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gepard

Work in progress (chissà a che punto sarò il prossimo 23 Maggio ?)

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Che fatica, dopo tre settimane di "lavoro extralavorativo" sono solo a questo punto:

 

project_wip.thumb.png.eed57bac81732eec29699678e3089df8.png

 

Vediamo se qualcuno indovina quale battello sto modellando...

 

In un prossimo post fornirò il link allo strumento CAD che sto utilizzando e ulteriori dettagli sul prgetto in corso.

 

Mi piacerebbe rendere open source il mio lavoro ma non so se posso fornire anche il file dato che comunque si tratta del tracciamento 3D dei piani di costruzione dei Navimodellisti Bolognesi.

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Molto bene, @gepard

Inutile dire che ti seguirò con estremo interesse, tienici aggiornati...

 

Più avanti ti farò altre domande, ma per intanto ti chiedo: italico, direi legato a Betasom per come lo scrivi, 4+4 tls...

Tazzoli:wink:

 

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28 minutes ago, Ocean's One said:

italico, direi legato a Betasom

Beh, sì, italico e legato a Betasom.

 

Man mano che aggiungerò dettagli al modello diverrà chiaro di quale battello si tratta.

 

Intanto questo è il link al sw CAD che sto usando in questa fase della modellazione: Solvespace

 

È un CAD parametrico open source estremamente leggero, semplice da usare e multipiattaforma (Linux, Windows e OsX).

 

Per ora lo sto usando come un semplice sketcher 3D per vettorizzare le scansioni dei piani di costruzione.

 

Prima o poi, forse, imparerò ad usare FreeCAD per la fase di modellazione 3D delle superfici, in ogni caso il mio obiettivo finale è quello di realizzare un modello (mi piacerebbe in metallo) in scala 1:50 quindi per ora lo shading sberlucciccante e i dettagli 3D più minuti non mi interessano.

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Sì, esatto, il Da Vinci, con le modifiche fatte a fine '42 nei test di trasporto, rilascio e recupero del CA2.

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L'idea è quella, o meglio, il desiderio.

 

Intanto, un po' alla volta, procedo con la modellazione su CAD delle caratteristiche costruttive / meccaniche dei due battelli.

 

E, man mano che avrò materiale, pubblicherò con licenza open source anche la documentazione relativa alla parte elettronica.

 

Per quanto riguarda i file CAD che sono tratti dai disegni (copie degli originali dei C.R.D.A.) che ho acquistato dall'Associazione Navimodellisti Bolognesi, mi piacerebbe che qualcuno alla base, esperto in questioni di diritti d'autore, mi dicesse se potrò pubblicare anche loro con licenza open source. 

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Buongiorno Gepard, per scrupolo chiederei comunque l'autorizzazione dei titolari dei disegni da cui sono tratti gli elaborati.

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Quel cilindro sarà il WTC che conterrà l'elettronica di comando, contollo e comunicazioni, è posizionata e dimensionata esattamente come la camera di manovra del Da Vinci.

Intorno ad essa, esattamente come nel battello reale, ci saranno le casse di zavorra principali, la cassa di emersione e la cassa della rapida.

 

Per quanto riguarda le batterie, gli attuatori e i sensori la mia idea è di impermeabilizzarli e posizionarli all'esterno del WTC nelle zone più opportune, approssimativamente dove erano nel battello reale, solo che nel modello saranno a contatto diretto con l'acqua anzichè all'asciutto dentro lo scafo resistente.

 

project_wip.png

Edited by gepard

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Carissimo, apprezzo il rigore con cui affronti questo lavoro e la volontà di riprodurre fedelmente la disposizione dei componenti interni del battello reale.

 

Se posso, però, vorrei metterti in guardia dal copia-incolla puro e semplice: nella riproduzione in scala spesso non funziona, specialmente se la dinamica in gioco è complessa come per un modello di sommergibile.

 

Per esempio, l’opera morta da far emergere sul modello avrà certamente uno spessore maggiore di quanto sarebbero le sottili lamiere a libera circolazione riprodotte in scala. Quindi, le esigenze di stabilità del modello emerso saranno certamente diverse da quello del battello reale, e probabilmente peggiorative.

Scegliere di partire con un piccolo WTC che occupa soltanto il volume della camera di manovra potrebbe poi darti risorse di stabilità insufficienti per ottenere la stabilità necessaria.

(e con il CA issato sul ponte sarebbe ancora peggio)


Oltretutto, la scelta di utilizzare un WTC molto corto ti garantirà poca stabilità longitudinale molto in emersione, poiché i volumi che fai emergere a prora e a poppa durante il beccheggio sono solo strutture a libera circolazione, che non possono dare grosse variazioni di spinta idrostatica

 

infine, avrei qualche dubbio sul posizionamento esterno delle casse di zavorra. Infatti, se sono all’esterno e piene d’acqua, non danno alcun contributo; per emergere devi invece riempirle di aria, ma a questo punto avresti dei contenitori pieni d’aria posti nella parte bassa del battello (visto che le casse erano poste in basso nel sommergibile reale). Capisci bene che avere aria sotto la mezzeria del battello è controproducente per la stabilità.
 

Detto tutto questo, il mio consiglio è quello di avere un WTC il più lungo e il più largo possibile, che occupi tutto il volume disponibile, ma senza uscire sopra la linea di galleggiamento (poiché in quest’ultimo caso perderesti spinta durante l’emersione).

Magari potresti anche pensare di combinare tre cilindri di diametro differente, più grande il centrale e più piccoli i due di estremità, per seguire meglio le forme dello scafo.

Dopodiché, sarebbe opportuno tenere le casse di immersione all’interno del WTC, eventualmente facendole coincidere con i due cilindri di diametro ridotto posti alle estremità dello scafo.(ammesso che gli assi elica passino sotto il cilindro di poppa, ma credo di sì).

 

Scusami, ma ho sentito la necessità di metterti in guardia nelle fasi iniziali del tuo progetto, perché partire male significa poi portarsi dietro un modello pieno di compromessi e con diverse “coperte corte”

(per esempio, il magnifico Zoea di Gpez, realizzato parecchi anni fa, era stupendo come fattura, ma con poche risorse di stabilità, e ha finito per rimanere soltanto un modello statico).

 

Comunque, se hai bisogno dei consigli nel mettere giù il progetto iniziale (volumi, pesi, bracci di leva...), il sottoscritto è più che disponibile.

Anzi, se ti può essere utile, ti posso segnalare il thread sulla stabilità dei battelli R/C, riportato in questa sezione del forum
Ciao!

 

 

 

 

 

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On 6/18/2022 at 10:40 PM, Ocean's One said:

Scusami, ma ho sentito la necessità di metterti in guardia nelle fasi iniziali del tuo progetto, perché partire male significa poi portarsi dietro un modello pieno di compromessi e con diverse “coperte corte

 

@Ocean's One hai fatto benissimo a mettermi in guardia ora, in questa fase di sgrossatura preliminare del progetto, ti ringrazio e sicuramente ti chiederò supporto, grazie anche per aver inserito il link al thread sul bilanciamento 😉.

 

Nel frattempo, per agganciarmi un po' alla questione della lunghezza del WTC devo fare una piccola divagazione relativa al sistema di lancio dei siluri riguardo al quale nelle immagini precedenti è visibile solo la parte dei tubi di lancio veri e propri, manca ancora quella delle "slitte" per le armi di riserva e i meccanismi per il loro caricamento all'interno dei TLS.

 

Slitte, e meccanismi di caricamento si protenderanno dai TLS per una lunghezza leggermente superiore a quella dei TLS stessi.

 

Per non complicarmi la vita più di quanto già stia facendo, tutta questa roba sarà in una zona a librera circolazione  dell'aqua e questo farà sì che il WTC non potrà estendersi più di tanto.

 

Avevo comunque pensato di "avvolgere" i soli TLS con delle casse di zavorra allagabili ma non a libera cirolazione dell'acuqa, alle estremità di prua e di poppa.

 

Ora faccio una piccola anticipazione relativa ad un dettaglio tecnico dei siluri: saranno elettrici e alimentati da un supercondensatore.

L'idea è di caricare il supercap in modalità wireless dal battello stesso quando il siluro sarà stato inserito nel tubo di lancio.

 

Allego l'immagine dello schema elettrico (per gli interessati, il progetto, realizzato con KiCAD 6.99.0 è su github: G7e)

 

G7e.thumb.png.383e5cfe30a8afcdd2a33162f7a5105e.png

 

La parte circuitale nel riquadro trateggiato "Super cap wirless charger circuit" non l'ho ancora testata.

