 27.06.2015 Innledende X Avsluttende X Retest _ Hensikt Å finne ut om malingen vi fikk av malerverkstedet på haakonsvern var egnet til å bruke på båten vår. Malingen vi fikk var Jotun Pilot II. Utstyr Jotun Pilot II Polyfoam Suksekriterier Vannavstøtende Ingen kjemisk reaksjon Fester seg til isoporen Ingen sprekker blir dannet etter maling er tørket Fester seg til sparkelen som vi skal bruke Plan For å teste disse kriteriene malte vi på 3 isoporklosser. 1 som var blitt delvis sparklet, 1 som ikke var sparklet og skulle være i kontakt med vann og 1 som ikke skulle være i kontakt med vann. Resultater Kloss m/sparkel Kloss u/sparkel Kloss kontakt vann Vannavstøtende Kjemisk reaksjon Ingen Ingen Ingen Hefter seg til isoporen Ingen sprekker Fester seg til sparkel Konklusjon Siden Jotun Pilot II oppfylte alle kriteriene våre har vi konkludert med at denne malingen er meget godt egnet til oppgaven. 50 AV 79
04.05.01 Metasenter Testere: Lasse 17.06.2015 Innledende X Avsluttende X Retest _ Hensikt: Kontrollere båtens balanse i vann og balansere. Kartlegge oppretting ved helling. Samt å kartlegge båtens metasenterhøyde og tyngdepunktets vertikale plassering. Utstyr og oppsett: Skroget Slepetank Gradskive Pendel Ballast 200g Millimeterpapir Plan Skroget plasseres i vann, og initial krengning utbedres på stede ved flytting av last. Båten krenges så til sidene, og tid og overkompensasjon kartlegges og om mulig forbedres ved omdisponering av last. Gjennomføring Før forsøket målte vi lengden av snoren til pendelen som var 400mm og veide båten vår m/riggen som skulle brukes til å måle utslagene vekten var 3,31kg. Vi begynte forsøket med å finne midtskips, da vi hadde funnet dette sjekket vi at dette ikke ga noen utslag på krengningsvinkel. Siden det ikke ga noen utslag på vinkelen satte vi i gang. Vi flyttet krengeloddet med henholdsvis 2,4,6,9 cm fra midtskips til styrbord og babord og sjekket utslagene vi fikk på gradskiven og ved dekk der vi leste av på millimeterpapir. Resultater M KG GM G`M >0 0,104 0,0400 0,0641 0,0242 51 AV 79
X-aksen på grafen har vi (s/l)*deplasement, på y-aksen har vi w*t dermed vil grafen som er gitt ved y=15,66x være Gjennomsnittlig GM verdi. Feilkilder Feilkildene som kan oppstå ved dette forsøket: Feil avlesning av vinkel og utslag ved dekk Bølger i vannet som medfører feil i avlesninger Skeiv montering av gradskive Disse feilkildene kan få stor innvirkning på beregningene som er blitt gjort i excel dokumentet. Utslaget ved dekket er veldig viktig for beregning av vinkelen. Siden risikoen for å lese av feil på gradskiven beregnet vi vinkelen utfra de målene på lengden av snoren (l) og utslag ved dekk (s). Konklusjon Det vi ser fra resultatet er at båten er god stabil siden G`M er større enn 0. Se vedlegg 12 krengeforsøk 52 AV 79
05.01.01 Slepetest Testere: Jan-Kristian, Trygve, Lasse 26.06.2015 Innledende X Avsluttende X Retest _ Hensikt Kartlegge skrogets motstand i vann ved påvirkning av forskjellige krefter i langskips-retning. Utstyr og oppsett Sleperigg sksk Skrog med o Balast (total vekt 9,5kg) o Dronehangar Excel ark for kalkuleringer Det kobles på et rettestag slik bidet viser i skrogets LCB. Tauspennings-justeringen justeres ut, slik at tau kan kobles på, deretter strammes denne igjen og sikres. På hjulet henges lodd på en snor. Her må hengelinen være stram til enhver tid når man bytter lodd, slik at det ikke blir surr i systemet, og feil i måledata. Figur slepetest Plan Riggen benytter et trådsystem med trinser man vet diameter på, samt en sensor som fanger opp rotasjonshastigheten. Dette benyttes til å kalkulere farten. Den fås ut grafisk. Vektene som henges på systemet er konstant noe som gjør at kraften som virker i fartsretning på skroget er konstant. Ved at man får vite farten ved forskjellig tidspunkt samt parameter slik som viskositet for vannet i tanken er kjent, gjør at vannmoststanden i skroget kan kalkuleres. Dataene kan settes inn i forhåndslagret excelprogam, som kalkulerer resten. 53 AV 79
Resultater Vekt [kg] 1 1,66 2,66 3,66 4,66 5,66 6,66 7,66 8,66 1,66 Fart [m/s] 0,575 0,780 1,02 1,100 1,170 1,200 1,235 1,27 1,275 1,350 Etter beregningene ble resultatet følgende kurver. Slepeeffekt, P E (kw) 25000 SLEPEEFFEKT [P E ] KURVEN FOR FARTØY "Odinklassen" 20000 15000 10000 5000 0 0,0 5,0 10,0 Knots 15,0 20,0 25,0 54 AV 79
Koeffisienter 0,030 OVERSIKT MOTSTANDSKOEFFISIENTER FOR MODELL OG FARTØY vs Reynoldstall 0,025 0,020 0,015 Cf m Cr Cfs Cr 0,010 Cts 0,005 0,000 Log[Rn] 100000,0 1000000,0 10000000,0 100000000,0 1000000000,0 Konklusjon Ut ifra slepeeffektkurven ser vi at skroget har lav slepeeffekt under 10 knop, skroget glir lett, en stor del av effekten som går til fremdrift, går til å flytte skroget. Når farten øker, øker slepeeffekten eksponentielt. Passeres 17 knop, øker slepeffekten drastisk. Fra 3700 KW til 13000 KW ved 20 knop. For denne skrogtypen er ideell marsjfart under 17 knop, skal drivstoff og miljø spares. Se vedlegg 4 slepetest 55 AV 79
05.02.01 Trekkraft og effekt Testere: Jan-Kristian, Trygve, Lasse 17.06.2015 Hensikt Kartlegge motorens trekkraft ved økende gasspådrag. Utstyr og oppsett Fartøyet Slepetank Pasco kraftmåler Tau 2 stk. Pasco voltmeter 0,1Ω motstand Innledende X Avsluttende X Retest _ Plan Fartøyet festet til Pasco karaftmåler som er montert fast. Pasco voltmeter måler spenning over batteriet samt spenning over motstand som brukes for å kalkulere strøm i kretsen, dette for å kalkulere effekten. Gasspådrag varieres, og resultatene blir den funksjon av dette. Resultater 56 AV 79
Konklusjon Som utdraget av resultatene viser hadde båten med full balast en trekkraft med et gjennomsnitt på ca 5,6N, Videre lå effekt forbruket på rundt 63 watt. Det var litt forandring med på drag men som man kan se av grafen fikk vi fort full trekkraft og effekt av pådraget. 57 AV 79
05.03.01 Fart og akselerasjon Testere: Jan-Kristian, Trygve, Lasse 26.06.2015 Hensikt Teste fart og akselerasjon Innledende X Avsluttende X Retest _ Utstyr og oppsett - Pasco avstandssensor - Komplett skrog med styresystem og balast Plan Avstandssensoren plasseres bak, i midten av tankens bredderetning, slik at den måler ca 10 cm over vannoverflaten. Modellen plasseres ca 5 cm fremfor sensoren, Med elektronikk og styringssystem på. Målinger startes, og avstand og tidsintervall loggføres, deretter kjøres modellen på full hastighet fremover. Resultater Konklusjon Modellen nådde en toppfart på 1,4 m/s, tilsvarende 2,7kts på 3,6 sek, ved full balast. 58 AV 79
05.04.01 Manøvreringsevne Testere: Jan-Kristian, Trygve, Lasse 26.06.2015 Innledende X Avsluttende X Retest _ Hensikt Fartøyets manøvreringsegenskaper skal testes, for å verifisere at det tilfredsstiller krav for operasjoner i nordlige farvann med fare for isfjell. Utstyr og oppsett Stille dam Fartøyet Målebånd Plan Fartøy i dam med plass til manøver. Fartøyets svingradius måles for 180⁰ sving med toppfart. Forflyttning i X og Y rettning måles for to motsatte 90⁰ svinger fra toppfart og fra ro. Stoppe distanse måles fra maks hastighet til ro med maks hastighetsustslag bakover. Resultater Svingrdaius 180⁰ 0,95m fullskala: 64,6m Distanse X: 1,05m fullskala: 71,4m Distanse Y: Stoppedistande: 2,05m fullskala:139,4m 1m fullskala: 68m Konklusjon Båten har gode manøvreringsevner og vil te seg godt under hurtige unnamanøvre. Båten er velegnet for arktiske forhold. 59 AV 79
05.04.01 Manøvreringsevne Testere: Baard, Trygve, Lasse 26.06.2015 Innledende X Avsluttende X Retest _ Hensikt Fartøyets manøvreringsegenskaper skal testes, for å verifisere at det tilfredsstiller krav for operasjoner i nordlige farvann med fare for isfjell. Utstyr og oppsett Stille dam Fartøyet Målebånd Plan Fartøy i dam med plass til manøver. Fartøyets svingradius måles for 180⁰ sving med toppfart. Forflyttning i X og Y rettning måles for to motsatte 90⁰ svinger fra toppfart og fra ro. Stoppe distanse måles fra maks hastighet til ro med maks hastighetsustslag bakover. Resultater Svingrdaius 180⁰ 0,95m fullskala: 64,6m Distanse X: 1,05m fullskala: 71,4m Distanse Y: Stoppedistande: 2,05m fullskala:139,4m 1m fullskala: 68m Konklusjon Båten har gode manøvreringsevner og vil te seg godt under hurtige unnamanøvre. Båten er velegnet for arktiske forhold. 60 AV 79
05.05.01 Dynamisk posisjonering i vann Testere: Jan-Kristian, Trygve, Lasse 26.06.2015 Hensikt Funksjonstest DP system i slepetank og stille inn parametere. Innledende X Avsluttende X Retest _ Utstyr og oppsett Slepetank Fartøyet Potensiometer PC med labview Trinser Lodd Plan Modellen kobles til tråder, som igjen går igjennom trinser, og henger i vekter. Disse skal være like tunge, og ikke påvirke modellen nevneverdig. Den ene trinsen er koblet til et potensiometer, som beregner rotasjon, og avstand. Ut ifra avviket i ønsket avstand, samt tidsbruk skal «DP-systemet» justere pådrag for å få avviket i 0. Det starts med p-ledd og d-ledd 0, og i-ledd til 1000, og k-ledd til 1. P-leddet justeres først, til fartøyet henter inn avvik godt nok. Deretter stilles ileddet ned til den klarer å innhente siste rest. Dersom innhentningsfarten føles for høy, justeres d-leddet som motvirker dette. Resultater Vi fant ut at modellen hadde mye lettere for å gå fremover en akterover, det ble «in field» programmert inn ett ledd «<RevX» som multipliserte pådraget akterover, dersom avviket er negativt. Dette forbedret systemet drastisk. Under er innstillingene. K-ledd P-ledd I-ledd D-ledd RevX Dt tid 5 15 10 4 4 0,2 61 AV 79
Konklusjon DP-Systemet ga meget god respons etter opprettelsen av et «RevX» ledd, avviket kom helt ned til 0,02m. systemet er godkjent for bruk. 62 AV 79
05.06.01 Styring og kalibrering i labview Testere: Baard, Trygve, Lasse 18.06.2015 Hensikt Kontrollere at manuell styring fungerer etter montering i skrog, samt kalibrering. Innledende X Avsluttende X Retest _ Utstyr og oppsett - Labviewserver - Kontroller - NI-6009 - Komplett skrog o Batterier o Mottaker o Motorkontroller o Motorer o Servo o Dronehangar Plan Utstyr kobles opp om bord etter Dokumentasjon styringssystem. Utslag som styrer henholdsvis pådrag og ror, har verdier fra -100, til +100 i styringsprogrammet i «Labview». Dersom nullnivåene er noe forskjøvet, kan denne forskyvningen settes inn i kalibrering, slik at nullnivå blir reelt nullnivå. Test 1-Tørrtest: Systemet testes og kalibreres tørt først. Verdiene: ror, ror-kalibrering, pådrag, pådragkalibrering i «Labview» settes til null, og styring settes til manuell. ror og pådrag stilles inn til propellen står i ro, og ror er i noenlunde midtstilling, ror-kalibrering vil finjusteres senere. Verdiene noteres og settes inn i respektive kalibreringsbokser. Test 2-Våttester: Her er målet å finne ut responsen på pådrag og ror. At kalibreringene er riktig, at skroget grovt sett reagerer på den måten en ønsker. Ror-kalibrering ønskes først utført. Det startes med null i pådrag og ror. Pådrag justeres til fartøyet har fart i vannet. Ror justeres til fartøyet går på en rett linje. Verdien ror legges til (addisjon) eksisterende kalibreringsverdi, og noteres. Pådrag kontrolleres deretter. Man starter med null i pådrag og ror, da skal fartøyet ligge stille i vannet. Obs, påse at det ikke er strøm i vannet. Dersom ny kalibrering er nødvendig, skjer dette på samme måte som med ror kalibreringen. 63 AV 79
