KNM Jusen
KNM Jusen NTS FORSLAG TIL OVERVÅKNINGSSKIP Naval Tech Solutions (gruppe 2) 22. juni 2015 Prosjektrapport for forsvarets autonome overvåkingssystem X Jørgen Gulland Prosjekt leder X X Fredrik Hagen Økonomisjef Tor Ivar Seim Dokumentansvarlig X X Fredrik Lurvik HMS-ansvarlig Anders Svihus Testsjef X X Sindre Flåto Teknisk prosjektleder Vegard Aasgaard Pr-sjef SIDE 1 Innholdsfortegnelse Prosjektrapport for forsvarets autonome overvåkingssystem .................................................................... 1 1.0 Innledning ................................................................................................................................................. 4 1.1 Timeplan ............................................................................................................................................. 4 1.1 Budsjett ............................................................................................................................................... 6 2.0 Sammendrag ............................................................................................................................................. 8 2.1 Skrog ................................................................................................................................................... 8 2.2 Hangarløsningen ............................................................................................................................... 9 2.3 Styringssystemet ............................................................................................................................... 9 2.4 Fremdriftssystemet .......................................................................................................................... 10 3.0 Gjennomføring......................................................................................................................................... 10 3.1 Skrog .................................................................................................................................................. 12 3.2 Hangar .............................................................................................................................................. 13 3.3 Styringssystemet .............................................................................................................................. 14 3.4 Fremdriftssystemet .......................................................................................................................... 14 4.0 Konstruksjonen ....................................................................................................................................... 15 4.1 Skrog .................................................................................................................................................. 15 4.2 Hangar .............................................................................................................................................. 22 4.3 Styresystem....................................................................................................................................... 23 5.0 Målinger og resultater ............................................................................................................................. 32 5.1 Krengeforsøk ..................................................................................................................................... 32 5.2 Slepeforsøk ........................................................................................................................................ 37 5.3«Bollard Pull» test ............................................................................................................................ 50 5.4 Fart- og akselerasjonstest ................................................................................................................54 5.5 DP kalibrering .................................................................................................................................. 56 5.6 Test av ulike malinger/sprayer ....................................................................................................... 59 5.7 Modellens ladestrøm, ladespenning, indre motstand og batterikapasitet (Ah) .......................... 61 5.8 Motortesting .................................................................................................................................... 67 5.9Dokumentasjon av 8-bit D/A omformer ........................................................................................ 69 6.0 HMS .......................................................................................................................................................... 71 6.1 Brann og eksplosjonsfare ................................................................................................................. 71 6.2 Elektriske anlegg .............................................................................................................................. 73 SIDE 2 6.3 Arbeidsmiljø..................................................................................................................................... 74 6.4 Støy .................................................................................................................................................. 76 6.5 Forurensning ................................................................................................................................... 76 6.6 Sikkerhet i forbindelse med sikring av last .....................................................................................77 7.0 Betraktninger .......................................................................................................................................... 78 7.1 Krav og forutsetninger til systemet ................................................................................................ 78 7.2 Løsningene til gruppa...................................................................................................................... 79 8.0 Kildehenvisninger .................................................................................................................................. 80 SIDE 3 1.0 Innledning Det ble gitt tilbud om lage et forslag til den nye overvåkningsfartøyet til marinen. Sammen med forespørselen kom det et kravdokument til skipet. Gruppa har nå laget enn modell av skipet som regnes som mest egnet til å løse oppdraget som marinen har satt til skipet. I organisasjonskartet (under) kan du se hvem er ansvarlig for de ulike elementene i prosjektet. 1.1 Timeplan Her er et utdrag fra timeplanen vår. Vi har til sammen siden 19/5 2015 jobbet 180 timer hver med prosjektet. Gul betyr arbeid med skroget, blå betyr styresystem, rød betyr data, oransje betyr hangar og de feltene som er merket med en «M» betyr at vi har satt en milepæl. Milepæler: Ferdig utskjæret og limt skrog 08.jun Koblingsskjema Ferdig testet kontroller Design på helipad 12.jun 14.jun 16.jun 20.jun Skrog ferdigstilles Helipad ferdigstilles Styresystem ferdig Testing av skrog Testing av komplett fartøy SIDE 4 Uke: 24 08.jun Mandag 09.jun Tirsdag 10.jun Onsdag 11.jun Torsdag 12.jun Fredag Lurvik Seim Svihus Dokumentasjon og Kontruksjon Teoriprøve Teoriprøve Teoriprøve Flåto Hagen Aasgaard Dokumentasjon og Kontruksjon Teoriprøve Teoriprøve Teoriprøve Gulland Leksj. Krohn Leksj. Krohn Leksj. Krohn Leksj. Krohn Leksj. Krohn Leksj. Krohn M 13.jun Lørdag 14.jun Søndag Uke: 24 15.jun Mandag 16.jun Tirsdag 17.jun Onsdag 18.jun Torsdag 19.jun Fredag Lørdag 21.jun Søndag Uke 26: 22.jun Mandag M M Lurvik Fjellstrand Fjellstrand Fjellstrand Fjellstrand Fjellstrand Fjellstrand Seim Fjellstrand Fjellstrand Fjellstrand Fjellstrand Fjellstrand Fjellstrand Svihus Fjellstrand Fjellstrand Fjellstrand Fjellstrand Fjellstrand Fjellstrand Flåto Fjellstrand Fjellstrand Fjellstrand Fjellstrand Fjellstrand Fjellstrand Hagen Fjellstrand Fjellstrand Fjellstrand Fjellstrand Fjellstrand Fjellstrand Aasgaard Fjellstrand Fjellstrand Fjellstrand Fjellstrand Fjellstrand Fjellstrand Gulland Fjellstrand Fjellstrand Fjellstrand Fjellstrand Fjellstrand Fjellstrand Invidi. Pres? Invidi. Pres? Invidi. Pres? Invidi. Pres? Invidi. Pres? Invidi. Pres? Invidi. Pres? Invidi. Pres? Invidi. Pres? Invidi. Pres? Invidi. Pres? Invidi. Pres? Invidi. Pres? Invidi. Pres? Invidi. Pres? Invidi. Pres? Invidi. Pres? Invidi. Pres? Leksjon energi og miljø Invidi. Pres? Invidi. Pres? Invidi. Pres? Invidi. Pres? Invidi. Pres? Invidi. Pres? Leksjon energi og miljø M 20.jun Leksj. Krohn Teoriprøve Lurvik Konkurranse Konkurranse Gruppe pres. Gruppe pres. M Seim Konkurranse Konkurranse Gruppe pres. Gruppe pres. Invidi. Pres? Invidi. Pres? Invidi. Pres? Invidi. Pres? Leksjon energi og miljø M Svihus Konkurranse Konkurranse Gruppe pres. Gruppe pres. M Flåto Konkurranse Konkurranse Gruppe pres. Gruppe pres. M Hagen Konkurranse Konkurranse Gruppe pres. Gruppe pres. M Aasgaard Konkurranse Konkurranse Gruppe pres. Gruppe pres. M Gulland Konkurranse Konkurranse Gruppe pres. Gruppe pres. SIDE 5 1.1 Budsjett Det har også blitt satt opp et budsjett for hva totalprisen for prosjektet blir. Dette er altså budsjettet for både utvikling av fartøyet og produksjon av dette. Ved bestilling av flere vil selvsagt prisen var mindre til flere som blir bestilt. SIDE 6 Kostnader for modellen Robbe El.motor Navy Direkt Drive kr 225,00 Robbe Ror til båt 50x36 stk26mm kr 44,00 Futaba Flyradio Skysport 4YFG 2,4G 2,4Ghz FHSS m/batteri og lader Futaba servo S3003 0,23/3,2kg kr 710,00 kr 75,00 Batteri 7,2V 3000Mah Stick Pack m/hook kr 155,00 Mtroniks Fartsreg. tio Storm 19 kr 199,00 Futaba servo S3010 (fly/heli/bil) 0,16/6,5kg 6V Sparkel Maling, interiør fregatt TOTALT kr 152,79 kr 640,00 kr 0,00 kr 2 200,79 Dette er det utstyret til modellbåten kosta å handle inn. Bygningskostnader er inkludert i timebetaling på de ulike ansatte (se budsjettet med timer). Dette er det protypen vil koste. Hvis det blir bestilt flere skip vil prisen på hvert skip ligge på rundt 133,5 millioner kroner. Dette fordi da kan en stryke utviklingstillegget og ingeniørutgifter som ble brukt under utviklingen. SIDE 7 2.0 Sammendrag Prosjektgruppa har blitt delt opp slik at de med kompetanse innenfor sine felt har jobbet med dette. Dette for å oppnå effektivitet og de beste løsningene. 2.1 Skrog Det ble designa flere forskjellige skrog i Freeship. Se de tre modellbildene under for hvilke skrog det stod imellom. Skroget ble så skåret til i hardisopor og limt sammen. Det var et grovutkast av skroget. Dette ble så pusset, sparkla og så malt. Krengetesten ble utført med kun skroget tilstede, altså ingen overbygg. Kjapt oppsummert, så krenga skipet mot babord (venstre), men dette ble kompensert for i lastinga av skipet. Dette gjør at lasten må plasseres med omhu. Modell 1 Modell 2 Modell 3 Av disse 3 modellene ble modell nummer 3 valgt. Den ble regnet som best egna og det kan en se senere i rapporten. SIDE 8 2.2 Hangarløsningen Den hangarløsningen det ble gått for har også vært i gjennom en seleksjonsprosess, men valget falt altså på denne. I grove trekk går løsningen ut at en servomotor driver to tannhjul som igjen flytter hangaren til den ønska posisjonen. Det er altså hangaren som flytter seg mens dronen står i ro. Dette kan fjernstyres. Tannhjulene og skinnene blitt 3D-printa ut, mens selve hangaren er trebiter som er limt sammen. Dekket som hangaren står på er laget av hardisopor, samme som skipet. I denne isoporen er det laget spor som hangaren skal bevege seg i. Dekket er blitt sparkla og malt. Det er avtakbart slik at lasta kan bli plassert under dekk, men slik at det ikke på det ekte skipet selvfølgelig. Testinga av hangaren har gått bra, så det er ingenting å legge til der. Over er det en liten illustrasjon på hvordan hangarkonseptet er (Skroget på modellen over er ikke helt lik det opprinnelige skroget). 2.3 Styringssystemet Fartøyet kan styres ved hjelp av to styringssystemer. Den kan styres ved hjelp av Futaba Flyradio Skysport 4YFG 2,4Ghz FHSS håndkontroll og den kan styres gjennom en datamaskin. Datamaskinprogrammet bruker Labview for å styre fartøyet. Gjennom datamaskinen kan fartøyet aktivere dynamisk posisjonering i fartsretning. Brytere på håndkontroll bestemmer om du vil kjøre med datastyring eller håndkontroll. SIDE 9 2.4 Fremdriftssystemet Fremdriftssystemet på modellfartøyet er en Robbe e-Motor EF 76 II, det er en elektromotor. Denne driver en aksling med en propell i enden. Motoren er plassert i spantet rett bak midtskips. Akslingen går i en nesten bein linje fra motoren og ut i vannet. Dette for å utnytte mest mulig av den krafta motoren produserer. Både roret og motoren befinner seg begge helt under vann, og blir dermed utnytta maksimalt. Roret blir styrt av en servomotor. Propellen har vært litt problematisk fordi den har falt av ved uttesting. Dette har nå blitt utbedret. Roret og servomotoren (grønn) og motoren og propellen (rød) sin plassering. 3.0 Gjennomføring Kravdokumentet oppsummerer kort og godt hensikten med prosjektet: «Et autonomt overvåkningssystem bestående av en sjøgående plattform og en helikopterdrone skal prosjekteres og demonstreres. Systemet er tenkt operert utfra Tromsø/Ramsund området og skal dekke havområdet nord til Spitsbergen. Helikopterdronen skal drive overvåkning av hav og luftområdet.» Dette skal altså prosjektet finne en best mulig løsning på. Helt i starten av prosjektet fastsatte prosjektleder noen milepæler for perioden med prosjektarbeid. SIDE 10 Testing Overlevering 16/6-22/6 22/6-26/6 Planlegging Produksjon 19/5-1/6 1/6-16/6 Planlegging Produksjon Testing • 1/6 tegning av skrog ferdig • 15/6 elektro , skrog og hangar ferdig • Krengetest 16/6 • Slepetest 17/6 • Dynamisk posisjonering test 17/6 • Bullard Pull test 18/6 • Farts test 18/6 • Idemyldring • Tidslinje • KTS av utstyr Overlevering • Demonstrasjon 22/6 • Presentasjon 22/6 • Overlevering 25/6 Tidsfristene er blitt overholdt med god margin noe som har gjort at det har vært god tid på utbedre fartøyet ytterligere, selv om det ikke har trengtes så mange forbedringer. Oppgavene har blitt fordelt mellom de ulike bransjene, skrog, hangar, styringssystem (elektro) og fremdriftssystem. SIDE 11 3.1 Skrog Planlegging Produksjon Tegning ferdig 1/6 Freeships-modell ferdig ( 27/5) Krengetest 16/6 Spanteriss limt sammen 2/6 Pussing av skrog ferdig 4/6 Pussing av sparklet skrog ferdig 8/6 Planlegge produsjon av modell Testing Slepetest 17/6 Bullard Pull test 18/6 Maling på skrog har tørket 10/6 Overbygg ferdig pusset 15/6 Fartstest 18/6 Skrog prosessen Planen har blitt overholdt så godt som mulig, utenom på overbygget. Utfordringen med overbygget var at det skulle tilpasses hangaren. Det ble ferdig pusset den 17/6, men det har ikke gått ut over noen av testene. Sparkling har også vært litt problemfylt fordi det har blitt feilberegna tørketiden på den, noe som gjorde at det måtte sparkles flere ganger for å få skroget jevnt. SIDE 12 3.2 Hangar Planlegging Produksjon Testing Valg av system unnagjort Hangaren utformet Testing av fullstending hangarsystem fullført 17/6 Fullstendig tegning og plan ferdig Dekket utformet m/spor til hangar Tannhjulsystemet installert på dekket Det var en del ideer å velge mellom da den beste hangarløsningen skulle bestemmes. Eksempelvis var løsningen med en heis nede fra skroget en av løsningene som ble veid for lett. Den løsningen det ble gått for var lettest å gjennomføre, mest driftssikker samtidig som den er tett for lekkasjer. Problemet med hangaren var for det meste at skinnene som skulle gå på tannhjulet og være festet i hangaren måtte i inn i overbygget for å skjule dem. Dette medførte utfordringer da fronten på overbygget er spiss, derfor måtte det bygges noen ekstra cm med overbygg for å skjule disse skinnene. Skinnene måtte skjules slik at ikke sjøvannet skulle tære for mye på dem. Testinga av hele systemet gikk derimot bra. SIDE 13 3.3 Styringssystemet Planlegging Produksjon Testing Valg av DP-løsning 01.06.15 Kontinuerlig programmering 01.06-14.06 Testing av spenningstrinn radiokontroller 09.06.15 Oversikt over radiokontroller 01.06.15 8-bits DA konverter for helipad 09.06.15 DP-testing mot viftemodell 10.06.15 Planlegging av DA konverter 01.06.15 Kartlegging av spenningstrinn, 8 bits DA konverter 16.06.15 DP-kalibrering 17.06.15 Det største problemet under produksjonen var å få klar kontrollen. Problemene var å få koblet seg på kontrollen slik at en kunne starte å teste. Kontrollen måtte bygges opp helt fra bunnen av, men alle tidsfrister ble likevel overholdt. 