1

Тема: Система погружения лодки

Предлагаю Всем обсудить типы систем погружения , которые вы используете на своих лодках или планируете.
Лично мне нравится система погружения с поршневой балластной цистерной. Лодка погружается равномерно, единственный недостаток - появляется дифферент. Вот несколько из моих проектов:




http://forum.rcsubmarine.ru/uploads/images/2016/10/04/sam_2994.jpg

В состав БЦ входят: пластиковый или металлический корпус с выходным фитингом, поршень со шпинделем, электродвигатель с редуктором, конечные выключатели, электронный блок управления. Балластная цистерна подключается напрямую к приемнику при помощи серво-штекера, также имеется разъём подключения к аккумулятору типа JST.
Наиболее распространённые размеры :
150 мл , используется на небольших лодках типа немецкой 7;
300 мл , используется на моделях до 1000 мм;
500 мл , используется на моделях до 1200 мм;
750 мл , используется на моделях до 1500 мм;
1000 мл, используется на моделях свыше 1500 мм;
По желанию каждая БЦ оборудуется защитной системой, которая состоит из датчика наличия воды и модуля failsafe( потеря сигнала, снижение напряжения в сети).

2

Re: Система погружения лодки

Радиоуправляемые модели подводных лодок, как правило, запускают в прозрачных закрытых водоемах со стоячей,пресной водой и глубиной, не превышающей 7 - 10 метров.
Модели подводных лодок можно условно разделить по способу погружения на два класса - это динамические и статические.
Подводные лодки с динамическим погружением  имеют положительную плавучесть, и способны погрузиться под воду только набрав достаточный ход и направив рули глубины вниз. У сложных моделей угол атаки рулей глубины может управляться с пульта дистанционного управления. У более простых моделей рули глубины неподвижны и отклонены на определенный угол вниз. После набора подводной лодкой достаточной горизонтальной скорости сила давления воды на руль глубины превысит выталкивающую силу Архимеда и подводный аппарат начнет погружаться. После убавления хода произойдет обратный процесс, и радиоуправляемая подводная лодка начнет всплывать.
Таким образом, управляя скоростью движения аппарата можно менять глубину погружения, а рулем направления, расположенным в хвостовой части, направлять подводную лодку в нужную сторону.
Основные преимущества динамической схемы построения подводного корабля - это простота конструкции и безопасность. В случае непредвиденных обстоятельств (потеря радиосигнала, выход из строя системы управления, поломка двигателя или разрядка аккумуляторов) подводная лодка, обладая положительной плавучестью, просто всплывет на поверхность.
Подводные лодки со статической системой имеют более сложную конструкцию, схожую с настоящими субмаринами.
Такие модели имеют близкую к нейтральной плавучесть. Процесс погружения начинается, когда подводная лодка, по команде с пульта ДУ, принудительно теряет положительную плавучесть, затопляя свою балластную цистерну.
После затопления, модель подводной лодки набирает ход и, пользуясь рулями глубины и направления, начинает ‘парить’ в водной толще сохраняя небольшую отрицательную или нейтральную плавучесть.
Для всплытия на поверхность радиоуправляемая подводная лодка должна вновь получить положительную плавучесть, освободив часть балластной цистерны от воды. Для этого используются насос специальной конструкции, откачивающий воду из балластной цистерны.
Несмотря на то, что погружение  модели с статической системой погружения выглядит очень реалистично, у такого подводного аппарата высок риск его потери в случае непредвиденных поломок. В момент погружения подводная лодка имеет отрицательную плавучесть и в случае сбоя управляющей аппаратуры она просто утонет, упав на дно водоема.

3

Re: Система погружения лодки

Чтобы понять, как погружаются модели, вы должны иметь общее представление о том, как погружается оригинал ...

Субмарины имеют сложные системы погружения, состоящие из ряда балластных цистерн: основной, уравнительной, вспомогательной и т.д.  Дополнительные серии управляемых клапанов, которые связаны с цистернами сжатым воздухом. Судно  плавающее на поверхности имеет положительную плавучесть, так как в цистернах находится воздух. При погружении вентиляционные отверстия открыты и балластные цистерны залиты водой, которая течет в них через нижние отверстия. При нейтральной  или отрицательный плавучести лодка погружается и может плыть под поверхностью воды. Если нужно подняться на поверхность, вода выталкивается из балластных цистерн сжатым воздухом, и она вновь обретает положительную плавучесть.