 

Ho invece testato il resto del circuito, sostituendo alla circuito di carica un piccolo alimentatore in corrente continua a 3V.

 

Di seguito una descrizione del circuito un po' dettagliata (so già che gli elettronici presenti ne forum mi linceranno...):

 

C4 è il supercondensatore che funge da batteria.

 

In pratica, quando all'ingresso del transistor Q1 c'è una tensione questo cortocircuita il condensatore C3 e tiene basso l'ingresso del transistor Q2 che si comporta come un circuito aperto scollegando di conseguenza il motore dall'alimentazione.

La tensione presente sull'ingresso di Q1 viene anche indirizzata al supercondensatore C4 tramite il diodo D3 che la abbassa a poco meno di 2.7V (i spercondensatori non tollerano tensioni superiori a quelle nominali per i quali sono stati progettati), caricandolo.

 

Dopo poche decine di secondi C4 è sufficientemente carico, nei miei test quindi scollegavo l'alimentazione e non avendo più una tensione al suo ingresso dato che il diodo D3 impedisce che la carica presente in C4 ritorni indietro, Q1 si "apre", se sia SW1 che SW2 rimangono aperti il motore rimane scollegato dall'alimentazione.

 

Basta chiudere per un istante SW2 (nei miei test era un semplice microswitch a pulsante) affinchè C3 si carichi un po' da C4 portando ad un livello alto l'ingresso di Q2 che a sua volta si "chiude" portando a massa un contatto del motore, il quale, collegato tramite l'altro contatto al positivo di C4, si mette in moto.

 

Se non si chiude SW1 il motore continuerà a girare fintanto che:

- rimane una sufficiente carica in C3 (il quale si scarica mooooolto lentamente perchè sia la resistenza di ingresso, gate, di Q2 che quella di uscita, source-drain, di Q1 sono mooooolto elevate)

- rimane una sufficiente carica in C4 (questo si scarica abbastanza in fretta attraverso il motore)

 

Con C4 della capacità di 1 Farad, un motore di tipo coreless da 4 mm di diametro può girare fino a circa minuto.

 

Nell'istante in cui si chiude SW1, C3 viene cortocircuitato e scaricato a massa, viene posto a massa anche l'ingresso di Q2 il quale a sua volta si apre scollegando il motore dall'alimentazione e facendolo fermare.

 

Nel siluro, SW2 potrebbe esere un contatto Reed di tipo normalmente aperto, che verrà brevemente chiuso quando il siluro, a causa dell'espulsione dal tubo di lancio, passerà vicino ad un magnete posizionato nei pressi del portello esterno del TLS.

 

SW1 invece sarà uno switch posto nella prua del siluro o un contatto inerziale (tipo una sferetta di acciaio) che si attiverà quando il siluro impatterà contro un qualsiasi ostacolo.

Edited by gepard

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:smiley22:  :smiley22:  :smiley22:

 

La mia mandibola tocca abbondantemente il pavimento.

Gepard, se riesci in quest’impresa sei un fenomeno!

 

Noto l’estrema cura per tutti i dettagli del tuo progetto; naturalmente resto a tua disposizione per la parte più “meccanica” e meno elettronica.

Per intanto, avrei qualche curiosità in merito ai siluri.

Diametro? Sarai su 1 cm circa, in scala 1:50, vero?
Quindi un volume del siluro che compensa un peso di una decina di grammi, giusto? Ci stai dentro con tutta la tua micro-elettronica?

Anche il motore è molto piccolo. Sai la sua potenza? Dovrai scegliere un’elica dimensionata correttamente (che fra l’altro non potrà essere doppia controrotante; quindi il siluro ruoterà su sè stesso, ma forse questo è un bene per andare più dritto...)

 

Poi, tanto di cappello che tu metta addirittura tutti gli 8 tubi.

Zero compromessi, vero?   :thumbsup:

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Il diametro esterno sarà di 11mm, 10mm quello interno, hem, non ho pesato i componenti elettronici, nei miei test ho usato componenti discreti standard però si potranno eventualmente usare componenti SMD fatta eccezione per il supercap, il motore, la bobina con nucleo in ferrite, il relè reed e lo switch inerziale.

