Naukowe Koło Mlodych Konstruktorow

Przewód zastosowany do przesyłania obrazu z kamery do odbiornika musi być zabezpieczony przed opadaniem na dno w wodzie. Rozpatrywano następujące propozycje zapewnienia zerowej pływalności przewodu:

Propozycja pierwsza została odrzucona ze względu na właściwości fizyczne styropianu (kurczenie się pod wpływem ciśnienia w wodzie). Następna propozycja – ochronna otulina – nie zyskała uznania względu wysoką, aczkolwiek nie wystarczającą, odporność higroskopijną. Zastosowanie spławików wiązałoby się z poniesieniem zbyt dużych kosztów. Trudności ze zdobyciem materiału (korka) przyczyniły się do zrezygnowania z tej możliwości. Jako najlepsze rozwiązanie członkowie NKMK zdecydowanie przyjęli zastosowanie pływaków. W zaopatrzeniu się w odpowiednia liczbę pływaków (150 sztuk) pomogła nam firma PHU-MaxRyb z Ostródy, która pokryła koszty zakupu pływaków i transportu oraz dołączyła do pływaków niezbędną do zamocowania nić i igłę.

Do doboru wielkości i liczby pływaków niezbędne jest wyznaczenie pływalności przewodu oraz pływaków. Podczas obliczeń przyjęto długość przewodu jako 1 m. W pierwszym etapie obliczeń ustalono ciężar, wyporność i pływalność kabla (1), a następnie wyznaczono te same parametry dla pływaka (2). Kolejnym krokiem było zsumowanie pływalności kabla i pływaka (3). Uzyskano wartość mniejszą o 40% od wymaganej i z tego względu zdecydowano się na umieszczenie pływaków w odległości 0,5 m od siebie, aby uzyskać zerową pływalność.

(3) Zsumowanie pływalności pływaka i przewodu: P = 0,06 - 0,101 = -0,041 [N]

OBLICZENIE WYPORNOŚCI PŁYWAKÓW do pobrania pdf.

Transmisja obrazu z kamery batyskafu na powierzchnię

W wyborze kamery kierowaliśmy się stosunkiem jakości obrazu do ceny oraz możliwością rejestracji obrazu w ciemności. Kamera, która została wybrana, ma 540 TVL(linii) oraz minimalny poziom natężenia oświetlenia = 0,01 Lux . Kamera posiada opcję „widzenia” w nocy bez używania diod infra red – pozwala to zaoszczędzić nieco energii. Jej kąt widzenia to 67° . Do działania kamery w trybie ‘dzień’ dodatkowo użyty jest reflektor nurkowy halogen.

Duża odległość kamery od odbiornika obrazu (100m) powoduje, że sygnał analogowy „gubiłby się”, gdyby był wysyłany przewodem koncentrycznym. Rozwiązaniem tego problemu jest zastosowanie transmitera, który zamienia sygnał analogowy kamery na sygnał cyfrowy, dzięki czemu możliwy jest przesył obrazu na większe odległości - 400m dla koloru i 600m dla obrazu czarno-białego. Przewód, który zostanie do tego wykorzystany, to UTP klasy 5E (skrętka komputerowa) żel, co gwarantuje zabezpieczenie przed ewentualnym zniszczeniem izolacji.

Na powierzchni znajduje się kolejny transmiter, który z powrotem zamienia sygnał cyfrowy na analogowy, aby później trafił do karty DVR podłączonej do komputera. Obraz wyświetlany jest na ekranie komputera, ale jest możliwość wyświetlania go na dowolnym odbiorniku o wejściu chinch.

Oto schemat działania:

Rys. Transmisja obrazu z kamery batyskafu na powierzchnię

Projekt dekli do batyskafu

Nasze prace w ostatnim czasie skupiały się na sposobie zamknięcia komór batyskafu. Jest to jedna z kluczowych spraw ponieważ konieczne jest szczelne i niezawodne zamknięcia które chronić będzie znajdującą się wewnątrz elektronikę, czyli cały układ sterowania oraz zanurzania, jak i również zasilający cały batyskaf akumulator.

Rys. Dekle batyskafu

Kryteria brane pod uwagę podczas wyboru zamknięcia batyskafu :

Szczelność

Wytrzymałość na ciśnienie znajdujące się na głębokości do 50 m

Niezawodność

Koszt

Łatwość wykonania

Estetyka

Koncepcja 1.

Rys. Pierwsza koncepcja zamknięcia komory batyskafu

Czerwona płaszczyzna (rys) jest styczna do rury zawierającej części elektroniczne batyskafu. Podczas składania całego mechanizmu będziemy podpierać ścianki rury co pozwoli docisnąć dekle a co za tym idzie uzyskane zostanie uszczelnienie konstrukcji . Konstrukcja spełnia pierwszy i drugi kryterium rozpatrywane podczas wyboru koncepcji lecz wykonanie tego rodzaju zamknięcia mogło by się okazać bardzo pracochłonne, a koszty wykonania są wysokie.

