Робот - ледокол с инновационной 2 / 4 – корпусной схемой

4 – корпусный робот – ледокол

Постановка задачи

Движение по Северному Морскому Пути – сложная задача и под силу только огромным кораблям – ледоколам, и задача доставки грузов транспортом среднего диапазона (меньше ледокола, но больше вездехода или вертолета) не решена. Мы хотим разработать и довести до уровня макета транспортное средство средней величины водоизмещения, передвигающееся по замезшему морю или океану как водное судно – 2/ 4- корпусный ледокол, передвигающиеся как связанные 2/4 корпуса (катамаран как судно и дополнительные корпуса над корпусами катамарана), причем связь реализована в виде нескольких связующих конструкций через проделанные во льду отверстия.

Разработка устройства - прототипа

Ледоколы в настоящее время – это, как правило, очень широкое и большое судно с мощной ( в том числе на ядерных реакторах) силовой установкой. Огромная мощность нужна для того чтобы раскалывать лед (до 2 метров, некоторые ледоколы могут колоть и более толстый лед), причем скорость прохода во льдах очень невысока – 1-2 узла. Мы при изучении нашли патенты на ледокол, корпус которого выполнен в виде песочных часов, причем узкая часть как раз проходит через лед – таким образом, нужно колоть намного меньше льда. Мы решили пойти дальше – не узкий (непосредственно над водой по высоте льда) корпус, ломающий лед, а корпус в виде двух (или 4 для поперечной устойчивости) корпусов, связанных стойками и мостом. В технике есть похожие решения- суда – катамараны типа SWATH (англ. Small Waterplane Area Twin Hull, двухкорпусное судно с малой площадью сечения по ватерлинии), но в качестве ледоколов их использовать не догадались. Суда этого типа до 1946 года были засекречены. Впрочем, именно эффект SWATH нам не очень важен – с нашими скоростями (узлы) потеря на волнообразование пренебрежимо мала. Лед – вот на что уйдет энергия. Мы оценили – именно на то чтобы ломать лед у ледокола уходит 1-8 МДж/м3, так что за счет уменьшения объема разрушения льда (от широкой полосы до лунок) мы получим уменьшение требуемой мощности в сотни раз. Вот поэтому новый тип робота – ледокола и заинтересовал нас.

Методика работы над проектом

Мы используем конструктор Lego 45678 «Spike», контроллеры и периферию эконишы Arduino, электронные таблицы для расчетов. На первом этапе мы конструируем 2- корпусное судно, где вместо мачт, связывающих подледные и надледные корпуса, будут магниты, вмонтированные в гусеницы Lego. А вместо движителя – винтов будет гусеница с приводом от мотора Lego. Для выбора магнитов мы провели измерения силы притяжения магнитов в зависимости от расстояния между ними и пришли к выводу что если мы возьмем более десятка магнитов D10мм и высотой 3 мм, то на расстоянии 3-4 мм мы можем удерживать модель с мотором подо «льдом». В качестве льды мы применили алюминиевую или пластиковую панель толщиной 1.8- 4 мм. Мы закрепили магниты на гусеницах через 24 мм (шаг в Lego – 8 mm).

Тестирование макета.

Мы провели тестирование при движении двух корпусов (пока мы применили просто широкие верхний и нижний корпуса, в дальнейшем мы перейдем к двум катамаранам) мы получили устойчивое синхронное движение, при этом роль ферм (связи корпусов друг с другом) играют постоянные магниты в гусеницах. Имитацию архимедовой силы и силы притяжения также осуществляем постоянными магнитами – на нижний корпус действует сила вверх, на верхний корпус – сила вниз.

Полученные результаты.

Мы проанализировали проблемы транспорта на СМП и пришли к выводу что кроме очень тяжелого ледокольного флота необходимы транспортные средства среднего уровня.
Мы предложили новый тип ледокольного судна – 4 корпусной катамаран с разделением корпусов на подледную и надледную часть. Мы сделали расчет эффективности нового типа ледокола. Мы сконструировали модель 4-корпусного ледокола на основе Лего с имитацией механической связи магнитами

План дальнейшей работы

Конструирование на основе плат контроллера и периферии экониши Arduino Разработка электромеханической системы перемещения корабля с помощью передвижения колонн связи корпусов по корпусу вдоль Если будет наконец-то изобретен по настоящему высокотемпературный ( т.е. для температур СМП) сверхпроводник то возможна реализация 2/4- корпусного ледокола и на магнитной связи между подледным и надледным корпусами.

• Цели
• Задачи
• Актуальность
• Результаты
• Применение
• Оборудование