Il supercap è voluminoso ma estremamente leggero.

 

Sacrificando un po' di funzionalità (carica wireless e spegnimento automatico del motore al primo urto) si può semplificare l'elettronica ai soli motorino, relè reed (del tipo normalmente chiuso, che verrà tenuto aperto da un magnete nel TLS) e supercap.

 

Il motorino è di quelli usati per l'attuatore aptico degli smartphone (la vibrazione), diametro 4mm lunghezza 12mm, sviluppano una velocità di 6300RPM a 3.7V, io li alimenterò al massimo a 2.7V.

 

L'elica dovrà essere di 9mm di diametro e non so proprio come realizzarla.

 

Sarebbe bello se fosse doppia controrotante... ho anche trovato 5 microscopici ingranaggi conici in nylon che opportunamente disposti implementerebbero la controrotazione ma ci vorrebbe un orologiaio per costruire il meccanismo... Inoltre occorrerà reallizzare delle copie in resina di quegli ingranaggini e dell'assemblaggio della gearbox... non fa per me.

 

Altra difficoltà insormontabile per me sarà quella di realizzare i piani di coda leggermente angolati per controbilanciare la torsione dovuta alla singola elica... la butto lì, ma, una zavorra (che so, un tondino di metallo un po' pesante) sul fondo del siluro, non va bene per evitare che ruoti su se stesso ?

 

P.S.

Nel frattempo ho trovato i dati dei test fatti a suo tempo:

 

Per simulare l'elica ho applicato al motorino un distanziatore di piastrelle a croce in PVC delle seguenti dimensioni: lunghezza bracci della croce 20 mm, sezione dei bracci 2mm x 2mm, inoltre il motorino è stato fatto girare in aria NON in acqua.

 

Ho provato più supercap (1Farad, 2F, 3F e 6F, tutti da 2.7V) ed ho cronometrato dopo quanto tempo il motorino avrebbe smesso di girare.

 

Ecco i passi che ho eseguito:

 

- inserimento, nel circuito, del condensatore da testare

- inserimento alimentazione per carica del condensatore

- dopo 5 secondi -> rimozione alimentazione per carica del condensatore

- dopo altri 5 secondi -> attivazione comando di accensione del motore

 

Risultati:

 

1F --> 60 secondi (+/- 1 secondo)

2F --> 2 minuti

3F --> 3 minuti

6F --> 6 minuti

 

P.P.S.

non so se e quando riuscirò a realizzare fisicamente questi progetti ma se qualcuno li usasse per i propri modelli sarei ugualmente contento!

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Ho iniziato ad abbozzare il modello 3D del siluro (tipo tedesco G7e), giusto per avere un'idea di quanto spazio occupa il motorino elettrico.

 

Il tubo in alluminio che verrà usato per il corpo dei siluri ha un diametro di esterno di 11 mm che, in scala, rispetto ad un tubo di 10mm, approssima meglio le dimensioni reali: in 1:48 equivale a 528mm mentre in 1:50 equvale a 550mm (rispetto a 480mm e 500mm del tubo da 10mm).

 

Per valutare le proporzione del motore, nel modello 3D ho usato la scala 1:48:

 

G7e.thumb.png.fd98d2d3541f044f4aa39959c6f77ac7.png

 

G7e_side.thumb.png.01ec57898ec1eb9ee1e86b3a4ec00ac0.png

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@gepard,

L’idea del silurino è ottima, ma la scala ti condiziona proprio tanto!

Fosse stato almeno di diametro 20 mm, avresti avuto molto più margine di manovra per la parte di stabilità.

 

Comunque, posso risponderti nel dettaglio sull’idea del contrappeso per compensare la coppia motrice dell’elica.

Ecco una sana e robusta dose di calcoli (se no, cosa ci sto qui a fare?!?)

 

 

1) Geometria, pesi e momento raddrizzante:

 

Le dimensioni del siluro in scala (11x145 mm circa) danno un volume di circa 12 cm3.

Non so in che materiale farai il corpo del siluro, per cui faccio diverse assunzioni.

Se fosse di ottone, con lo spessore di 0,5 mm, il peso dell’involucro dovrebbe essere spannometricamente pari a 14 grammi, quindi affonderebbe subito.