Koncepcja 2

Rys. Druga koncepcja zamknięcia komory batyskafu

Druga koncepcja (rys.) spełnia pierwsze trzy warunki rozpatrywane podczas wyboru koncepcji lecz tak jak w przypadku poprzedniej koncepcji jej wykonanie byłoby pracochłonne Podstawową częścią częścią w tej koncepcji jest kątownik połączony z deklem śrubami. W koncepcji tej zaplanowano wykonanie rowka wpustowego pod obręcz, który zapewnia brak ślizgania się obręczy.

Koncepcja 3

Rys.Trzecia koncepcja zamknięcia komory batyskafu

Trzecia Koncepcja (rys.) jest w porównaniu z poprzednimi najbardziej niezawodna oraz najłatwiejsza do wykonania. Koszty jej wykonania nie są wysokie w porównania z pozostałymi koncepcjami. Podstawą koncepcji śą dwa dekle skręcone za pomocą nagwintowanych prętów.
Po przeanalizowaniu wszystkich koncepcji przez członków Naukowego Koła Młodych Konstruktorów jako konstrukcja optymalna została wybrana koncepcja trzecia.

Po wybraniu koncepcji przyszedł czas na dokładne obliczenie za pomocą Metody Elementów Skończonych. Obliczono, że grubość blachy potrzebnej do wykonania dekli ze stali węglowej powinna wynosić minimum 6 mm .

Rys. Rozkład naprężeń na deklu nr. 1

Naprężenia rzędu 165 MPa nie przekraczają granicy plastyczności która dla stali węglowej która zostanie użyta do wykonania dekli wynosi ok. 220 MPa.

Okazało się, że konieczna jest zmiana kształtu dwóch dekli (rys. 5.) ponieważ zbiorniki ze sprężonym powietrzem służącym do wynurzania batyskafu znajdują się bardzo blisko dekli.

Rys. Dekiel z wyciętymi miejscami na butle z tlenem.

Po zmianie kształtu dekli ponownie przeprowadzona została analiza naprężeń. Naprężenia nie przekraczały wartości dopuszczalnych (Rys.).

Rys. Naprężenia dekla.

Jedne z gotowych dekli przedstawiony został na rysunku poniżej (rys.).

Rys. Jeden z wykonanych dekli.

Podsumowanie

W opracowaniu zawarto etapy modelowania oraz analizowania zamknięć od batyskafu. Rozpatrywane były różne koncepcje, z których wybrana została optymalna pod względem rozpatrywanych kryteriów. Przeprowadzona została analiza MES, która potwierdziła odpowiednią wytrzymałość konstrukcji. Efektem naszej pracy są wykonane w dekle.

Pływalność batyskafu

Już wcześniej przeprowadzone zostały obliczenia pływalności batyskafu, różnica pomiędzy tymi wcześniejszymi a tymi przedstawionymi w artykule to fakt , że wcześniejsze dotyczą różnego rodzaju koncepcji batyskafu. Projekt batyskafu w formie ostateczniej zmienił się znacznie dlatego konieczne okazało się ponowne obliczenie pływalności batyskafu. W artykule przedstawiony został schemat obliczeń ramy batyskafu. Obliczenia pływalności całego batyskafu przedstawione zostały w załączniku.

Do pobrania Wypornosc batyskafu.pdf

Rys. 1. Schemat sił działających na ramę. Wyporność jest to różnica pomiędzy siłą wyporu, a ciężarem ciała.

Vram:=1724189,94mm^3=1,724L

MASAramy:=Vram*(ro)stali=13,535kg

FwypRamy:=Vramy*(ro)w=1,724kg

WypornośćRamy:=FwypRamy-MASAramy=-11,811kg

Do obliczeń wyporności konieczne jest uwzględnienie objętości ramy (1) wartość ta odczytana została z programu w którym wykonany został model 3D batyskafu. Ciężar ramy (2) można policzyć mnożąc jej objętość i gęstość stali, którą przyjęto jako 7850 kg/m^3. Obliczenia te są zgodne z zwarzoną w rzeczywistości ramą. Siła wyporu ramy (3) zgodnie z prawem Archimedesa jest to siła działająca na ciało zanurzone w cieczy, skierowana jest do góry, wartość jej jest równa masie wypartej wody. Wyporność ramy można policzyć mnożąc objętość ramy oraz gęstość wody (1000kg/m^3). Po pomnożeniu przez przyśpieszenie ziemskie (9.81 m/s^2) otrzymujemy jednostki układu SI. Pływalność ramy (4) jest to różnica pomiędzy siłą wyporu ramy, a jej ciężarem.

Znak minus w naszym wyniku oznacza, że metalowa rama po umieszczeniu w wodzie będzie tonęła. Jednym z zadań obliczeń wyporności jest to, żeby konstrukcja charakteryzowała się zerową pływalnością, uzyskane to zostanie między innymi poprzez odpowiednio dobraną komorę balastową. Obliczenia całego batyskafu przeprowadzone zostały wg. Przedstawionego powyżej schematu.

Badanie pędników