roboforum.ru

Технический форум по робототехнике.

 

Летающий робот для мониторинга поверхности

Обсуждаем рождающиеся мысли и результаты экспериментов.

Re: Летающий робот для мониторинга поверхности

Сообщение PavelZ » 11 дек 2011, 18:18

=DeaD= писал(а):А что, если сделать аэростат-крыло? :)

Материалы нынче такое позволяют?


Можно конечно же, в самолётах же используют полости как топливные баки, залить туда вместо керосина гелий, но это уже будет ближе к гибриду аэростата с самолётом...

Добавлено спустя 2 минуты 4 секунды:
haste писал(а):Павел,

Это воздухоплавательный аппарат.
Что в нем роботизировать?
Он сам будет роботом, так как сей летательный аппарат беспилотный.
Не ищу лёгких путей.
Аватара пользователя
PavelZ
 
Сообщения: 83
Зарегистрирован: 04 ноя 2011, 12:36
Откуда: Хабаровск
ФИО: Павел Зачеса

Re: Летающий робот для мониторинга поверхности

Сообщение legion » 11 дек 2011, 18:34

Изображение
И еще один момент. Какое давление вы планируете получить для работы парогенератора и выдержит ли его металлизированная пленка?

Есть ли такие солнечные парогенераторы на земле? Я слышал только о тех, которые концентрируют свет с большой поверхности на небольшом котле.
legion
 
Сообщения: 736
Зарегистрирован: 24 апр 2010, 14:47
Откуда: Уфа
прог. языки: avr asm

Re: Летающий робот для мониторинга поверхности

Сообщение elmot » 11 дек 2011, 18:46

Myp писал(а):
PavelZ писал(а):Красная полость в середине пар, как аккумулятор солнечной энергии, в первую очередь, а небольшая подъёмная сила как бонус.

пар он же тяжёлый.
ибо пар это есть вода которая испарилась, это равноценно тому что возить с собой термос с горячей водой.
от того что вода превратилась в пар она меньше весить не станет.
да и чтобы пар был в оболочке его надо постоянно подогревать, иначе он остынет и превратится в воду.

получается надо греть пар чтобы он был паром и был горячим чтобы сохранять тепло.. какой-то странный алгоритм.

Это не совсем так. В газообразном состоянии вес молекулы H20 = 18, супротив 29(средний вес молекул воздуха), так что подъемная сила будет, но хилая. Но вот в воду его нельзя конденсировать, это сугубая правда.
Аватара пользователя
elmot
 
Сообщения: 5674
Зарегистрирован: 10 ноя 2011, 12:02
Откуда: Turku, Finland
Skype: elmot73
прог. языки: Java и все-все=все
ФИО: Илья

Re: Летающий робот для мониторинга поверхности

Сообщение PavelZ » 11 дек 2011, 19:27

Пар это всё-таки не вода и охладить его моментально не так просто, как и нагреть воду кстати...

Соотношения объёма полостей должно меняться в зависимости от режима работы аппарата. При наличии парогенератора, можно сжигать часть водорода (малюсенький такой факел), подавая продукт горения (пар) после турбины (или поршневой паровой машины) в среднюю полость. В данном случае соотношение объёма водорода к пару будет уменьшаться, а летательный аппарат начнёт снижаться, часть энергии преобразовавшись в электрическую будет крутить ходовые винты, а часть заряжать аккумулятор. Вариантов режимов работы агрегатов несколько и их можно варьировать в зависимости от множества факторов. Конечно же всё это потребует дополнительных исполнительных механизмов: клапанов и микронасосов, а всем этим хозяйством ещё и управлять потребуется...

Металлизированная плёнка не сможет выдержать слишком большое давление и температуру. Пока думаю о том чтоб использовать два слоя плёнок склеив (сварив) их между собой металлом наружу, как раз таким образом можно получить плёнку чёрную с одной стороны и зеркальную с другой. Надо смотреть допустимые параметры доступных материалов и пробовать как будет работать система в разных режимах. Опять же вопрос о прочности сварки кусочков плёнки между собой для получения замкнутой полости.

Добавлено спустя 37 минут 56 секунд:
Между плёнками, перед сваркой проложить строительную стеклосетку, с крупной ячейкой, которую применяют для армирования штукатурки при фасадных и внутренних отделочных работах. Наружнюю оболочку сделать также из двух слоёв, только простой толстой полиэтиленовой плёнки армированной при сварке стеклосеткой, она должна быть прозрачной, чтоб не препятствовать проникновению солнечного излучения на внутреннюю полость. Для сварки потребуется изготовить оправку...