3.4 Fremdriftssystemet Planlegging Konstruksjon Testing • Testing av utstyr 27/52015 • Plassering av ustyr 14/6 2015 • Programmering av systemet 14/6-2015 • Montering av systemet i skroget. 15/6-2015 • Testing av systemet (uten skrog). 14/6-2015 • Prøvekjøring av fartøyet. (Uoffisell test) 18/6-2015 SIDE 14 Her går egentlig fasene litt i hverandre fordi fremdriftssystemet egentlig var gitt på forhånd. Derfor var det bare testing av systemet som var viktig å få gjort, mens resten av montering og plassering av utstyr ble gjort når de andre bransjene var ferdige med sitt arbeid. Den 18/6 2015 testet vi et komplett fartøy, med både helipad, overbygg og skrog i tanken. Propellen løsnet fra akslingen en del ganger, men det er nå utbedret og funnet i orden. Testresultat for motortestingen finnes under målinger og resultater. 4.0 Konstruksjonen 4.1 Skrog Tanken bak: Vi ønsket et skrog som kunne bevege seg fort gjennom vannet samtidig som det var stabilt, både med og uten drone. Vi mener disse to punktene er de viktigeste når vi skal lage denne typen skip, et skip som skal kunne operere i store havområder. Krav: Skal lage ett skrog som er 68 meter langt og maks 17 meter bredt. Dypgangen skal ikke overstige 4.5 meter. Skroget skal kunne holde ett helikopter, med plattform, 9x små drivstofftanker og 2x store drivstofftanker. Skroget skal være stabilt, med og uten last. Skroget må også ha lav radarsignatur. Løsning: Skroget blir laget i skala 1:68. Skipet er designet fra Free!ship fra start. Skroget er laget med tanke på fart, stabilitet og med tanke på det som skal bringes med. Skroget er designet med spiss baug, som gjør at den trenger gjennom vannet enklere. Vannlinjene på skroget er run de og fine. Fra midtskips til akterut er det en jevn «hevning» i skroget. Dette for å gjøre at den bryter vannflaten på en bedre måte. Skroget har kapasitet, med nok motorkraft, til å bevege seg raskt i vannet, samt plass til utstyr og god stabilitet. Lengden skroget ble 68 m, den maksimale bredden ble 17 m og dypgangen er maksimalt 4,5 m. Ved lett skip er djupgangen 2,6 m. Blockkoeffisienten er 0,456. Fribordet ved fullt skip er 7,95 m og ved lett skip er den 9,85 m. SIDE 15 Skroget sett i profil som linjetegning Vannlinjer markert på tegningen Her kan man se at fartøyet har fine vannlinjer som strekker seg ut. Dette betyr at vannet beveger seg veldig gunstig langs skroget. SIDE 16 Akterskipet og baugen Produksjonsprosessen av modellen: Når skroget var ferdig designa i FreeShip, ble det delt opp i 20 spanteriss. Disse spanterissene ble skrevet ut på A3 ark og klippet ut. Spanterissene ble så tegnet på hardisopor og skjært ut. Da har man 20 spanteriss med 5 cm tykkelse. Dem ble lagt i riktig rekkefølge som bildene under viser. Etter å ha skjært ut spanterissene SIDE 17 Pussing av skrog Innsiden av spanterissene ble skjært ut for å lage lasterom. Skroget var ca 3 cm tykt, for å ha litt å gå på når skroget skulle pusses ned etterpå. Neste steg i prosessen er å lime spanterissene sammen. Når de er limt sammen starter pussinga. Her skal det pusses til isoporen er helt uten skader, fordi da blir det lettere å sparkle skroget etterpå. Etter å smurt et lag med sparkel over, måtte dette tørke helt tørt før det kan pusses på. Til slutt la ble det lagt et strøk med interiørmaling fra Fregattvåpenet som ble skaffet på Haakonsvern. Eksempel på hvordan et spanteriss ser ut under: Midtskipsspanteriss SIDE 18 Plassering av komponenter og vektregnskap Dette var utregningen for den skalerte modellen av fartøyet Gir disse tallene i full skala: SIDE 19 Dette gir disse utregningen i full skala: Her er et oversiktsbilde av hvordan de ulike komponentene er plassert. Utregningen er basert på denne skissen. Det tas forbehold om at tegning kan være litt unøyaktig. SIDE 20 SIDE 21 4.2 Hangar Tanken bak: Vi ønsket en løsning basert på et kjent militært uttrykk, «kiss» bedre kjent som «keep it simple stupid». Krav: Helikopterdronen skal ha oppbevaring i egnet værsikker hangar ombord. Skal frakte den angitte last på sikker måte. Løsning: En enkel, holdbar og kostnadseffektiv løsning ble derfor valgt. En hanger i et sterkt og lett material skal gå på skinner som går i lengden langs dekk på fartøyet. På innsiden av skinnene vil det festes en skinne med tenner som svarer til et tannhjul festet på en motor. Denne motoren vil kunne skyve hele hangaren frem og tilbake. Dette vil skape en god og stor landingsplass for helikopteret på dekk samtidig som man slipper å flytte på helikopteret etter landing. Når hangaren er skyvet inn til lukket posisjon vil det være forsegling som gjør at hele rommet blir vann- og vindtett. Visuelt bildet følger lenger ned i dokumentet. Produksjonsprosessen av modellen: Hangaren på modellen ble laget av fire kryssfiner plater som ble limt sammen til en boks med åpning. Dekket som hangaren skal stå på ble skjært ut i hardisopor og akkurat som med skroget, pusset og malt. Spor der hangaren skal gli i ble også skjært til. Tannhjulene og skinnene som skulle brukes på modellen ble 3-D prenta ut av Viking Tech for en rimelig pris. For å drive tannhjulene festet vi en servomotor under dekk. For å kunne lett ta dekket av og på har limt på borrelås på skroget og på dekket. Rundt dette ble det lagt en tetningslist for å unngå sjøsprøyt inn mellom skroget og hangaren. SIDE 22 4.3 Styresystem Skipet kan manøvreres med hjelp av Futaba Flyradio Skysport 4YFG 2,4Ghz FHSS og via datamaskin koblet på fjernkontroll. Vi bruker Labview for å styre via datamaskin. I programmet har vi mulighet til å styre hangar, ror og framdrift, samt bruke et dynamisk posisjoneringssystem. Krav: Fartøyet skal operere autonomt og/eller via avstandskommunikasjon. Framdrift og manøvrering skal være basert på utlevert elektrisk motor, aksling, propell, ror, servomotor, batteri, motorkontroller og fjernstyring. Elektriske komponenter skal plasseres og/eller beskyttes slik at de ikke blir ødelagt av vannsprut Skal utstyres med fjernstyrte innretninger for flytting/oppbevaring av helikopterdronen SIDE 23 2 Styrepanel: 1 3 Del 1, avlesning «VOLT TIL MOTORKONTROLLER» forteller hvilke spenninger det blir sendt til motorkontrolleren. TRUST viser hvor mye kraft som motoren utøver på en skala fra -5 til 5. «Plassering» viser fartøyets posisjon og hvor ønsket posisjon er. DEL 2 Hele høyre kolonne av styrepanelet viser DP styringen. Øverst kan man bytte mellom manuell styring eller dynamisk posisjonering, kalt DP-styring. DP styringen fungerer i en dimensjon, i fartsretning. Ved hjelp av en PID-regulator vil skipet holde posisjonen sin. Utsettes skipet for en konstant strøm/kraft kan bryteren «Konst strøm» skrus på. Da holder skipet posisjonen sin med større nøyaktighet. DP-styringen kan overvåkes ved hjelp av skjermen nede til høyre. Den viser fartøyets posisjon og ønsket posisjon. Pådraget viser hvor mye THRUST som blir levert for å oppnå ønsket posisjon. Man kan enkelt justere PID-verdiene SIDE 24 Del 3 Del 3 viser den manuelle styringen. Denne er aktiv når DP-styring er deaktivert. Funksjon Trust opp Trust ned Babord Styrbord Nullstill THRUST Nullstill ror Tastetrykk Piltast opp Piltast ned Piltast venstre Piltast høyre F11 F12 Programstruktur 1 3 6 2 4 5 SIDE 25 DEL 1, innlesing av posisjon Del 1 leser av skipets posisjon som er den faktiske posisjonen. Dette brukes til å regne ut avvik fra ønsket posisjon som igjen brukes i PID-regulatoren. Del 2, konfigurasjon av PID-regulator Her konfigureres PID-parameteren. Bryteren «Konst strøm» veksler mellom to ulike konfigurasjonen vi kan gi PID-regulatoren. Man kan også sette følsomheten til programmet. Høy følsomhet gir høy samplingsintervall. Konstanten «dt» blir definert som et produkt av samplingsintervallet og en konstant. SIDE 26 Del 3, PID-regulator PID-regulering består av tre reguleringer. Proporsjonalregulering, integralregulering og derivasjonsregulering. De tre reguleringene samles og den totale summen blir trust, altså pådraget. Dette pådraget motvirker endringen i framgående og bakover akse. I manuell styring bygger integralreguleringen seg opp. For å ikke få et veldig sterkt pådrag når DP slås på, blir denne nullstilt hver gang den blir slått på. Proporsjonalregulering 𝑢(𝑡) = 𝐾𝑝 ∗ 𝑒(𝑡) Integralregulering 𝑢(𝑡) = 𝐾𝑝 ∗ 1 ∫ 𝑒(𝑡) 𝑑𝑡 𝑇𝑖 Derivasjonsregulering 𝑢(𝑡) = 𝐾𝑝 ∗ 𝑇𝑑 ∗ 𝑑𝑒(𝑡) 𝑑𝑡 Sum regulering 𝐾𝑝 ∗ [𝑒(𝑡) + 1 𝑑𝑒(𝑡) ∫ 𝑒(𝑡) 𝑑𝑡 + 𝑇𝑑 ∗ ] 𝑇𝑖 𝑑𝑡 SIDE 27 Del 4, manuell styring ved datamaskin Her settes Keyboard-knapper til styringspanelet SIDE 28 Del 5, Hangar 8-bits DA omformer styrer hangaren. Ved gitte nivåer gir DA-omformeren spenninger. I tabellen er resultatene av betydning vist Nivå 84 85 86 87 88 89 90 U målt [V] 1,516 1,538 1,56 1,581 1,59 1,612 1,633 Merknad Endring 0,019 Hangar ned 0,022 0,022 0,021 Stillestående 0,009 0,022 0,021 Hangar opp Finner dokumentasjon av 8-bits DA omformer under punkt 5.9 SIDE 29 Del 6, trust og ror «DP av/på» styrer om det er manuell styring eller DPreguleringen som styrer trusten Her går trusten igjennom en skaleringstrapp slik at skalaen er ifra -5 til 5 Her er begge tilfellene vist «DP av/på» Her er begge tilfellene vist Roret går direkte ut i output signal Oppkobling SIDE 30 Nedenfor følger et bilde av koblingsskjemaet for kontrollen Nedenfor følger et koblingsskjema fra kontrollen via DA konverter, inn i hvit box. SIDE 31 5.0 Målinger og resultater Her finner du resultater fra de ulike testene vi har gjennomført. 5.1 Krengeforsøk HENSIKT Bestemme fartøyets metasenterhøyde og tyngdepunktets vertikale plassering (VCG) til skipet ved ulike vekter. GJENNOMFØRING: 1. 2. 3. 4. 5. 6. Det må festes en pendel opp fra skroget hvor det er mulig å feste ett lodd som kan henge fritt. Horisontalt for pendelen vil det ligge en linjal. Vi må måle lengden fra linjalen opp til pendelen, hvor loddet henger. Dette kaller vi for lengden «H». Når vi nå får krenking på båten, vil det være mulig å lese av en avstand på linjalen, som vi kan bruke for å finne en vinkel. Denne vinkelen vil være mellom lengden «H» og lengden på linjalen. Da kan vi bruke tangens til å finne krengevinkelen. Ett lodd blir plassert midtskips oppå en planke med en linjal på. Etter at pendelen er festet, veies modellen. Da uten last. Modellen plasseres så i vanntanken. Den stillingen den får i vannet måles og noteres. Forflytter så loddet mot høyre, og måles utslaget. Gjør det samme mot venstre. Flytter så langt ut til sidene som mulig, helt til den eventuelt overstiger 7®. Flytter så loddet til midten av skipet, for å dobbeltsjekke at vi får samme resultat som første måling. Til slutt tilter vi båten, og sjekker om den finner tilbake til opprinnelig «pendelverdi». Underveis er det viktig å skrive ned resultater og lage graf, slik at det spares tid. Ut i fra grafens stigningsforhold og modellens totalvekt under forsøket kan man til slutt beregne modellens metasenterhøyde uten last. SIDE 32 RESULTAT AV TEST Startet med påmontering av pendel og linjal. Når da dette var fastmontert ble satt ett lodd midtskips i båten. Det hele skulle da veies. Vekten på båten, med pendel montert, var 2.13 kg. Med det ekstra loddet, som skal brukes til å endre vinkelen i side, var vekten 2.42 kg. Fra linjalen og til toppen av pendelen var det 30.5 cm. Båten plasseres i vann et og måling starter. Vinkelutslaget er funnet med tangens, Linjal/pendel. Loddet plassert midtskips -1.9 cm Vinkelutslag -3.56° Uten noen hjelpevekt for å kompensere for eventuelle hellinger mot en side, ble det oppdaget at båten krenger 3.56° mot babord. Dette er innenfor 0-7° som er målet for å kunne fastsette metasenterhøyden. Det ble så tatt en vekt på 0.27 kg for å kompensere for vinkelen. Oppdaget så at loddet skulle ligge ca. 0.9 cm fra midtskips. Da ble dette resultatet notert: Lodd i midten Vekt 0.27 kg, 0.9 cm fra midtskips 0 cm på linjal 0° Den ekstra vekten ble liggende på angitt plass, for å hele tiden jobbe med en vinkel på skipet som var null. Når dette var oppnådd ble loddet som var plassert på båten flytta på. Hvor mye loddet flyttes 4.6 cm styrbord 4.6 cm babord 7.6 cm styrbord Resultat i cm på linjal 1.5 -1.5 2.5 Gradet 2.81° -2.81° 4.68° SIDE 33 7.6 cm babord -2.5 -4.68° Her er resultatet. For hver gjennomføring tok vi loddet tilbake til nullposisjon for å sjekke at båten gikk tilbake til utgangspunktet (0°). For hver gjennomføring gjorde den det. UTREGNINGER: Bruker formel lagt ut i rapport eksempelet: 𝐺𝑀 = (Vekt lodd)∗(Lengde til sides) ( 𝐿𝑖𝑛𝑗𝑎𝑙 𝑢𝑡𝑠𝑙𝑎𝑔 )∗𝐷𝑒𝑝𝑙𝑎𝑠𝑒𝑚𝑎𝑛𝑔 Pendel lengde Forsøk: 1 Flytter loddet mot styrbord 0.2∗0.046 ( 0.015 )∗2.69 0.305 = 0.0695 meter. Forsøk 2: Flytter loddet mot babord. 0.2∗0.046 ( = 0.0695 meter. 0.015 )∗2.69 0.305 Forsøk 3: Flytter loddet mot styrbord 0.2∗0.076 ( = 0.0689 meter. 0.025 )∗2.69 0.305 Forsøk 4: Flytter loddet mot styrbord. 0.2∗0.076 ( = 0.0689 meter. 0.025 )∗2.69 0.305 SIDE 34 For å finne en X-verdi bruker vi summen av tallet over brøkstreken. For å finne en Yverdi bruker vi summen av tallet under brøkstreken. Grafen er tilnærmet liner både styrbord og babord, som gjør båten veldig stabil. Tar alle resultatene fra forsøkene og plusser dem, deler på antall forsøk og finner gjennomsnittet. Gjennomsnittet ble da 0.0692 meter, eller 6.92 cm. GM er 6.92 cm. For å finne VCG, bruker en formelen: VCG (KG) = KM-GM. SIDE 35 KM finnes ved å skalere ned modellen på freeship til 1 meter, og ikke 68 meter. Kan så lese av KM til å være 12.5 cm. GM er regnet ut gjennom forsøket ved å finne gjennomsnittet av alle forsøka, 6.92 cm. VCG = 12.5cm – 6.92 cm = 5.58 cm. VCG ligger 5.58 cm opp fra bunnen av skroget. Dette gjør skroget veldig stabilt. Det er hele 6.92 cm fra metasentret. Når VCG nærmer seg metasentret, eller i verstefall passerer det, det er da båten blir ustabil. Henviser til bilde av hydrostatistikk fra freeship med nedskalert modell til høyre. SIDE 36 Feilkilder: Pendelen kan ha blitt montert på skroget litt til venstre eller høyre. Linjalen som blir brukt til å måle utslaget til pendelen kan også ha blitt montert på feil, slik at det ble brukt feil nullpunkt på linjalen. Bølger uten at testleder så det kan gi ett lite utslag. Pendelen kan være feil montert. Andre grader celsius enn det som er brukt under testen kan gi andre utslag, samt annen vanntetthet. 5.2 Slepeforsøk Gjennomført: onsdag 17.06.15 Sted: Maskinlabben ved SKSK Hensikt: Å bli kjent med apparatur og metode for bestemmelse av slepeeffekt for et skip. Gjennomføringen: Båten ble fylt med lodd tilsvarende den vekten båten ville hatt med hangar, motor, batteri og servo, slik at testen ble gjennomført med vekt tilsvarende det som kommer til å være på den. Forsøket ble så gjennomført ved at det ble festet en plate på tvers av skroget, denne platen ble igjen koblet til en integrert line i slepetanken som gjorde at båten ble dratt langs gjennom tanken, ved hjelp av vekt. Datamaskin var koblet opp og en kunne da lese av grafisk farten til båten gjennom hele slepeforsøket ved hjelp av programmet Labview. Forsøket ble gjennomført 10 ganger med forskjellige vekter, fra 1kg til 10,665kg. Målingene ble registrert ved at å ta gjennomsnittet av farten etter at båten var kommet opp i konstant fart, og skrev dette ned. SIDE 37 1Forskjellige vekter ble hengt på og forsøkt SIDE 38 Vekt (kg) 2Den rød streken marker gjennomsnittet ved tilnærmet konstant fart, dette gjennomsnittet er det som ligger til grunn for utregningene 1,8 Fart (m/s) 1 0,58 1,665 0,79 2,665 1,02 3,665 1,17 4,665 1,24 5,665 1,31 6,665 1,35 7,665 1,38 8,665 1,45 9,665 1,49 10,665 1,53 3Dette er oversikten over målingene som ble gjort Fart (m/s) 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0 2 4 6 8 10 12 4Farten øker jo større vekt SIDE 39 Her er bildene som dokumenterer de 11 målingene som ble gjort: 1 kg vekt, gjennomsnittshastighet: 0,58m/s 1,665kg vekt, gjennomsnittshastighet 0,79m/s 2,665kg vekt 1,02m/s SIDE 40 3,665kg vekt, 1,17 m/s 6,665kg vekt, 1,35 m/s 4,665kg vekt, 1,24m/s 7,665 kg vekt, 1,38m/s 5,665kg vekt, 1,31m/s 8,665kg vekt, 1,45m/s SIDE 41 9,665kg vekt, 1,49m/s 10,665 kg vekt, 1,53m/s SIDE 42 Slepemotstandskurven SIDE 43 Slepeeffektkurve SIDE 44 Installert effekt SIDE 45 SIDE 46 Forbruk av drivstoff For å tilbakelegge 1000 NM i løpet av 2 timer er fartøyet nødt til å holde en fart på 15 knop. Dette passer fartøyet perfekt i og med at fartøyet går mest effektivt ved 15 knop hvis man tenker effektivitet (fart kontra forbruk av drivstoff, dette kan man se utefra kurven). Fartøyet er godt beregnet for å være ute i 20 døgn: Dette er hvordan er vår løsningen på en operasjon, basert på kravene og dataene etter testing. 3 døgn på utmarsj til operasjonsområdet (1000NM med 15 knop) 14 dager i operasjonsområdet (beregnet med 10 knop ved testing, dette medfører at den også klarer 5 knop som er gitt som krav) 3 døgn på tilbakereise fra operasjonsområdet til Ramsund (1000NM med 15 knop) Det presiseres at fartøyet kan gå ved høyere hastighet dersom ønskelig, men når man passerer 15 knop vil forbruket av drivstoff gå betraktelig opp, slik at det mest økonomiske er å kjøre rundt 15 knop slik som beskrevet. Det medfører at man, med en gjennomsnittsfart på 15 knop, kommer seg over 1000 nautiske mil på under 72 timer slik kravet fra leverandøren lyder. Testen ga ingen utslag for 5 knop fordi det ikke var lette nok vekter til rådighet under testing. Derfor ble farten satt til 10 knop i operasjonsområde, slik at det er valide data å legge frem, det har derfor beregnet med en ganske god buffer, og siden det fartøyet klarer å holde 10 knop i operasjonsområde uten å gå tom for drivstoff, kan en derfor konkludere med at den også klarer det gitte kravet med 5 knop i operasjonsområdet + tur/retur operasjonsområdet uten å gå tom for drivstoff. En kan se ut fra regnearket (neste side) at på det kravet som er stilt fra leverandør på å legge tilbake 100Nm på 72 timer, være 14 dager i operasjonsområde og dra de samme nautiske milene tilbake igjen ikke er noe problem. På en slik operasjon brukes kun i overkant av 31% av total drivstoffkapasitet som fartøyet er beregnet for. Det vil si at man kan gjennomføre langt større operasjoner, eller man kan gå ned på medbragt drivstoff for å spare vekt på fartøyet. I tillegg gir dette fartøyet store valgmuligheter når det gjelder fart, distanse og lengde på en operasjon. (Vedlagte utregninger kommer på neste side) SIDE 47 Far t (kn op) Effektf orbruk (kW) Propulsjons koefisient Kw / propulsjonsk oefisienten Drivstoff forbruk ( liter pr time) Antall seilings timer på medbra kt drivsto ff Antall seiling sdøgn Ant all km på eit tan k Ant all NM 10 500 0,55 909,0909091 218,182 4472,07 186,34 8275 1.2 446 82 15 2000 0,6 3333,333333 833,33 1170,89 48,79 3254 1.4 1757 0.9 20 8000 0,65 12307,69231 3200 304,918 12,7 1130 6.4 610 4.95 Fartøyet klarer 44000 NM med en fart på 10 knop når alle tankene er fulle. Så for å få maksimal rekkevidde bør en holde 10 knop fordi ved 15 og 20 vil rekkevidden gå drastisk ned hvis du ser på tabellen over. Dette er tatt ut fra forsøket som ble gjort. Feilkilder: Tidspress Litt bølger i tanken Vanskelig å være helt nøyaktig i måling av gjennomsnittshastighet Pga ikke tilgang på lettere vekt fikk vi ingen data for 5 knop SIDE 48 SIDE 49 5.3«Bollard Pull» test Hensikten med denne testen er å finne ut hvor stor trekkraft fartøyet klarer å utøve ved 0-hastighet. Fra testen fant vi ut følgende informasjon: Trekkraften til fartøyet (Newton) Spenning over batteriet (Volt) Vi valgte å la fartøyet trekke i 2 sekunder. Det betyr at vi fikk 41 ulike testresultater å velge i. Vi kjørte to forsøk. Et hvor motoren gikk på halv kapasitet, og et hvor motoren gikk på fullkapasitet. Nedenfor følger resultatene: Test 1 (Halv kapasitet): Time (s) Force (N) Voltage (V) 0.000 2.609 0,83 0.050 2.534 0,73 0.100 2.519 0,97 0.150 2.579 0,15 0.200 2.682 0,86 0.250 2.791 0,78 0.300 2.857 0,81 0.350 2.840 0,75 0.400 2.755 0,82 0.450 2.650 0,15 0.500 2.551 0,98 0.550 2.519 1,15 0.600 2.599 1,00 0.650 2.745 0,15 0.700 2.893 0,91 0.750 2.942 1,05 SIDE 50 0.800 2.827 0,83 0.850 2.589 0,58 0.900 2.387 0,77 0.950 2.321 0,89 1.000 2.448 0,03 1.050 2.699 0,80 1.100 2.917 0,88 1.150 2.981 0,00 1.200 2.852 0,87 1.250 2.614 0,90 1.300 2.405 0,00 1.350 2.315 0,94 1.400 2.388 0,91 1.450 2.580 0,03 1.500 2.803 0,84 1.550 2.940 0,84 1.600 2.917 0,47 1.650 2.750 0,04 1.700 2.519 0,70 1.750 2.363 0,76 1.800 2.354 0,91 1.850 2.494 0,79 1.900 2.701 0,85 1.950 2.867 0,83 2.000 2.915 0,78 SIDE 51 Test 2 (Full kapasitet): Time (s) Force (N) Voltage (V) 0.000 6.072 1,41 0.050 5.975 1,19 0.100 5.948 1,01 0.150 6.012 1,21 0.200 6.077 1,56 0.250 6.045 1,17 0.300 5.932 1,56 0.350 5.837 1,01 0.400 5.837 1,29 0.450 5.892 1,34 0.500 5.960 1,15 0.550 6.016 1,46 0.600 6.060 1,01 0.650 6.070 1,53 0.700 6.053 1,27 SIDE 52 0.750 6.046 1,22 0.800 6.039 1,32 0.850 6.006 1,15 0.900 5.946 1,40 0.950 5.875 1,20 1.000 5.803 1,50 1.050 5.766 1,01 1.100 5.764 1,01 1.150 5.788 1,39 1.200 5.851 1,21 1.250 5.916 1,50 1.300 5.927 1,01 1.350 5.900 1,16 1.400 5.842 1,53 1.450 5.781 1,01 1.500 5.758 1,15 1.550 5.780 1,52 1.600 5.841 1,27 1.650 5.888 1,01 1.700 5.899 1,53 1.750 5.917 1,01 1.800 5.938 1,17 1.850 5.907 1,40 1.900 5.826 1,18 1.950 5.756 1,57 2.000 5.776 1,32 Forsøk 1: En ser at motorens høyeste trekkraft ved halv kapasitet er på 2,981 N. Samtidig kan en se at den høyeste spenningen det sendes ut fra batteriet under ila disse 2 sekundene er 1,15 V. Forsøk 2: Motorens høyeste trekkraft ved full kapasitet er på 6,072 N. Ut i fra tabellen kan en se at den høyeste spenningen batteriet vi får fra batteriet ila disse 2 sekundene er 1,57 V. SIDE 53 5.4 Fart- og akselerasjonstest GJENNOMFØRING FARTSTEST Det ble funnet en fast avstand. På ett gitt punkt på denne avstanden ble tiden startet, og på ett gitt punkt på avstanden ble tiden stoppet. Det ble brukt full vekt under forsøket, altså 7.27 kg. Det ble målt avstanden mellom «rissene» i vanntanken, og kom frem til at det var 1.25 meter. Testen ble gjennomført mellom 7 slike «riss». RESULTAT Forsøk Tid i sekund 1 2 3 4 Gjennomsnitt Oppskalert fart 4.48 4.78 4.71 4.40 4.59 4.59 Avstand i meter 8.75 8.75 8.75 8.75 8.75 8.75 m/s Km/t Knop/t 1.953 1.83 1.858 1.988 1.907 15.81 7.03 6.59 6.68 7.15 6.86 56,9 3.78 3.54 3.59 3.85 3.69 30,6 Formler brukt m/s Km/t Knop SIDE 54 Avstand / tid (m/s) * 3.6 (km/t) / 1.86 Det ble også prøvd en måling med null last. Tid i sekund 3.33 Avstand i meter 8.75 m/s 2.62 Km/t 9.46 Knop/t 5.08 Dette er målinger med bare skrog, motor og ror (med servo). Vekten her er 2.72 kg. Oppskalert fart, altså hvilken fart prototypen kan oppnå er 30,6 knop. FEILKILDER Under forsøket oppsto det bølger, og grunnet tidspress var det ikke tid til å vente til vannet hadde roet seg helt til neste gjennomkjøring. Batteriet blir også litt og litt mer utladet for hver gjennomføring. GJENNOMFØRING Tok ut en gitt avstand, slik som på fartstesten, bare nå begynte forsøket fra 0 m/s. Det ble brukt full vekt, 7.27 kg. Avstanden nå var på 4 «riss» i vanntanken, som tilsvarer 5 meter. SIDE 55 RESULTAT Forsøk Tid Avstand 1 2 3 Gjennomsnitt 4.66 4.81 4.55 4.673 5 5 5 5 m/s til slutt 1.08 1.04 1.1 1.07 m/s2 Km/t2 Knop/t2 0.232 0.216 0.242 0.23 0.835 0.777 0.871 0.828 0.45 0.42 0.47 0.445 Formel brukt er: v = v0 + at. V0 er startfarten, altså 0. Tid ble målt og «v» ble regnet ut. Det ble også tatt akselerasjonsmåling uten last, da veide skipet 2.72 kg. Tid 3.15 Avstand 5 m/s til slutt 1.587 m/s2 0.503 km/t2 1.81 Knop/t2 0.975 FEILKILDER Under forsøket oppsto det bølger, og grunnet tidspress var det ikke tid til å vente til vannet hadde roet seg helt til neste gjennomkjøring. Batteriet blir også litt og litt mer utladet for hver gjennomføring. 