Pensando invece ad un tubetto in plastica dello spessore di 1 mm avremmo circa 4,5 grammi, che te ne lascerebbero altri 5 per le parti funzionali, tenendo gli ultimi 2 per il contrappeso con 0,5 g di spinta positiva che comunque ci vuole.

Quindi contiamo su un tondino di 2 grammi di peso posto più in basso possibile, diciamo a 5 mm sotto la mezzeria.

Supponendo uno sbandamento massimo ammissibile di 30 gradi (sen(30) = 0,5), il max momento raddrizzante che avrai sarà:

Mr = 0,002*9,8*5*0,5 Nmm. = 0,049 Nmm

 

 

2) Coppia motrice

 

Evidentemente, la coppia motrice esercitata dall’elica non potrà essere maggiore del momento raddrizzante, altrimenti il tuo siluro si avviterà su se stesso.

Vediamo i dati che conosciamo:

Tensione alla max carica = 2,7V

Capacità 1 Farad = 1 Coulomb / V

Con 2,7V hai accumulato 2,7 Coulomb, che si scaricano in 60 secondi, con una corrente di 2,7/60 Ampere = 45 mA circa (la corrente non è costante, in effetti...)

Con 2,7V e 45 mA la potenza assorbita è di 2,7*45 = 120 mW circa (più o meno ti torna? Spero di non aver fatto qualche errore io, ma se hai un dato di potenza, ben venga!!!)

Tu dici che a 3,7V il motore fa 6300 rpm, quindi posso supporre più o meno 5000 rpm a 2,7V.

Velocita angolare = 5000 rpm = 500 rad/s, ma questa è la velocità a vuoto. 

Posso invece supporre che la velocità al massimo della potenza sia circa la metà, ovvero 250 rad/s

Ora, visto che potenza = coppia * velocità angolare, e quindi coppia = potenza / velocità angolare, abbiamo che:

Coppia motrice = Cm = 120 mW / 250 rad/s = 0,48 Nmm

 

3) Conclusioni

 

Così com’è, la coppia motrice è 10 volte il momento raddrizzante Mr calcolato in precedenza, quindi le doti di stabilità del siluro sembrano di gran lunga insufficienti.

 

È vero che al max sbandamento di 90 gradi il momento raddrizzante è doppio e che probabilmente la coppia motrice sarà più limitata per le perdite e per la scarica del condensatore, ma se va bene questo squilibrio di 10 volte si ridurrà a 3 volte, rimanendo comunque troppo.

Probabilmente, molto a spanne, dovresti aumentare la zavorrina almeno a 5 grammi, ma poi ti rimarrebbe veramente poco o nulla per l’elettronica.


 

Questo dicono i crudi numeri.

Non sapendo coppia e potenza reali, però, forse qualche margine resta...

 

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Ok, metto da parte l'idea del contrappeso e passo all'esatto opposto, ovvero l'auto avvitamento del siluro...

 

Per incentivarne la rotazione potrei sfruttare il fatto che nella realtà è un doppia elica controrotante ma nel modello in scala potrei fissare immobile la prima l'elica al corpo del siluro e quella alla poppa estrema all'asse del motore, in modo che solo quest'ultima fornisca la propulsione mentre la prima "dovrebbe" far auto ruotare il corpo del siluro (eventualmente piegando opportunamente le estremità dei piani di controllo verticali e orizzontali). Corretto ?

 

Ecco un mockup dell'idea:

 

G7e_propellers.thumb.png.ae0eef4b195604c18c57c44cb59eff5c.png 

 

Ho disegnato le eliche in modo grezzissimo e un bel po' più grandi e massicce (10 mm di diametro, con le pale spesse 0.5 mm e larghe 3mm) di quello che dovrebbero essere in scala...

 

Penso sarà un bel problema realizzarle di così piccole...

 

Ho qualche domanda:

- Per ottenere l'autorotazione del siluro, le pale delle eliche devono essere orientate in modo discorde (come le ho disegnte) oppure devono essere due eliche identiche ?

- Il fatto che i piani di controllo siano perfettamente in asse con il corpo del siluro potrebbe annullare totalmente l'effetto dell'elica fissa e quindi bloccare l'autorotazione ?

- Se invece fissassi entrambe le eliche, identiche tra loro (sfasate di 45° ?) all'asse del motore il corpo del siluro andrebbe lo stesso in autorotazione ?

 

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