Так что-то вырисовывается. Вот только чем вращать генератор турбиной или поршнем?
Не ищу лёгких путей.
Аватара пользователя
PavelZ
 
Сообщения: 83
Зарегистрирован: 04 ноя 2011, 12:36
Откуда: Хабаровск
ФИО: Павел Зачеса

Re: Летающий робот для мониторинга поверхности

Сообщение legion » 11 дек 2011, 19:35

Грубо говоря, это теплица, в форточку которой вставили турбину/поршни. Оно будет работать?
legion
 
Сообщения: 736
Зарегистрирован: 24 апр 2010, 14:47
Откуда: Уфа
прог. языки: avr asm

Re: Летающий робот для мониторинга поверхности

Сообщение PavelZ » 12 дек 2011, 18:14

На теплицу с форточкой похоже весьма отдалённо :D

Думаю турбина всё же полегче будет и проще в изготовлении, чем поршневая машина. Один недостаток в том, что её надо будет раскручивать предварительно, но это как раз не проблема, можно переводить генератор в режим двигателя и потом обратно. Думаю к весне заняться потихоньку изготовлением оболочек и агрегатов, а пока надо как-то определится с размерами и весом аппарата, чтоб его можно было собирать в гараже.
Не ищу лёгких путей.
Аватара пользователя
PavelZ
 
Сообщения: 83
Зарегистрирован: 04 ноя 2011, 12:36
Откуда: Хабаровск
ФИО: Павел Зачеса

Re: Летающий робот для мониторинга поверхности

Сообщение PavelZ » 13 дек 2011, 11:38

Привожу ссылку на статью по теме использования солнечного парогенератора: http://market.elec.ru/nomer/7/aeroenergy/
эта статья перепечатывалась по несколько раз на разных сайтах и возможно кто-нибудь её уже встречал.

По дирижаблям статья неплохая http://militera.lib.ru/tw/ionov_pp2/06.html для общего развития...

Так, что всё вполне работоспособно, да и задача в моём проекте стоит попроще добиться длительной автономности, а не вырабатывать электроэнергию.
Не ищу лёгких путей.
Аватара пользователя
PavelZ
 
Сообщения: 83
Зарегистрирован: 04 ноя 2011, 12:36
Откуда: Хабаровск
ФИО: Павел Зачеса

Re: Летающий робот для мониторинга поверхности

Сообщение PavelZ » 17 дек 2011, 11:41

Ещё вариант компоновки автономного робота. Добавлены многофункциональные плоскости побокам и изменено расположение винтов.

Добавлено спустя 17 минут 7 секунд:
Многофункциональные плоскости, как все четыре винта поворачиваются на 90 градусов.

На многофункциональных плоскостях сверху нанесена отражающая плёнка, а поверхность имеет ребристый рельеф отражающий солнечные лучи на оболочки аэростата, дополнительно сфокусировать лучи позволяет их поворот сервоприводом. Сами плоскости можно изготовить из пенопласта. Снизу в прорезанном желобе вклеена трубка, в которую поступает пар из турбины и конденсируется в воду. Вода самотеком уходит в ёмкость в гондоле, откуда насосом впрыскивается в паровую полость аэростата, а там испаряется снова, нагреваясь солнцем. Также плоскости увеличивают площадь поддерживающую аппарат при планировании.
Вложения
Dron.jpg
Эскиз дрона 2 вариант
Не ищу лёгких путей.
Аватара пользователя
PavelZ
 
Сообщения: 83
Зарегистрирован: 04 ноя 2011, 12:36
Откуда: Хабаровск
ФИО: Павел Зачеса

Re: Летающий робот для мониторинга поверхности

Сообщение boez » 17 дек 2011, 13:27

Я правильно понимаю, планируемый режим работы аппарата - полеты много дней подряд? А за ночь не остынет ли аппарат до недопустимо низкой температуры, настолько что ему подъемной силы не хватит держаться? А если хватит ночью, то не унесет ли его в заоблачные дали от нагрева днем?

