Pobierz - Koło naukowe Piksel

REGATOWA
ŁÓDŹ PODWODNA
NAPĘDZANA
MECHANICZNIE
INFORMACJE
► Jesteśmy kołem naukowym, którego celem jest rozwijanie umiejętności
nowoczesnego projektowania za pomocą programów inżynierskich, w
oparciu
o
zaawansowane
symulacje
wytrzymałościowe
i
hydromechaniczne. Prowadzimy szkolenia z projektowania, jak również
wykorzystywania programów komputerowych w praktyce. Działamy na
Wydziale Oceanotechniki i Okrętownictwa Politechniki Gdańskiej.
► eISR to międzynarodowe wyścigi studenckich drużyn uniwersyteckich, które
muszą zaprojektować i zbudować łodzie podwodne napędzane siłą ludzkich
mięśni, którymi wystartują w wyścigach.
PLAN DZIAŁANIA
I
►projektujemy pierwszą w Polsce regatową łódź podwodną
►budujemy jednostkę prototypową
►startujemy w studenckich regatach w Anglii
►atakujemy rekord świata
II
III
►występujemy na międzynarodowych zawodach w USA
►walczymy z profesjonalnym drużynami
ETAPY PROJEKTU
ETAP I
rozpoczęcie projektu
ETAP II
szkolenia nurkowe
ETAP III
projekt jednsotki
ETAP IV
budowa jednsotki
ETAP V
testy jednsotki
ETAP VI
przygotowanie do
zawodów
ETAP VII
zawody
ETAP VIII
zakończenie projektu
CELE PROJEKTOWE
JEDNOSTKA OPTYMALNA
KADŁUB
MINIMALIZACJA OPORU
SYSTEM STEROWANIA
NAPĘD
MAKSYMALIZACJA NAPORU
PĘDNIK
MIEJSCE ZAWODÓW
Zawody odbywają się co dwa lata w QinetiQ's Ocean
Basin (Haslar Marine Technology Park) w Wielkiej
Brytanii (Anglia, Gosport).
Parametry Basenu:
► wymiary 122 m x 61 m
► głębokość 5,5 m
► dobrze oświetlony (świetliki)
Parametry Wody:
► filtrowana (standard basenu do pływania)
► temperatura około 15 °C (nie ogrzewana)
► lekko chlorowana
► pH około 8,2
ZASADY KONKURSU
► Drużyny muszą zaprojektować i zbudować regatową łódź podwodną napędzaną
siłą ludzkich mięśni, a następnie podjąć wyzwanie, jakim jest udział w wyścigu
łodzi podwodnych. Dzięki temu zasady projektowania są otwarte na innowacje
wprowadzane przez studentów. Wymaga to podejścia inżynierskiego jak i
sportowego. Osoby biorące udział w zawodach musza posiadać uprawnienia
nurkowe. Jednostką steruje jedna osoba (lub dwie), która musi być całkowicie
zamknięta wewnątrz kadłuba łodzi. Wszystkie siły napędowe muszą być
dostarczone przez pilota. Kadłub nie musi być wodoszczelny. Cel to
optymalizacja systemów przekładni, aby jak najlepiej wykorzystać energię pilota.
Najważniejszym zadaniem jest zminimalizowanie oporu i zmaksymalizowanie
naporu śruby. Szczególną uwagę zwraca się na pływalność, przegłębienie i
kontrolę sterowania pojazdem. Uzyskane projekty są łodziami podwodnymi w
najszerszym tego słowa znaczeniu.
KALENDARZ
► WRZESIEŃ rejestracja
► PAŹDZIERNIK wpisowe
► LISTOPAD / GRUDZIEŃ projekt
► STYCZEŃ wysłanie wstępnego projektu
► LUTY / MARZEC realizacja projektu
► KWIECIEŃ zdjęcia projektu
► MAJ film podwodny
► CZERWIEC projekt końcowy
► LIPIEC zawody
HARMONOGRAM ZAWODÓW
► Dzień 1 rejestracja (frontowa brama QinetiQ's Haslar)
rozpakowanie, montowanie, ostateczne przygotowania
inspekcja konstrukcji na sucho (jury)
zatwierdzenie przejścia do kolejnego etapu
► Dzień 2 / 3 rozmowa z Dive Safety Team
balastowanie jednostek
inspekcja konstrukcji na mokro (jury)
zatwierdzenie przejścia do kolejnego etapu
► Dzień 4 / 5 przygotowanie do treningów
testy jednostek
ostatnie poprawki
► Dzień 6 / 7 / 9 treningi
klasyfikacja generalna
zatwierdzenie przejścia do kolejnego etapu
► Dzień 8 targi, konferencja
wytypowanie kolejności startów w wyścigu
► Dzień 10 wyścig (należy się zakwalifikować)
rozdanie nagród
TRASA WYŚCIGU
Naszym głównym zadaniem jest osiągniecie:
► największej prędkości na dystansie 13 mm
► najkrótszego czas na dystansie 175 m
► poprawnie wykonanego slalomu
► docelowej prędkości 7 kn (3,6 m/s)
WYDARZENIE
W ramach zawodów odbywają się:
► międzynarodowe targi
► konferencje
► spotkania branżowe
W ramach promocji realizowane są:
► programy publikowane w telewizji
► artykuły w mediach fachowych
► informacje w mediach społecznościowych
Liczba zespołów:
► dwanaście
Kraje biorące udział:
► USA, Kanada, Niemcy, Wielka Brytania, Holandia, Nowa Zelandia
Skład Jury:
► Race Director, Business Director, Head Judge, Press Officer, QinetiQ Liaison,
IMarEST Liaison
ELEMENTY PROJEKTU
► kadłub
► pędnik
► system sterowania
► mechanizm napędowy
► pasy asekuracyjne
► mechanizm bezpieczeństwa
► system umożliwiający oddychanie
► przyczepka
INNOWACJE
Napęd dźwigniowy
System trzech płatów sterujących
Nietypowa geometria pędnika
PRZEBIEG MOMENTU OBROTOWEGO
WYCHYLENIE PŁATÓW
ANALIZA NUMERYCZNA
BUDŻET
► Wymaganiem organizatora jest obecność co najmniej
pięciu osób do obsługi jednostki i jednej do jej
napędzania podczas zawodów. Wszystkie te osoby
muszą mieć uprawnienia nurkowe (cena kursu dla
jednej osoby: 1300 zł). Stąd wynika ilość potrzebnego
sprzętu oraz kursy. Wyposażenie zostanie zakupione a
następnie będzie używane przez następne roczniki
studentów, w związku z tym musi być odpowiedniej
jakości, co pociąga za sobą wyższą cenę.
Kadłub
Pędnik
System sterowania
Mechanizm napędowy
Pasy asekuracyjne
Mechanizm bezpieczeństwa
System umożliwiający oddychanie
Przyczepka
Wpisowe
Transport
Zakwaterowanie
Kurs nurkowania
Sprzęt nurkowy
Artykuły biurowe
Promocja
19 000 zł
5 000 zł
4 000 zł
6 000 zł
3 000 zł
3 000 zł
2 000 zł
5 000 zł
6 000 zł
9 000 zł
9 000 zł
8 500 zł
13 000 zł
500 zł
2 000 zł
95 000 zł ►
ZESPÓŁ
Koordynator Projektu
Agnieszka
Czaja
[email protected]
LICZBA CZŁONKