roboforum.ru

Технический форум по робототехнике.

 

Летающий робот для мониторинга поверхности

Обсуждаем рождающиеся мысли и результаты экспериментов.

Летающий робот для мониторинга поверхности

Сообщение PavelZ » 11 дек 2011, 10:49

Забыл, что сессия ограничена по времени, написал слишком много и при попытке прикрепить изображение потребовало пароль, после того текст исчез...

В общем, если кратко, смесь дирижабля и квадрокоптера с двумя поворачиваемыми пропеллерами для движения. Оболочка многослойная: сухой воздух, насыщенный паром воздух посередине и водород в центре. Оболочка между полостью с сухим воздухом и полостью насыщенной паром, хорошо проводит тепло вовнутрь и плохо наружу, внешняя сухая полость нужна для уменьшения конвективных потерь. Парогенератор для зарядки аккумулятора, электролизер для компенсации потери водорода.

Там много всего в этой идее, спрашивайте если интересно!
Вложения
Dron.jpg
Набросок компоновки.
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 elmot » 11 дек 2011, 11:01

Если будут продвижения по железу, готов помочь по ПО.
Парогенератор? Электролизер на борту? Имхо перебор. Это надо тащить на себе очень много энергии и веса. А электролизер - вообще ничего хорошего не даст. Для его работы нужна вода. Литр воды - 1 кг, 1кг воды ~= 100г водорода ~= 1 кг подъемной силы, так что тащение на борту воды для электролиза не даст преимущества ни в каких условиях, а вот сложностей добавит. Прикидывал в уме, мог ошибиться раза в полтора, но мысль именно такая. И вообще водород - это ахтунг, особенно рядом с электрикой. Помните судьбу "Гинденбурга". Так что лучше гелий или монгольфьерный принцип.
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, 15:26

Сначала немного истории, так сказать. Пять лет назад увидел в сети информацию о стратосферной электростанции, которую вроде даже смогли воплотить в натуре, наши братья из Китая. Я тогда как раз очень интересовался альтернативными источниками энергии. Основная идея была в том, чтоб использовать аэростат с оболочкой пропускающей солнечные лучи вовнутрь и не дающей ему уходить наружу. К примеру, достаточно просто сделать оболочку чёрной снаружи и зеркальной внутри.

Я развил ту идею и написал целую статью на тему такого аэростата, к сожалению она была только на моём сайте (htpp://shalasha.net), а когда сайт переносил на другую CMS, то все материалы не касающиеся основной тематики (строительства) удалил, по странному стечению обстоятельств оригинал статьи не сохранился, а там были и расчёты кстати.

Суть моей идеи состояла в том, чтобы использовать несколько вложенных друг в друга полостей. В центре полость с водородом. Её окружает полость с горячим воздухом, насыщенным паром (центральная полость). Наружняя полость, граничащая с атмосферой тонкая прослойка сухого воздуха, которая нужна, как я писал для уменьшения конвективных потерь тепла.

Подъёмная сила складывается из суммы подъёмных сил объёма водорода и объёма пара. Почему водород, а не гелий? Водород дешевле и создаёт намного большую подъёмную силу. Электролизер нужен для генерации водорода перед стартом и компенсации потерь водорода в полёте. Воду можно брать из конденсата собирающегося на поверхности аэростата, а не таскать её с собой.

Добавлено спустя 36 минут 31 секунду:
Аэростат (или иначе дирижабль) отличается плохой управляемостью, а вертолёт (мультикоптёр) малым запасом хода. Объединив в одной конструкции элементы того и другого, можно получить манёвренный летающий аппарат с большим запасом хода. Используя энергию солнца, можно значительно увеличить автономность, до пределов, ограниченных износом механических частей и возможным выходом из строя электронных компонентов.

Водород сам по себе не взрывается и не воспламеняется. Разность давлений между средней и центральной полостью будет уменьшать утечку водорода, до минимума обусловленного диффузией. Те не многие атомы водорода, которые всё таки просочатся во внутреннюю полость будут потихоньку реагировать с атомами кислорода, увеличивая температуру смеси воздуха с паром. Кстати пар в отличии от просто горячего воздуха более теплоёмкий и лучше подходит для аккумулирования солнечной энергии. Возможно, для того, чтоб атомы водорода сразу реагировали с кислородом не накапливаясь, потребуется какой-нибудь ещё компонент смеси в качестве катализатора.

Добавлено спустя 20 минут 20 секунд:
Вот нашёл своё же упоминание на тему аэростата с вложенными полостями: http://www.elite-games.ru/conference/viewtopic.php?p=2489599#2489599

Надо прикинуть, какие размеры будут оптимальны для данного аппарата, если его использовать только для длительного мониторинга и не замахиваться на что-то ещё. К примеру, на Дальнем Востоке, где я живу, большие проблемы со слежением за возникновением пожаров. Неплохо было бы выслеживать с помощью таких аппаратов браконьеров и чёрных лесорубов.

Добавлено спустя 44 минуты 19 секунд:
С высотой, при отсутствии низкой облачности, дальность GSM связи увеличивается, но всё равно большие территории не покрыты сотами операторов связи. Аппарату потребуется обязательное наличие автопилота и GPS модуля. В автономном режиме он может обследовать определённый квадрат и при возникновении нештатной ситуации лететь в ближайшую область, где можно связаться с центром управления, предварительно засняв на видео детали происшествия. Обеспечивать его спутниковой связью слишком накладно. Как вариант, при использовании нескольких таких аппаратов, можно использовать их для организации цепочки релейной связи.

Также вопрос ещё в том, когда могут возникнуть проблемы с низким зарядом батарей, к примеру, после длительного патрулирования местности в дождливую погоду, при длительном отсутствии солнца, потребуется поднять аппарат выше облачного покрова, для зарядки аккумуляторов. Плохо будет для аппарата и длительная солнечная погода, когда придётся искать водоём, для пополнения запаса воды.

Добавлено спустя 27 минут 2 секунды:
По конструкции. На счёт двигателей, аккумулятора, силовой электроники и схем управления -- всё зависит от размеров и веса аппарата. Судя по всему как и на мультикоптёр, затраты на всё это в пределах $300-$500. Компьютер на базе itx мамки, для автопилота, информации с разных датчиков и видео -- ещё как минимум на $500. Шасси можно сделать из текстолита и алюминия. Остаётся главное -- это конструкция многослойной оболочки аэростата, насосов и прочего оборудования для его наполнения газами и регулировки при старте и в полёте. Отдельная тема парогенератор и электролизер, без них можно обойтись для начала (можно сделать эти агрегаты отдельными для предстартовой подготовки), но для полной автономности аппарата они необходимы.

Надо найти как можно приобрести металлизированную плёнку с требуемыми свойствами, научится сваривать из неё вложенные полости, с трубками для закачки водорода в центральную полость, пара, воды в среднюю полость и отвода излишнего пара, регулировки давления сухого воздуха в наружной полости. Пока думаю, как это всё осуществить...

Добавлено спустя 21 минуту 20 секунд:
По организации каталитического (беспламенного) горения водорода http://www.retech.ru/index-25.php дорогая штука наверное, может есть что попроще?
По металлизированным плёнкам производители http://sjzpackaging.en.alibaba.com/productlist.html и http://radix-sh.en.alibaba.com/productlist.html в соседней теме подсказали как найти, вот только отправляют ли они товар меньше чем контейнерами?
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 Michael_K » 11 дек 2011, 16:10

У аэростатов есть огромная проблема: большой объем - это большой парус.
Если хочется лететь против ветра, то вполне возможно, что такой гибрид сожрет больше энергии, чем коптер.
Аватара пользователя
Michael_K
 
Сообщения: 6034
Зарегистрирован: 07 окт 2009, 00:29
Откуда: СПб

Re: Летающий робот для мониторинга поверхности

Сообщение legion » 11 дек 2011, 16:32

Если летать круглые сутки, то надо, на мой взгляд, делать не квадрокоптер с газовой полостью, а дирижабль с небольшим(и) пропеллером(ами). Я про соотношение размеров на схематическом изображении. Иначе ночью не вывезти весь этот доп. вес на пропелллерах. Парогенератор... не будут ли солнечные батареи проще и эффективнее? Я так понимаю, летающий парогенератор - основная цель проекта?
legion
 
Сообщения: 736
Зарегистрирован: 24 апр 2010, 14:47
Откуда: Уфа
прог. языки: avr asm

Re: Летающий робот для мониторинга поверхности

Сообщение PavelZ » 11 дек 2011, 16:33

Коптёр всё-таки много энергии расходует для простого удержания на определённой высоте.

Пока нет чёткого представления, какое надо соотношение объёма аэростата и мощности силовой установки. Надо считать, прототипировать и смотреть как будет вести себя аппарат в реале.

Парусность гибрида можно уменьшить, сделав форму аэростата приплюснутой сверху и снизу, а также чуть сжать с боков, уменьшив таким образом лобовое и боковое сопротивление воздушному потоку. Такая форма также позволит увеличить подъёмную силу за счёт аэродинамического эффекта крыла. Большое значение имеет и алгоритм управления летательным аппаратом, можно подняться выше или опуститься ниже и найти более подходящий (попутный) воздушный поток, двигаться зигзагом (галсами) против ветра...
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, 16:45

Движение галсами без киля разве возможно?
legion
 
Сообщения: 736
Зарегистрирован: 24 апр 2010, 14:47
Откуда: Уфа
прог. языки: avr asm

Re: Летающий робот для мониторинга поверхности

Сообщение PavelZ » 11 дек 2011, 16:52

legion писал(а):Если летать круглые сутки, то надо, на мой взгляд, делать не квадрокоптер с газовой полостью, а дирижабль с небольшим(и) пропеллером(ами). Я про соотношение размеров на схематическом изображении. Иначе ночью не вывезти весь этот доп. вес на пропелллерах. Парогенератор... не будут ли солнечные батареи проще и эффективнее? Я так понимаю, летающий парогенератор - основная цель проекта?
Дирижабль с маленькими пропеллерами -- это уже было. Впрочем масштаб точно не выдержан, на рисунке просто набросок... Предполагается, что запаса тепла в полости с паром должно хватит надолго (благодаря отражающей плёнке и защитного слоя полости сухого воздуха снаружи), а водород так вообще будет долго держаться.