Вообще, я бы на твоем месте немного посчитал. Прикинул, сколько весит предполагаемая к применению пленка (г/м^2), сколько сетка, какие будут объемы твоих трех оболочек, какие площади поверхностей и соответственно какие массы. В каких пределах будет меняться внутренняя температура каждой области, в каких - наружная (от высоты и времени года и суток). Отсюда ты увидишь, начиная с какого объема эта конструкция вообще сможет оторваться от земли и какой потребуется объем для уверенного взлета и несения полезной нагрузки. Также сможешь понять, в каких пределах эта подъемная сила будет меняться и какие соответственно средства потребуются для ее компенсации - нужна ли будет какая-то терморегуляция этого шарика или хватит винтов вертикальной тяги (маловероятно, т.к. постоянная тяга - это серьезная мощность).

Потом еще надо прикинуть энергетический баланс данного девайса - откуда он вообще будет брать электричество? Что такое вообще упоминаемый парогенератор? Это паровая машина? От чего работает, можно поподробнее?

Сама идея возможно интересная, я сам ровно над тем же думаю временами - особенно после статей про Zephyr и аналоги, хочется понять - возможно аэростат более выгоден на роль "псевдоспутника" - долговременной атмосферной платформы? Но у меня мысль была немного в другом направлении - чисто водородный аэростат, без никаких там лишних полостей, энергия - классические кремниевые СБ, компенсация потерь водорода электролизом, вода - конденсат, конденсация принудительная эл-том Пельтье. Но сейчас пришла мысль, что можно вполне обойтись и без Пельтье - используя такую простую штуку, как "аккумулятор холода", т.е. замерзающую жидкость. Или обычный магазинный или что-то с другой температурой плавления, если надо. Ночью, или просто на высоте, он остывает и замерзает - а затем при спуске вниз или днем конденсирует на себе воду.

Что использовать для управления высотой - красивых идей пока нет. Что-то типа "плавательного пузыря", внутренний мешок, стягиваемый ремнем? Или вообще жесткий бак, в который накачивается микронасосом водород из основного пространства? Или регуляция температуры водорода, как у Ж.Верна? А может правда полость с парами какого-то вещества? Но там нестабильность выходит, при подъеме давление падает, вещество испаряется и вызывает дальнейший подъем... Можно конечно просто сделать аэростат с большей разностью давлений внутри/снаружи - тогда он сам выше какой-то высоты не поднимется, оболочка не даст водороду расширяться. Но давление увеличит диффузию водорода наружу, плюс потребует упрочнения оболочки.
boez
 
Сообщения: 1974
Зарегистрирован: 27 авг 2008, 10:45
Откуда: Харьков
прог. языки: С/С++

Re: Летающий робот для мониторинга поверхности

Сообщение PavelZ » 17 дек 2011, 16:17

Спасибо за проявленный интерес. Разработка пока на стадии идеи и пока считать особо нечего. Просто пытаюсь представить это всё интуитивно, когда конструкция сложится в стройную картину, можно будет начинать рисовать нормальные модели и считать. Хотелось бы, чтоб полностью автономный аппарат, смог уместится в кузове небольшого грузовика и мог обслуживаться в обычном гараже.

Винты постоянно крутится на полной тяге не должны, иначе энергии не напасёшься. Подъёмная сила должна регулироваться давлениями в полостях и разницей соотношений объёма водорода к пару, но это грубо, а более тонко -- винтомоторной установкой управляемой электроникой.

Добавлено спустя 58 минут 3 секунды:
Энергия будет браться от работы парогенератора.

Вода из ёмкости подаётся микронасосом (к примеру, на пьезоэлементе) и впрыскивается форсунками в среднюю полость аэростата, где под воздействием солнечной энергии испаряется. Избыток пара подаётся в турбину (можно и корпус и лопатки изготовить из полипропилена) приводящую в движение генератор со статором на постоянных магнитах, ток от которого будет заряжать аккумуляторы и вырабатывать водород в электролизере. Потом отработанный пар конденсируется внутри трубок в боковых плоскостях в воду и та поступает обратно в ёмкость.

В процессе накопления энергии будет изменяться соотношение объёма пара к водороду с увеличением количества последнего.

В тёмное время суток, энергия будет браться частично от аккумулятора, а частично за счёт сжигания водорода, пар от которого будет направляться не только в турбину, но и подогревать среднюю полость, температура в которой будет поддерживаться на определённом уровне автоматикой.
Не ищу лёгких путей.
Аватара пользователя
PavelZ
 
Сообщения: 83
Зарегистрирован: 04 ноя 2011, 12:36
Откуда: Хабаровск
ФИО: Павел Зачеса

Re: Летающий робот для мониторинга поверхности

Сообщение Aseris » 18 дек 2011, 14:10

Для размышления:
...Подъёмная сила должна регулироваться давлениями в полостях...