Рули глубины:
Субмарины имеют  рули глубины. Они расположены горизонтально  на корме и носу. Когда подлодка имеет  приблизительно нейтральную плавучесть,  глубину погружения во время движения можно регулироваться с помощью соответствующего отклонения угла руля.
Передние рули управления могут быть установлены на носовой части судна или на рубке. Монтаж переднего руля направления на носу имеет свои преимущества и недостатки, так же, как и в случае, их установки на рубке - разнообразие применения не типичных конструкций рулей, не полезно в наших моделях. Единственным фактором, который может моделист рассмотреть- классическое расположение рулевого управления. В этом отношении, тем лучше управления расположены на носу, поскольку они расположены дальше от центра тяжести судна, так что их производительность максимальная. Различия достаточно велики, что реализуется путем построения двух версий моделей, одного из элементов управления на носу , второй из элементов управления на рубке . Реальные подводные лодки кормовой и носовой рули управляются независимо друг от друга. После превышения определенной скорости (в проекте)  передние рули были установлены в нейтральное положение, в таких случаях целесообразным является использование  только кормовых рулей.
Кормовые рули могут также отличаться по своей позиции . В их состав входят и рули направления (Х-образный вид) . При этом, однако, разница в маневренности не большая, но все-таки ощутима. Правило таково, что чем дальше от центра тяжести- тем лучше управляемость. Руль направления, как правило, короче в нижней части, чем в верхней части, это необходимо, чтобы подлодка могла сесть на дно. В случае управления Х-типа, мы не можем различать рули направления и глубины, так как эти маневры используют все четыре руля. С помощью руля направления X, как оригиналы и модели, вам нужен компьютер для надлежащего функционирования органов управления. Традиционнае кормовое расположение рулей  можно управлять вручную.

4

Re: Система погружения лодки

Т         Е       О        Р       И       Я

Три подводных положения:
-Надводное( крейсерское, позиционное, пере углублённое )
-Промежуточное
-Подводное( погружённое)

Погружение - достигается наполнением балластной цистерны до потери запаса плавучести. Окончательно с помощью горизонтальных рулей глубины.

Всплытие - подведение модели к поверхности воды, осушение балластной цистерны, перевод в надводное положение.

Запас плавучести:- при заполнении балластных цистерн составляет 0,01-0,015% от надводного водоизмещения и называется остаточной плавучестью. С изменением глубины на 10 метров плавучесть увеличивается на 0,014%. Бывает (16-25%, 20-35%, 35-50%) в зависимости от типа лодки.

Центр тяжести (Ц.Т.)-с силой G направлен вертикально вниз

Сила поддержания, или плавучести D- направлена вертикально вверх

Центр величины (Ц.В.)- центр тяжести вытесненного корпусом объёма воды

Крен- поперечное наклонение

Дифферент- продольное наклонение

Остойчивость- способность модели возвращаться в вертикальное положение

Ход модели- зависит от мощности двигателя, формы корпуса, качества обшивки, винтов, формы выступающих частей корпуса.

Сопротивление сил вязкого трения- основной вид сопротивления, возникает между движущимися телом и прилегающими слоями жидкости.

Мощность движения- растёт пропорционально кубу скорости( если нужно вдвое увеличить скорость, нужно в восемь раз увеличить мощность двигателя)

Угол перекладки горизонтальных рулей
составляет -20 -30 градусов.

5

Re: Система погружения лодки

Типы моделей подводных лодок - статические и динамические:

Есть два основных типа моделей подводных лодок, модели которые погружаются динамически (динамические ) и модели которые погружаются статически (статические).

Первый тип - динамическая модель, является самым простым. Он состоит в том, что судно погружают на  скорости рулями глубины. Это выглядит немного как "погружение" - пока мотор  работает, и органы управления расположены в положении погружения, модель находиться под водой, но как только модель замедляется или останавливается, выскакивает из-под воды почти как пластиковая бутылка. Эти модели характеризуются более крупными и более мощными двигателями и некоторой большей площадью элементов управления.


http://forum.rcsubmarine.ru/uploads/images/2016/11/28/dynamicdive.jpg


Второй тип модели со статической системой погружения . Название указывает на способность модели оставаться под водой при полной остановке - когда приводные двигатели выключаются. Такие модели имеют активную систему балласта, которая позволяет им погрузиться в манере, более похожим на оригинал. Они гораздо сложнее, чем динамичесого погружения. Они должны быть гораздо более жёсткими т.е. выдерживать давление, как на поверхности, так и под водой. Статические системы бывают нескольких типов, я буду обсуждать сейчас наиболее популярные.