Парогенератор не проще, но эффективнее это уж точно. Во первых часть энергии запасается в самой полости с паром, потом КПД парогенератора не ниже солнечных батарей, но дешевле на ватт мощности. Вес генератора с избытком компенсируется подъёмной силой пара.

Парогенератор не сама цель, а составная часть всей системы. Основная цель получить летательный аппарат с максимальной автономностью вплоть до возможности дальних перелётов без обслуживания.
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 elmot » 11 дек 2011, 16:54

legion писал(а):Движение галсами без киля разве возможно?

Движение галсами в атмосфере вообще бессмысленно. Для эффективного движения галсами нужно две среды, одна - подвижная атмосфера, вторая относительно неподвижная поверхность, только за счет сцепления с неподвижной средой мы можем получить некую силу, противостоящую смещению воздушных масс. Просто атмосферный объект не будет идти галсами при наличии любого размера килей. Яркий пример - воздушный змей. Он летит, только пока есть ветер и натянута веревка. Если веревку порвать, сцепление с поверхностью изчезает и змей падает.
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 legion » 11 дек 2011, 17:15

elmot, я это и имел в виду - отсутствие контакта с водой, т.е. со второй средой.

Нужны хотя-бы грубые подсчеты по подъемной силе и весу. Подъемная сила горячего воздуха, к слову, очень мала, по сравнению с водородом/гелием,
legion
 
Сообщения: 736
Зарегистрирован: 24 апр 2010, 14:47
Откуда: Уфа
прог. языки: avr asm

Re: Летающий робот для мониторинга поверхности

Сообщение PavelZ » 11 дек 2011, 17:51

Зигзагом будет ходить, галсы там были в скобках :oops: :) Зигзагом влево и вправо, вверх и вниз выискивая подходящий воздушный поток. Сильный ураганный ветер это вообще-то редкость на высоте и не так опасен как у поверхности. Ну отнесёт куда подальше, если винты не справятся, на то и автономность, чтоб автопилот вернул на маршрут.

Добавлено спустя 34 минуты 29 секунд:
Привожу рисунок полостей аэростата. Основная подъёмная сила образуется за счёт водорода в центре. Красная полость в середине пар, как аккумулятор солнечной энергии, в первую очередь, а небольшая подъёмная сила как бонус. Тоненькая полость сухого воздуха -- теплоизолятор, впрочем он холодным не будет совсем и тоже будет давать небольшой прирост в подъемной силе.
Вложения
aerostat.jpg
Полости аэростата
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 =DeaD= » 11 дек 2011, 17:55

А что, если сделать аэростат-крыло? :)

Материалы нынче такое позволяют?
Проект [[Open Robotics]] - Универсальные модули для построения роботов
Аватара пользователя
=DeaD=
 
Сообщения: 24053
Зарегистрирован: 06 окт 2004, 18:01
Откуда: Ебург
прог. языки: Pascal / C++ / PHP / 1C
ФИО: Антон Ботов

Re: Летающий робот для мониторинга поверхности

Сообщение Myp » 11 дек 2011, 17:56

PavelZ писал(а):Те не многие атомы водорода, которые всё таки просочатся во внутреннюю полость будут потихоньку реагировать с атомами кислорода, увеличивая температуру смеси воздуха с паром.

это как?
<telepathmode>На вопросы отвечает Бригадир Телепатов!</telepathmode>
Всё уже придумано до нас!
Аватара пользователя
Myp
скрытый хозяин вселенной :)
 
Сообщения: 15933
Зарегистрирован: 18 сен 2006, 12:26
Откуда: Тверь по прозвищу Дверь
прог. языки: псевдокод =) сила в алгоритме!
ФИО: глубокоуважаемый Фёдор Анатольевич

Re: Летающий робот для мониторинга поверхности

Сообщение haste » 11 дек 2011, 18:02

Павел,

Это воздухоплавательный аппарат.
Что в нем роботизировать?
haste
 
Сообщения: 30
Зарегистрирован: 17 ноя 2011, 07:06
Откуда: Новосибирск

Re: Летающий робот для мониторинга поверхности

Сообщение Myp » 11 дек 2011, 18:02

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.
<telepathmode>На вопросы отвечает Бригадир Телепатов!</telepathmode>
Всё уже придумано до нас!
Аватара пользователя
Myp
скрытый хозяин вселенной :)
 
Сообщения: 15933
Зарегистрирован: 18 сен 2006, 12:26
Откуда: Тверь по прозвищу Дверь
прог. языки: псевдокод =) сила в алгоритме!
ФИО: глубокоуважаемый Фёдор Анатольевич

След.

Вернуться в Идеи

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 3

Mail.ru counter