5.5 DP kalibrering Hensikt Hensikten er å finne riktige verdier for Kp, Ti og Td konstanten Utsyr - Fartøy Potensiometer Styringsprogram Dreiehjul, x5 Lodd, 2x 100 g Lodd, 600 g SIDE 56 Gjennomføring 1. Plasserer båten opp i rig 2. 3. 4. 5. Skyver båten ut av posisjon. Pådrag genereres kun av Kp Etter god reguleringen med Kp slår man på Ti konstanten. Man flytter båten ut av posisjon og finner den beste Kp og Ti reguleringen Td bestemmes tilslutt. For fast motstrøm legges det mer lodd på venstresiden. Den allerede ferdige reguleringen korrigeres slik at båten holder samme posisjon i sterk strøm. Sterk strøm > 2 kg SIDE 57 Resultater: 5 Ikke fast motstrøm 4 3 1 0 -1 30 49 68 87 106 125 144 163 182 201 220 239 258 277 296 315 334 353 372 391 410 429 448 467 486 Pådrag 2 Ikke fast motstrøm -2 -3 -4 Målinger Grafen viser reguleringen når det ikke er en konstant motstrøm. Bredden på grafen kommer av derivasjonsreguleringen. Fartøyet startet i posisjon 2,5 og skal regulerer seg til posisjon 3. Dette er en distanse på 38 cm, det tilsvarer i underkant av 26 meter skalert opp. Differensen av ytterkantene på pådraget vil være den faktiske reguleringen. Det blir et overdempet system som kun passerer ønsket posisjon en gang, Fast motstrøm 0 23 46 69 92 115 138 161 184 207 230 253 276 299 322 345 368 391 414 437 460 483 0 -1 Pådrag -2 Fast motstrøm -3 -4 -5 -6 Målinger Bredden på pådraget illustrerer hvor mye pådrag den har. Den bygger seg jevnt opp og holder en jevn fart for å motvirke motstrømmen. Fartøyer brukte 40 sec for å motvirke en motstrøm på 600g. SIDE 58 Feilkilder - Friksjon i overganger på snor - Ujevn gange i tråden - Liten uttestingsavstand - Små dreihjul som hopper lett av - Potensiometer stil riktig vei, slik at det blir en regulering 5.6 Test av ulike malinger/sprayer OPTIMAL A-BASE Denne malingen fungerer fint. Det er ingen tegn til at malingen skal flasse av, eller noen skade på isoporen. Det er en fin grå farge. Malingen ble malt på en isopor bit 01.05.15 og testet ca. 1 time i vannet 02.05.15. Dette virker som en grei maling til bruk. SIDE 59 QUICK UNIVERSAL, BENGALACK Dette er en fin gråfarge og lett å jobbe med. En isoporbit ble påført maling dagen før den ble testet i vann. Den ble også liggende ca. 1 time i vannet. Etter en time, løsnet malingen, og ved å ta på den ble det observert maling på hendene. Det er ingen tegn til skade på isoporen, men ser ut som om den har ætset seg litt inn på ene siden av isoporen. QUICK SPRAYLAKK Fin og perlegrå farge. Den er enkel å påføre og fin å jobbe med. Sprayen gir en fin og glatt overflate. Det er heller ingen tegn til at malingen skal gå av. Denne ble også påført dagen før testen, slik at malingen skal ha mulighet til å tørke. Denne anbefales til bruk, da den er lett å jobbe med og gir en fin overflate. BERGEN MALING Malingen viste seg å være noe rød aktig, så dette er feil farge å jobbe med. Malingen gikk også av etter ca. 1 time i vannet. Var ingen tegn til skade på isoporen. SIDE 60 5.7 Modellens ladestrøm, ladespenning, indre motstand og batterikapasitet (Ah) Ved fullt ladet batteri: Spenning over batteriet: 8,28 V Spenning over motstand: 7, 76 V Strøm over motstand: 3,4 A Indre motstand: 0,152 ohm Den faktiske indre motstanden vil være noe lavere da det også er motstand i multimeter og kabler. Ladestrøm: Den oppgitte ladestrømmen på batteripakken er 4 A. Når vi måler går strømmen i likhet med spenningen opp og ned. Vi målte strømmen mellom 0,5 A og 3,9 A gjennom hele oppladingen. Motstanden jeg har brukt for å finne indre motstand er 2 ohm. SIDE 61 Graf og tabell over spenning på neste side. Spenningen gjennom oppladingen: Sluttfasen: SIDE 62 SIDE 63 Utlading batteri I påfølgende bilder ser vi resultatet av test på batteriet vi skal bruke som strømkilde til motoren i fartøyet vårt. Vi ser at det går drastisk ned etter 1000 sekunder og da vil ikke batteriet levere like god effekt. Vi brukte en samplingsfrekvens på 1 måling i sekundet. SIDE 64 Utlading Batteri 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 Utlading Batteri 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 1000 2000 3000 Strøm (A) 4000 5000 6000 7000 8000 Spenning (V) Tabell over målingene hvert hundrede sekund: SIDE 65 Time (s) Voltage (V) Current (A) 0 7,122 3,24 100 7,098 3,23 200 7,071 3,21 300 7,04 3,2 400 7,001 3,18 500 6,955 3,16 600 6,896 3,13 700 6,815 3,1 800 6,683 3,04 900 6,377 2,9 1000 5,704 2,59 1100 4,924 2,24 1200 4,266 1,94 1300 3,657 1,66 1400 3,217 1,46 1500 2,82 1,28 1600 2,448 1,11 1700 2,226 1,01 1800 1,991 0,9 1900 1,741 0,79 2000 1,542 0,7 SIDE 66 Bilde: 1 Oppsett for test av batteri 5.8 Motortesting Auto Time (s) 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 6 volt 6 volt2 6 volt3 6 volt4 6 volt5 Position Acceleration (m) Velocity (m/s) (m/s²) Voltage (V) Current (A) 0,12 0,02 1,43 2,315 0,689 0,13 0,15 5,3 2,507 0,691 0,14 0,55 7,49 2,488 0,688 0,18 0,9 5,11 2,545 0,689 0,23 1,06 3,48 2,722 0,688 0,29 1,25 3,13 2,634 0,688 0,35 1,38 2,77 2,874 0,69 0,42 1,53 3,7 2,862 0,693 0,51 1,75 -1,94 2,947 0,693 0,6 1,33 -13,64 3,02 0,691 0,64 0,38 -13,58 3,056 0,69 SIDE 67 Effetkt inn: Kraft S (avstand) Arbeid Effekt inn Vikrningsgrad 1,595035 Volt 0,23881 0 0 0 0 1,732337 Volt 0,8851 0,01 0,008851 0,17702 0,10218566 1,711744 Volt 1,25083 0,02 0,0250166 0,250166 0,14614685 1,753505 Volt 0,85337 0,06 0,0512022 0,341348 0,19466611 1,872736 Volt 0,58116 0,11 0,0639276 0,319638 0,17067969 1,812192 Volt 0,52271 0,17 0,0888607 0,3554428 0,1961397 1,98306 Volt 0,46259 0,23 0,1063957 0,35465233 0,17884095 1,983366 Volt 0,6179 0,3 0,18537 0,52962857 0,26703522 2,042271 Volt -0,32398 0,39 2,08682 Volt -2,27788 0,48 2,10864 Volt -2,26786 0,52 -0,1263522 -0,3158805 -0,1546712 -1,0933824 -1,16432594 2,42973867 -1,1792872 -2,3585744 -1,11852872 Effektkurven for motoren på fullfart. SIDE 68 5.9Dokumentasjon av 8-bit D/A omformer Hensikt Lage en 8-bit D/A omformer for å styre hangar. Utstyr Kretskort Motstander i kΩ 2400, 1206, 620, 328, 160, 82, 42, 20 Ledninger Programvare Koblingsskjema SIDE 69 Dataprogram Endringer må gjøres her hvis hangar ikke er i ro på trinn 87 Spenningstrinn Nivå U målt [V] Endring 82 1,475 0,022 83 1,497 0,022 84 1,516 0,019 85 1,538 0,022 86 1,56 0,022 87 1,581 0,021 88 1,59 0,009 89 1,612 0,022 90 1,633 0,021 91 1,655 0,022 Merknad Hangar ned Stillestående Hangar opp SIDE 70 Feilkilder Små spenningstrinn gjør at utbytting av motstandere som ikke er nøyaktig lik kan medføre feilfunksjonering på hangar. Endringer i programvaren er nødt for å kompensere for dette Motstandene endrer motstand etter at de blir varme Kortslutning mellom motstandene 6.0 HMS Helse, Miljø og Sikkerhet «Suksess gir sikkerhet, sikkerhet gir suksess» For å sikre at HMS blir ivaretatt, under produksjon drift og vedlikehold av fartøyet har en sett nærmere på hvilke regler som gjelder for «Bygging og reparasjoner av båter, oljeplattformer og installasjoner» for å sikre oss at prosjektet oppfyller de kravene som er satt. Det har i tillegg sett