    -система, основанная на водяных насосах
    -система, основанная на компрессорах
    -система, основанная на газе (cжиженного или сжатого)
    -поршневая система



Система на основе водяного насоса:

Один из самых простых балластных систем, которые могут быть установлены в модели. Ее большим преимуществом является простота и легкость сбора необходимых деталей. Для того, чтобы погрузить модель необходимо открыть запорный клапан и включить водяной насос, который качает воду в бак. Воздух выходит из резервуара очень тонким (не более 2 мм в диаметре), часто воздушная трубка распологается высоко над рубкой. Когда резервуар заполнен, закройте клапан и выключите насос. Модель должна теперь иметь минимальную положительную плавучесть и располагаться в верхних слоях воды под поверхностью. Для того, чтобы модель всплыла на поверхность, мы должны плыть к поверхности так, чтобы вентиляционное отверстие было над поверхностью воды, а затем открыть клапан и включить насос на откачку воды. Недостатком этой системы является необходимость плавать на поверхности, чтобы выйти полностью, и неспособность погружения на дно . В случае потери сигнала, также может случиться ситуация, что модель не вернется на поверхность. Система монтируется в простых и небольших (водоизмещением 3 кг) моделей.

Может быть использован  любой типа насоса - двунаправленный шестеренчатый и перистальтический (тогда вам не нужно устанавливать клапан, насос выключен в качестве непроницаемого для воды). Вы можете также использовать однонаправленный насос, например, ротор, а затем использовать его только для опорожнения резервуара, так как большинство насосов однонаправленных водопроницаемое, когда он выключен - затопление резервуара происходит автоматически при открытии клапана, но немного медленнее. На пути входа воды хорошо бы закрепить фильтр (например, топливный фильтр моделей внутреннего сгорания), который предотвратит  повреждение насоса.

6

Re: Система погружения лодки

Статическое погружение:

В начале маневра задние рули глубины  установлены немного вверх , чтобы поднять корму модели вверх. В то же время, передние устанавливаются вниз, чтобы нос корпуса погрузился под воду. Модель наклоняется вперед и погружается, винт становится погруженным, угол погружения небольшой. После этого маневра, задние рули глубины устанавливаются в нейтральное положение. Когда модель получает нужную глубину передние рули глубины устанавливаются в вверх  и обратно вниз, так несколько раз, пока  модель не выровнется . Когда  происходит выравнивание, передние и задние рули глубины устанавливаются в нейтральное положение. Когда  вес модели достаточный, чтобы дать лодке нейтральную плавучесть, изменение глубины достигается аналогичным  образом.
http://forum.rcsubmarine.ru/uploads/images/2016/11/29/dive.jpg

Этот способ погружения реальных, полно размерных лодок. В модели движения элементов управления может быть немного упрощенно. Рули глубины  в большинстве моделей с балластной системой (статической) работают по упрощенному по отношению к исходному режиму, который можно увидеть в приведенном выше рисунке. Реализация данного погружения реализуется с помощью специальных компьютерных смесителей. Поворот передних и задних рулей может затем быть нелинейными, и быть выше определенной скорости. Передние рули могут иметь разные углы наклона, зависящие от скорости модели.

Некоторые модели подводных лодок  имеют высокую скорость под водой. Поэтому для таких , как, Альфа или Акула часто устанавливаются очень мощные двигатели. Пропорции и форма корпуса, созданного для очень высокой подводной скорости , единственной проблемой является контроль управления.  Просто бортовая электроника слишком медленно реагирует на наклон судна таким образом, что модель может иметь тенденцию к "дельфинированию" или еще хуже, удар об дно. Чтобы исправить это, вы можете использовать датчик наклона, который является  автоматическим индикатором уровня, который реагирует быстрее реакции человека при наклонах  рулей глубины. Конечно, сигнал от передатчика приоритетный. Эквивалентом этого устройства является гироскоп, установленный, например в модели самолета. Датчик наклона и гироскоп, тем не менее, два совершенно разных устройств и не могут быть использованы как взаимозаменяемые.