Для более полного понимания картины, познакомьтесь с компрессорами (хотя бы на примере аквариумного и автомобильного), и тем сколько они кушают ватт при большой разнице давления на входе и на выходе.

Также советую прикинуть вес компрессора.. там нехорошая зависимость, чем выше давления и объем прокачиваемого газа тем они массивнее...

Придется очень точно подходить к параметрам скорость набора/сброса высоты к размеру девайса
Может получится что пол дня работать пропеллерами выгоднее чем таскать на борту компрессорное оборудование


Можно для начала поэкспериментировать с каким то простым компрессором на шарике чтобы прикинуть возможности и пощупать тему..

Шарик к которому подсоединена трубка, также на шарике висит компрессор и клапана направления перекачки, работаем для безопасности с гелием, либо водородом но в хорошо проветриваемом помещении. Плюс для верности эксперимента если работаем с газом из баллона то давление на выходе должно быть приблизительно равно атмосферному, это можно сделать либо используя регулятор давления, либо что то вроде гибкого ресивера, из которого насос выкачивает газ, а вручную следим за тем чтобы ресивер не сдулся :)
На такой установке можно откатывать схему управления высотой..

.. можно использовать роторный компрессор, тогда реверс направления это смена направления вращения вала, но о его КПД vs Вес ничего сказать не могу.
Аватара пользователя
Aseris
 
Сообщения: 954
Зарегистрирован: 01 сен 2009, 14:58
Откуда: Чехия, Хеб
прог. языки: C/С++, VHDL, Verilog, ASM, Python

Re: Летающий робот для мониторинга поверхности

Сообщение legion » 18 дек 2011, 15:14

В плане компрессоров интересен оный из автоматического тонометра. Прибор работает до трети атмосферы, если я ничего не путаю. Но компрессор, возможно, тянет чуть больше, просто по логике измерения давления бессмысленно качать больше. Располагается в коробочке размером со спичечный коробок. Руки чешутся разобрать, но для этого придется вспарывать тканевую манжету, а это вандализм.
IMG_20111218_170155.jpg
legion
 
Сообщения: 736
Зарегистрирован: 24 апр 2010, 14:47
Откуда: Уфа
прог. языки: avr asm

Re: Летающий робот для мониторинга поверхности

Сообщение PavelZ » 19 дек 2011, 07:18

Автомобильный компрессор у меня есть, тяжёленькая такая штука.

Как раз недавно такой тонометр разбирал, компрессор и датчик там весьма интересные.

Давление в полостях не будет слишком большим при отсутствии солнца, а при нагреве от солнечных лучей для его регулировки компрессор не потребуется оно будет избыточным и станет стравливаться в турбину клапаном. Единственные вопрос, какого давления можно достичь при гидролизе водорода и хватит ли его для наполнения центральной полости, при повышенном давлении пара в средней. Возможно здесь потребуется подкачивающий компрессор, чего не хотелось бы.

Самое тяжёлое из оборудования, это будет всё-таки генератор паротурбины, ходовые двигатели и конечно же аккумуляторы. Размеры и вес аккумуляторов можно уменьшить, если удастся добиться достаточной эффективности накопления и расходования энергии за счёт выработки водорода электролизом и обратного получения электричества (и тепла для средней полости) сжиганием водорода и выработки тока турбогенератором. Впрочем сильно уменьшать ёмкость аккумуляторов нельзя, чтоб аппарат смог совершить аварийную посадку при разгерметизации полостей.

Добавлено спустя 23 минуты 9 секунд:
На счёт экспериментов.

Первое, что надо будет сделать, это научится изготовлять вложенные полости, добиться герметичности соединения трубок подводящих (и отводящих) газы (и воду в среднюю полость). После этого можно будет пробовать подключать разные узлы и агрегаты, компонуя их между собой.

Для этой работы потребуется решить вопрос с приобретением металлизированной плёнки в достаточном для экспериментов количестве. Так же надо решить вопрос с примерными размерами аэростата, чтоб отрабатывать технологию изготовления оболочек в реальных размерах.
Не ищу лёгких путей.
Аватара пользователя
PavelZ
 
Сообщения: 83
Зарегистрирован: 04 ноя 2011, 12:36
Откуда: Хабаровск
ФИО: Павел Зачеса

Re: Летающий робот для мониторинга поверхности

Сообщение legion » 19 дек 2011, 08:19

Не зная вес агрегатов не получится решить вопрос с примерными размерами аэростата.
legion
 
Сообщения: 736
Зарегистрирован: 24 апр 2010, 14:47
Откуда: Уфа
прог. языки: avr asm

Re: Летающий робот для мониторинга поверхности

Сообщение boez » 19 дек 2011, 13:33

Автокомпрессор - плохой пример, потому как он на десяток атмосфер расчитан, вот и тяжелый. Здесь нужно что-то наподобие аквариумного компрессора (подозреваю, в автоматическом тонометре примерно такой же внутри, токо мощностью поменьше). Такие компрессоры - мембранного типа.

Электролиз водорода даст нормальное давление, с этим проблем не будет. Проблемы будут с КПД - у электролиза как такового меньше 50%, и из обратного преобразования тоже много не выжмешь, даже на топливных элементах, не говоря уже про сжигание.

Так, пока размышлял насчет возможных внутренних давлений - нашел бяку в паровой области. Вода имеет известную зависимость давления насыщенных паров от температуры. При комнатной температуре это, к примеру, всего 0.03 атм. При превышении этого давления вода конденсируется. Даже при 60 градусах это всего 0.2 атм. А получить выше 60 градусов от солнца уже сложнее, плюс не любая пленка это выдержит. Т.е. остальные 0.8 атм надо добивать воздухом. И что мы получаем? Мы спускаем эту 1 атм в турбину, на другой стороне у нас холодильник. Даже если охладить до +20 - останется 0.83 атм воздуха с паром в газообразном состоянии. Что делать с этой смесью? А ее надо закачать обратно в оболочку. Другой турбиной. Затратив 83% от энергии пара и воздуха, израсходованной на первой турбине - поскольку энергия это объем умноженный на разность давлений, разность давлений у нас одинаковая - 0.17 атм, просто с разным знаком, а объем 83% от исходного. Т.е. надо иметь связку из двух турбин или компрессоров с суммарным КПД не ниже 83%, а реально выше - мы ж еще и электричество хотим получать! ИМХО нереально.

Т.е. непрерывная генерация не светит. Чтоб была непрерывная - надо делать концентратор, систему ориентации и выделенный котел с температурой выше сотни. А так - проще солнечные батареи и аккум.

Вот цикловая генерация возможна - утром солнышко начинает светить, температура и давление подымается, турбина работает, заряжает аккум или делает водород, паровой отсек сдувается. А ночью температура падает и можно воздух накачать обратно без проблем. Про давления ниже атмосферы можно забыть, т.е. работаем просто от разности давлений в паровой и воздушной областях. Но это, если раз в сутки, грустно и мало - больше 0.1 атм разности не получится, это и так тонна на квадратный метр оболочки - разорвет. А даже если мы сдуем паровую область на 10 кубов с 0.1 атм - это 100 килоджоулей, т.е. чуть менее 30 ватт-часов, маленькая СБ мощностью ватт 5 эту энергию наберет за день.

В общем, чего-то мне не нравится паровая область в аэростате, она еще и неустойчивая будет до жути - небольшое снижение аэростата вызовет повышение давления, конденсацию воды, падение объема и дальнейшее снижение... Придется компенсировать системой управления плавучестью.

А система управления плавучестью тоже хрень еще та. Пусть у нас 20 кубов водорода (это порядка 20 кг подъемной силы всего). Для повышения плавучести скажем на 5% надо выработать еще куб водорода - это 4-5 квт*ч электричества, это реально много, за день может и наберется если пол-аэростата батареями обвесить. И аккум такой емкости, даже литий, весит килограммов 10... Т.е. про активное маневрирование с помощью сжигания водорода и электролиза можно забыть. Вот нагревом - пожалуй можно. Но считать надо.

Короче, не вижу я ни малейших плюсов в такой сложной схеме аэростата, с паром и воздухом - проще сделать чисто водородный, с пополнением потерь водорода электролизом росы и энергией от солнечных батарей. Оболочку делать нерастяжимой, давление в ней выбрать выше наружного атмосферного, чтобы аэростат сам висел на определенной высоте, определяемой его весом и внешним давлением.
boez
 
Сообщения: 1974
Зарегистрирован: 27 авг 2008, 10:45
Откуда: Харьков
прог. языки: С/С++

Пред.След.

Вернуться в Идеи

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: Yahoo [Bot], Yandex [Bot] и гости: 2

Mail.ru counter