spesifikt på eget fartøy, og tatt hensyn til hvilke HMS-tiltak som må gjøres for å ivareta sikkerheten. Samtidig så er det tatt hensyn til forsvarets sikkerhetsregler for fartøy og arbeidsmiljø. Disse tre til sammen gjør at sikkerheten er ivaretatt på en god måte. 6.1 Brann og eksplosjonsfare Kilder: http://regelhjelp.no/no/Etatenes-sider/Direktoratet-for-samfunnssikkerhet-ogberedskap-DSB-/Kravlister/Bygging-og-reparasjon-av-skip---Brann--ogeksplosjonsvern/?bransjeid=817 Bygning der farlig stoff håndteres skal ha effektiv ventilasjon som sikrer mot brann, eksplosjon og annen ulykke. Oppføring eller vesentlig endring av fartøyet eller deler av fartøyet der gass skal håndteres skal prosjekteres Gjennomføring for elektriske kabler, rør og lignende skal tettes effektivt for å beskytte mot gassinntrengning fra områder hvor eksplosjonsfarlig atmosfære lett kan oppstå. Lufterør fra utstyr skal føres ut i friluft SIDE 71 Prosessikrings-, nødavstengnings- og nødstrømsystem tilpasset virksomhetens kompleksitet skal installeres dersom det er nødvendig for å forhindre at unormale tilstander utvikler seg til faresituasjoner. Trykkavlastningssystem skal installeres slik at fartøyet ikke utsettes for uakseptabelt trykk. Systemet skal lede bort farlig stoff på en sikker måte. Dette vil i praksis skje gjennom kvalifisert og testet ventilasjonssystem. Spill av farlig stoff skal tas hånd om slik at faresituasjoner ikke oppstår. Spill skal håndteres og oppbevares etter regelverket (ifht hvilket spill det er snakk om) Fartøyet er utrustet med miljøstasjon som kan ivareta alle kjemikalier og avfall som er ombord på fartøyet. Det skal gjennomføres sikringstiltak for å hindre at uvedkommende får tilgang til farlig stoff. Skilting der farlig stoff oppbevares skal oppføres. Intern adgangskontroll (adgangskort) skal sikre at uvedkommende ikke får tilgang. Det skal utarbeides situasjonsplan samt nødvendige sikkerhets- og driftsinstrukser på norsk og i tillegg på et språk som ansatte og andre berørte i virksomheten forstår når disse ikke forstår norsk. Skisse over fartøy med brannslanger og andre hjelpemidler skal være på skissen, som vil være plassert i redningssentralen midt i skipet. Fartøyet med installasjon skal oppstilles slik at kontroll, vedlikehold og reparasjoner kan gjennomføres. Dessuten skal alt merkes slik at det er enkelt og gjennomføre kontroll av og at det er oversiktlig, hva som er hva, og hvor er hva. Brannfarlig gass som skal til forbruker, unntatt hydrogen og gass med naturlig lukt, skal være tilsatt luktstoff Fylling av brannfarlig gass på løse beholdere skal kun skje ved anlegg beregnet for slik fylling og av personell med nødvendig kompetanse. Selvbetjening er ikke tillatt Ved fylling på løse beholdere skal beholder merkes varig og tydelig slik at den er sporbar tilbake til fyllestedet. Det skal ikke føres gass med uredusert trykk inn i lugar, bysse, bro, kontor eller personalrom Ved tilløp til offentlig havn skal det utveksles informasjon og samordnes tiltak for sikkerhet, hvis det utføres aktivitet som kan påvirke andres sikkerhet. Eksempelvis, fueling av fartøyet. Det skal umiddelbart varsles Direktoratet for samfunnssikkerhet og beredskap om større ulykker i forbindelse med håndtering av farlig stoff og. Det skal etablere et system for registrering av uhell, ulykker og tilløp til slike i forbindelse med håndtering av farlig stoff og tilhørende utstyr og anlegg. Dette videreføres gjennom de standardiserte rapporteringsprosedyrene i sjøforsvaret og Forsvaret Uhell og ulykker i forbindelse med håndtering av farlig stoff skal snarest mulig rapporteres til Direktoratet for samfunnssikkerhet og beredskap. Rapporten skal inneholde en beskrivelse av hendelsen, analyse av årsaken til hendelsen og opplyse om hvilke tiltak virksomheten vil iverksette for å forhindre slike hendelser i fremtiden. Altså det skal bli rapportert både sivilt og internt i forsvaret. SIDE 72 6.2 Elektriske anlegg Kilde: https://lovdata.no/dokument/SF/forskrift/2001-12-04-1450/KAPITTEL_4#§10 Jordingssystem – I og med at vi er på sjøen er direktekobling til jord vanskelig, skroget vil derfor fungere som jord. Dette medfører at alt dekkes slik at det ikke oppstår farlig strømgjennomgang eller for høye temperaturer som kan føre til forbrenning eller brann. Beskyttelse mot elektriske støt ved normal bruk – Der det er fare for støt skal det skiltes, spennigssatte deler av fartøyet herunder. Beskyttelse mot elektrisk støt ved feil – Elektriske anlegg skal konstrueres slik at ved feil skal anlegget kobles ut, eller omdirigeres hvis anlegget tillater dette og at det er mulig. Beskyttelse mot skadelige termiske virkninger - Elektriske anlegg og utstyr skal være slik at de ikke representerer noen fare for antennelse av brennbare materialer på grunn av for høy temperatur eller lysbue. Brennbart material skal ikke oppbevares ved elektriske anlegg. Termiske apparater skal ha innretning som virker slik at apparatene kobles ut før farlige temperatur oppstår, med mindre apparatet er tillatt brukt uten slik innretning. Utkoblingsinnretningen skal ha friutløsning og manuell tilbakestilling. Det skal utarbeides sikkerhetstiltak mot overstrøm, overspenning og feilstrømmer Variasjoner i spenning og frekvens – Systemene om bord skal testes under sikre forhold, der man tyner anlegget til det maksimale, slik at man er sikker på at det tåler de variasjonene som kan oppstå. Dette skal skje før fartøyet tas i bruk. Beskyttelse mot ytre påvirkninger – Det elektriske anlegget skal være tilpasset de harde påkjenningen som skroget blir utsatt for i det tøffe farvannet. Tester skal utføre før man benytter fartøyet Nødutkobling – Mulighet for nødutkobling skal installeres, slik at dette skjer automatisk ved feil, eller ved manuell overstyring. Utkobling er designet på en måte at man kutte hierarkisk. Dvs at det som er ubetydelig for fartøyets operative evne og sikkerhet kobles ut først. Merking av kabler, vern og annet materiell SIDE 73 6.3 Arbeidsmiljø Kilder: http://regelhjelp.no/no/Etatenes-sider/Arbeidstilsynet/Kravlister/Byggingreparasjon-avskip-bater-oljeplattformer-og-moduler---arbeidsmiljo/?bransjeid=817 Arbeidsutstyr Leverandøren er ansvarlig for arbeidet som gjøres med byggingen og driften av fartøyet foregår på en sikker område. Når det gjelder konstruksjon og bygging av selve båten er det underleverandørene som har ansvaret for at utstyret er i regelmessig standard, at alt som trengs av utstyr er på plass og at de som bruker dette utstyret har den kompetansen de skal ha for bruk av utstyret. I enkelte tilfeller er det ikke mulig å sikre seg 100% mot skader ved bruk av arbeidsutstyr. Det er da viktig at det gjøres tiltak for å minimalisere sjansen for skader. Dette er vårt ansvar, overordnet som arbeidsgiver, mens underleverandørene er ansvarlig for at dette oppfylles. Det skal gjennomføres gjentatte kontroller av arbeidsutstyret, og det understrekes at de som gjennomfører en slik kontroll skal ha den kompetansen som denne kontrollen medfører. De kvalifiserte personene skal kunne: Bestemme typen av kontroll som må utføres Identifisere kritiske deler og komponenter Foreta feilsøking Avgjøre hvilke tiltak som er nødvendig for fortsatt sikker drift, rapportere mangler og skrive rapport Alle som utfører arbeid med arbeidsutstyr som krever opplæring og sertifisering, skal inneha gyldig bevis for å bruke det gitte arbeidsutstyret. Forsvarets regler for opplæring og kvalifikasjon er styrende når det gjelder sertifisering for bruk av utstyr. Dette er hjelpende om fartøyet er bemannet. SIDE 74 Kjemikalier Det skal gjennomføres en risikoanalyse vedrørende risikoer ved arbeid med kjemikalier. Forekomsten av kjemikalier om bord skal kartlegges og dokumenteres for. Det skal opprettes verneombud. Opplæring i arbeid med farlige kjemikalier Arbeidere ombord skal ha informasjon om: - De farlige kjemikaliene som forekommer eller kan forekomme på arbeidsplassen, kjemikalienes navn, den risiko de medfører for arbeidstakernes helse og sikkerhet, og hvilke grenseverdier som gjelder for kjemikaliene - Den foretatte risikovurderingen og vesentlige endringer i denne - Riktig bruk av det arbeidsutstyret som anvendes - Nødvendige vernetiltak for sikker utførelse av arbeidet - Håndtering av driftsforstyrrelser og nødsituasjoner som kan oppstå Oppbevaring og håndtering av kjemikalier - Kjemikalier skal håndteres og oppbevares på en fullt forsvarlig måte slik at helseskader, brann, eksplosjon og andre ulykker unngås. Merking av kjemikalier – Det skal sørges for at beholdere og emballasje for farlige kjemikalier som blir fremstilt, pakket, brukt eller oppbevart i virksomheten er fullt forsvarlig merket på norsk eller engelsk med kjemikalies navn, faresymbol og advarselssetninger. Beredskapsplan for nødssituasjoner ved arbeid med kjemikalier – Skal utarbeides, og riktige vernetiltak skal iverksettes. Det stilles krav om riktig verneutstyr ifht. Den eventuelle faren som kan være forbundet med det spesifikke kjemikalie. Håndtering av farlig avfall – Skal oppbevares i henhold til regelverket i miljøstasjonen om bord på fartøyet. SIDE 75 6.4 Støy Tiltak for å redusere støy på fartøyet (bemannet tilstand) Velge hensiktsmessig arbeidsutstyr som gir minst mulig støy, krav om hørselvern i støyutsatte områder. Innfører skreddersydde ørepropper til maskinister og dronepersonell. Foreta teknisk støyreduksjon som demper lydutbredelse gjennom luft, fokus på isolering og skjerming av støy. Foreta teknisk støyreduksjon som reduserer strukturlyd og vibrasjoner ved å avbalansere, dempe eller isolere lydkilder. Eksempelvis er motoren ubelastet og det er lagt et avdempingfilter under den som reduserer vibrasjon og dermed støyen. Ha systematisk vedlikehold av arbeidsutstyr Tilrettelegge arbeidet ved begrensning av eksponeringstid og intensitet, og med tilstrekkelige støyfrie hvileperioder. Redusere perioden for den enkelte i støyutsatt område. Sørge for helseundersøkelser, for kartlegging og forebygging av skader på hørsel. 6.5 Forurensning Kilder: http://regelhjelp.no/no/Etatenes-sider/miljodirektoratet/Kravlister/Byggingreparasjon-av-skipbater-oljeplattformer-og-moduler---forurensning/?bransjeid=817 Registrering av kjemiske stoffer – Registrering til EUs kjemikaliebyrå ECHA Aktsomhetsplikt skal utøves Spesifikke tiltak for forhindring av unødvendig forurensning: - Advarselsmerking - Informasjon om helse- og miljøfarlige egenskaper og virkninger - Bruksanvisninger - Forsvarlig emballering - Tilbakekall av produkter SIDE 76 Sikkerhet i forbindelse med helikopterdrone Fartøyet er designet for å foreta sikker drift og oppbevaring av dronen. Det er laget et tilpasset lastsikringssystem av dronen som er konstruert ifht de forholdene fartøyet blir utsatt for. Det er utarbeidet sikkerhetssoner for personell om de skulle være tilstede på fartøyet under landing og «take off» Det er laget prosedyrer og sikkerhetsregler for landing og take off under utfordrende værforhold 6.6 Sikkerhet i forbindelse med sikring av last Kilde: http://nautikk.net/sikring-av-last/ Viser til tidligere punkt når det gjelder sikring av drone Last sikres i henhold til lastsikringsmanual fra CSM og retningslinjer fra IMO. Sikringsutstyret og arrangementet skal hele tiden etterses slik at lasta ikke har mulighet til å flytte seg under seilasen Spesiell last med høyt tyngdepunkt skal plasseres nærmest mulig skipets tverrskipssenterlinjen Sikringen av lasten skal ikke fjernes før skipet er fortøyd til kaien Plasseringen av lasten skal ikke hindre rømningsveier og tilgang til brannslukningsutstyr. Farlig gods skal være adskilt og sikret Sikringsutstyret bør være tilgjengelig, vedlikeholdt, sterkt nok og beregnet for lastens karakteristikk Sikringsutstyret og arrangementet skal hele tiden etterses slik at lasta ikke har mulighet til å flytte seg under seilasen Kilder: http://regelhjelp.no/no/Etatenes-sider/Direktoratet-for-samfunnssikkerhet-og-beredskap-DSB/Kravlister/Bygging-og-reparasjon-av-skip---El-sikkerhet/Krav-til-elektriske-anlegg---byggingav-skip/?bransjeid=817 SIDE 77 7.0 Betraktninger 7.1 Krav og forutsetninger til systemet 1.Det skal tilstrebes en lav-kost løsning. Budsjettet finnes under punkt 1.1 2.Framdrift skal bestå av en enkel framdriftslinje -motor/aksel/propell/ror. Det ble bekreftet under punkt 2.4 Fremdriftssystem. 3.Lengde overalt skal ikke overstige 68 m Det ble bekreftet under punkt 4.1. 4.Største bredde overalt skal ikke overstige 17 m. Det ble bekreftet i rapporten under punkt 4.1 5.Største dypgang skal ikke overstige 4.5m. Det ble bekreftet i rapporten under punkt 4.1 6.Helikopterdronen skal kunne lande og ta av på sikker måte. Det er opp til piloten, men hangaren er lagt til rette for at dette skal gå uten de store anstrengelser. 7.Helikopterdronen skal fraktes sikkert ut/inn/mellom hangar og landingsplattform Under punkt 2.2 kan en se at dronen står i ro, mens hangaren beveger seg. Å stå i ro er sikkert. 8.Plattformen bør minimum kunne tilbakelegge 1000 NM ila 72 timer Dette ble bekreftet under punkt 5.2. 9.Driftsprofil i operasjonsområdet er 5 kts fart /døgn Dette ble bekreftet under punkt 5.2, men med 10 kts fart/døgn 10.Skal kunne drive helikopteroperasjoner i 14 dager i operasjonsområdet Dette ble bekreftet under punkt 5.2. 11. Helikopterdronen skal ha 5 x 4 timer flytid/døgn. Dette er opp til produsenten av dronen. 12.Fartøyet skal være stabilt med tomme/fulle tanker og drone ombord. Dette ble bekreftet under punkt 5.1. 13.Lavradarsignatur -RCS (radar cross section) skal tilstrebes. Det er tilstrebet. SIDE 78 14.Helikopterdronen skal ha oppbevaring i egnet værsikkerhangar ombord. Dette ble bekreftet under punkt 2.2 15.Fartøyet skal operere autonomt og/eller via avstandskommunikasjon. Dette ble bekreftet under punkt 4.3 i rapporten 7.2 Løsningene til gruppa Skrog Skroget har en spiss baug, noe som gjør at den bryter vannflaten godt. Vannlinjene langs skroget er «myke», noe som gjør at skipet glir lett gjennom vannet noe som er energibesparende. Dette kan en se på den lange rekkevidden fartøyet har. Fartøyet er faktisk i stand til å seile en lengde tilsvarende ekvator to ganger på fulle tanker. Fartøyet kan altså operere mye lenger enn det stabskravdokumentet krever, og det er jo en fordel når fartøyet skal være autonomt. Topphastigheten med fullt skip er på hele 30,6 knop. Stabiliteten på skroget gjenspeiles i VCG som er 3,8 m på protypen. Dette gjør at skroget er ganske stabilt. For å ha den gode stabiliteten bør en følge oppsettet for lasting av fartøy under punkt 4.1. Hangarløsningen Hangarløsningen er lett å styre, siden det er bare to muligheter. Minuset med hangaren er at den trenger vedlikehold når det kommer til tannhjulene som kan ruste hvis de blir utsatt for sjøsprøyt. Tannhjulene er plassert slik at det er lite sannsynlighet for at dette skal skje. De bør likevel smøres med olje hver gang fartøyet er inne til overhaling. Det som er bra med hangaren er at det er få komponenter, noe som gjør at det er få deler som blir slitt og trengs å skifte så ofte. Det forlenger holdbarheten i forhold til andre løsninger som f.eks en heis. Så hangaren er også laget for å være lenge ute, så lenge den vedlikeholdes med olje når den ligger til kai. Styresystemet Styresystemet av avhengig av å være tilkoblet fjernkontroll. Et bedre integrert system er om disse to operasjonene er uavhengig av hverandre. Dynamisk posisjonering fungerer kun i 1 dimensjon, der et dronefartøy burde kunne stabiliseres automatisk 360 grader. Et fullverdig system trenger flere sensorer for å gi en mer presis regulering. Et så stort fartøy uten trøstere/hjelpepropeller gjør navigasjon unødvendig vanskelig. SIDE 79 8.0 Kildehenvisninger Alt vi har brukt er tilgjengelig stoff på Its learning. SIDE 80
© Copyright 2024