7

Re: Система погружения лодки

Системы на основе микро компрессоров:

RCABS (Recirculating Air Ballast System). Система состоит из компрессора, воздушного шара, воздушного клапана. В качестве балластной цистерны, предпочтительно двух воздушных шаров- один кормовой, другой носовой. Компрессор откачивает воздух из сухой части ВПЦ в воздушные шары, в результате чего модель остаётся на плаву. Поскольку воздух берётся из сухой части ВПЦ, то там создаётся вакуум, иногда довольно большой. Для этого требуется идеальное уплотнение крышек ВПЦ. При погружении открывается воздушный клапан, воздух переходит обратно в ВПЦ, давление сбалансировано - воздушные шары сокращаются, и модель погружается. Эта система имеет два недостатка, первый из которых в ВПЦ создаётся вакуум, - есть возможность всасывания воды, второй недостаток заключается в том, что модель изначально имеет отрицательную плавучесть, и в случае аварии она просто потонет.
Тем не менее, система при сохранении высокой точности постройки модели это очень хороший вариант - вы можете, например: отрегулировать осадку до линии воды. Система имеет своих недоброжелателей и сторонников.
подсказка:
Пневматические электромагнитные клапаны являются гораздо более доступными, чем гидравлические. Следует применить соленоид, который потребляет ток только во время открытия - сохраняя ёмкость батарей. Компрессор выбирается без утечки воздуха когда он остановлен. Затем от клапана необходим отдельный кабель к воздушному шару.


http://forum.rcsubmarine.ru/uploads/images/2016/12/01/rcabs.gif




RCABS - R (Reverse-Recirculating Air Ballast System). Система практически идентична RCABS, но здесь воздух берётся из цистерны, а не из ВПЦ. Компрессор нагнетает воздух в шарики берёт воздух из цистерны, создавая  в ней вакуум. Когда воздушный клапан открывается воздух из шаров переходит обратно в цистерну. Модель погружена. Дополнительным преимуществом этой системы является постоянное повышенное давление в ВПЦ, что также обеспечивает защиту от проникновения воды в сухие секции.
подсказка:
Можно использовать дешевые компрессоры, они используют мало энергии и занимают очень мало места. Некоторые моделисты используют эту систему в качестве дублирующей.



http://forum.rcsubmarine.ru/uploads/images/2016/12/01/rcabs-r.jpg

8

Re: Система погружения лодки

Системы на основе сжатого воздуха:

Система практически идентична системе полноразмерной подводной лодке. Система состоит из впускного клапана , продувочного клапана, резервуара для сжатого воздуха. Как правило вентиляционная трубка должна быть расположена высоко над рубкой. Впускной клапан открывается и вода поступает в цистерну через отверстие в нижней части. После того как требуемое количество воды для погружения набрано клапан закрывается. Цистерна может быть продута путем принудительной подачи газа под давлением, открыв продувочный клапан.. Углекислый газ (CO2) является хорошим вариантом для этой цели, потому что баллоны с этим газом являются относительно дешевыми. Используются баллончики для сифонов. Также возможно использование сжиженного газа для аэрографов. Насколько хватает? Когда балластная цистерна 250мл,  один баллончик хватает на 120 – 140 погружений в течение нескольких циклов зарядки. Системы СО2 и сжиженного газа дают неограниченные возможности для модели. Во-первых, они позволяют строительство пневматических систем - реалистичное поведение передних глубины рулей, выпуск антенны и перископа, открытие торпедных люков. Они также облегчают построение систем для торпедного залпа, или даже гранатомет.

http://forum.rcsubmarine.ru/uploads/images/2016/12/02/balast06.gif


подсказка:
При построении системы вы должны помнить несколько вещей, давайте вспомним, что вес газового резервуара меняется после каждого всплытия, большая цистерна - большие колебания в весе - вы должны знать, как сбалансировать их или куда поместить цистерну. Расположение выпускного клапана газа также имеет важное значение для эффективности системы. Давление в цистерне тоже меняется, и это оказывает влияние на работу клапанов. Выбор газа также важен - некоторые баллончики для  аэрографов чрезвычайно огнеопасны.

9

Re: Система погружения лодки

Поршневая система:

До сих пор лучшая из систем погружения, которая была создана для моделей. Она работает похоже как большой шприц с электрическим приводом, чья ёмкость достигает до 1 литра. Вода втягивается или выталкивается. Поршень внутри цилиндра приводится в движение электродвигателем через большую шестерню. Система преодолевает спокойно давление, которое превалирует до 10 метров. Это требует очень большого объёма сухой части ВПЦ. Система обеспечивает невероятные возможности регулировки глубины. Все зависит от того, какой модуль управления будет использоваться. Простейший работает только по принципу затопления и опорожнения резервуара - только ручное управление. Более сложный может поддерживать заданную глубину даже с остановленными двигателями - стоп / дрейф.

http://forum.rcsubmarine.ru/uploads/images/2016/12/15/balast05.gif

Есть, конечно, ещё более продвинутая система, которая автоматически выравнивает модель - так, например, после выстрела торпеды, по-прежнему сохраняется уровень на поверхности и под водой. Эти сенсационные системы, которые являются тайной мечтой любого моделиста-подводника. Недостатком является то, что цена, если вы решили купить набор (например: модуль управления и два 0,5-литровых емкости по 6 вольт) будет стоить  около 450 евро, более сложные и большие емкости- цена составляет около 530 евро.  Одну только поршневую цистерну можно сделать самостоятельно, но 3/4 из возможностей этой системы заключается именно в блоках управления.
Ёмкость (вместимость) балластной цистерны:
"Емкость балластной цистерны должна быть достаточной, чтобы компенсировать выталкивающую силу" - это сухая фраза из учебника ... но я постараюсь немного облегчить понимание этой концепции.
Размер балластной цистерны зависит от многих переменных, но если присмотреться, всегда приходишь к выводу, что всё зависит от размера ВПЦ. Только ВПЦ, а не вся модель!
Истина заключается в том, что единственный способ защитить себя от неприятных сюрпризов, связанных с неправильным размером балластной цистерны, чтобы определить, насколько ВПЦ будет над поверхностью воды, когда модель будет плавать на поверхности. Это должно быть сделано  уже на стадии проектирования. После того, как вы сделаете это, вы подсчитайте объем выступающий над поверхностью сухой части.


http://forum.rcsubmarine.ru/uploads/images/2016/12/15/wyp.jpg


На рисунке показан контур модели корабля с ВПЦ в середине. Синий цвет, конечно вода, и его уровень показывает правильно погружённый данный аппарат, когда он находится на поверхности. Красный является часть ВПЦ, которая всегда погружёна, желтая часть, выступающая над поверхностью. Объём жёлтого сектора  эквивалентен объему необходимой балластной ёмкости. Так, если объем ВПЦ, который выступает над поверхностью воды, например. 500мл, нам нужна балластная цистерна с такой же ёмкостью.
Глядя на рисунок не трудно догадаться, что чем меньше ВПЦ выступает над поверхностью, тем меньше по ёмкости балластная цистерна  нам нужна. Поэтому, хорошая идея заключается в том, чтобы использовать трубы ВПЦ в качестве наименьшего диаметра удобного для нас. Всегда меньшая по диаметру труба может быть установлена выше или ниже ватерлинии, и, таким образом есть возможность контролировать осадку модели.

10

Re: Система погружения лодки

Балластная система с низким давлением:

Эта система не является  статической системой для погружения, а довольно близким его приближением.
В этой системе клапан нагнетания открывается, насос закачивает воду и воздух выходит из балластного резервуара через вентиляционное отверстие, которое обычно выходит очень высоко над моделью, скрытое как перископ или мачта. Вода поступает в балластный резервуар от нагнетательного клапана до тех пор, пока БЦ не будет полностью вентилирована. Модель с нейтральной плавучестью  или слегка с позитивной. С уменьшенной плавучестью, рули глубины лодки теперь могут использоваться, чтобы тянуть лодку вниз и находясь под водой  маневрировать с небольшими усилиями и более низкими скоростями.

http://forum.rcsubmarine.ru/uploads/images/2018/11/21/ventedballast.jpg
Находясь на поверхности, клапан нагнетания закрыт, и положительная плавучесть модели возвращает лодку обратно в промежуточное состояние . Водяной насос затем откачивает воду из балластного резервуара, втягивая воздух с поверхности через вентиляционную мачту.
Система  позволяет многократно принимать и откачивать воду из балластного резервуара, оставляя плавучесть слегка положительной.
Плюсы: простая система, очень надежная,
небольшая положительная плавучесть модели очень безопасна.
Минусы: у лодки должно быть отверстие над поверхностью воды, чтобы опорожнить балластную цистерну,
невозможно статически погрузиться.