Siste test er tastatursnarveier. Pil opp skal gi mer pådrag. Pil ned mindre. Venstre skal gi utslag babord over, når pådraget er positivt (fremover), og motsatt skal pil høyre gi turn styrbord over når pådraget er positivt. Resultater Tørr Våt Pådrag Ror 0 15 0 7 Konklusjon Testene ble utført med maksimal balast, så sentrert som mulig. Vi fant ut at manuell styring fra «Labview» fungerer bra. Pådraget trengte ikke kalibrering i det heletatt. Tørr ror-test ble utført på øyemål og det ga en noe høyere kalibrering. Våt ror-test ga ca. +7 i kalibrering, Da gikk fartøyet på en rett linje. Det vil alltid være noe avvik fra nullnivå da det kan være skjevheter i både ror og fremdriftsaksling, samt tyngdepunkt om bord i y retning. Det ble avdekket av «slideren» til rorutslag fungerte feil vei. At fullt babord (-100), ga fullt styrbord. Det ble rettet på i programmet. Tastatursnarveiene fungerte slik som ønsket. Programmet er videre godkjent for bruk. 64 AV 79
05.06.01 Styring av dronehangar og kalibrering i labiew Testere: Baard, Trygve, Lasse 21.06.2015 Hensikt Kontrollere at manuell styring fungerer etter montering i skrog, samt kalibrering. Innledende X Avsluttende X Retest _ Utstyr og oppsett - Labviewserver - Kontroller - NI-6009 - DA-omformer - Hangar - Drone (optional) Plan Hangar kobles opp etter VEDLEGG XX Verdiene hangar og hangar-kalibrering i labview settes til null. hangar justeres til den ikke går lengre. Verdien noteres og settes i hangar-kalibrering. Deretter justeres hangar slik at dronehangaren senkes, og heises. Observasjoner noteres. Resultater Kalibreringsverdien ble funnet til å være -16. Negative verdier senker hangar, mens positive heiser den. Det ble funnet ut at hangaren har fem trinn. Senke, sakte, senke fort, i ro, heise sakte, heise fort. Konklusjon Trinnene ble funnet til å være godt nok. Nåværende løsning er god nok, men det kan vurderes å bytte ut justeringen i labviewprogrammet med knapper. Systemet er godkjent på bruk i modell. 65 AV 79
Vedlegg 66 AV 79
VEDLEGG 1 KILDEKODER LABVEIV Figur 27:Hovedprogram 67 AV 79
Figur 28:Kildekode potensiometer til avstand Figur 29: Kildekode D-A omformer Figur 30: Kildekode pådrag til volt konvertering 68 AV 79
VEDLEGG 2 KOBLINGSSKJEMA NI-6009 69 AV 79
VEDLEGG 3 KOBLINGSSKJEMA KONTROLLER 70 AV 79
VEDLEGG 4 KOBLINGSSKJEMA MOTTAKER 71 AV 79
VEDLEGG 5 SLEPETEST 1KG: Farten ved 1kg la seg på omtrentlig 0,57m/s eller 1,1 knop. Om formelen for skalering er (roten av skalafaktor)*modellfart blir dette 9 knop, med en kraft på 707N. Fartøyet farer stabilt i vannet, vannet legger seg fint over bulben. 1.66KG: Farten ved 1,66 kg la seg på omtrentlig 0,8m/s eller 1,55knop. Skalert blir dette 12,7 knop med 1006N. 72 AV 79
2.66KG: Farten ved 2,66kg la seg på omtrentlig 1,02m/s eller 2 knop. Dette tilsvarer 16,5 knop med 2354N. 3.66KG: Farten ved 3,66kg la seg på omtrentlig 1,10m/s eller 2,1 knop. Tilsvarende 17 knop og 2409N. 73 AV 79
4.66KG: Farten ved 4,66kg la seg på omtrentlig 1,17m/s eller 2,27 knop. Tilsvarende 18,7 knop og 3327N. 5.66KG: Farten ved 5,66kg la seg på omtrentlig 1,2m/s eller 2,33 knop. Tilsvarende 19.2 knop og 3393 N. 6.66KG: Farten ved 6,66kg la seg på omtrentlig 1,24m/s eller 2,4 knop. Tilsvarende 19,8 knop og 4524N. 74 AV 79
7.66KG: Farten ved 7,66kg la seg på omtrentlig 1,27m/s eller 2,47 knop. Tilsvarende 20,4 knop og 5817N. 8.66KG: Farten ved 8,66kg la seg på omtrentlig 1,28m/s eller 2,5 knop. Tilsvarende 20,6 knop og5872n 10.66KG: Farten ved 10,66kg la seg på omtrentlig 1,35m/s eller 2,63 knop. Tilsvarende 21,7 knop og 7756 N. 75 AV 79
VEDLEGG 6 SLEPETEST BEREGNINGER 76 AV 79
VEDLEGG 7 KRENGETEST 77 AV 79
VEDLEGG 8 VEKTREGNSKAP 78 AV 79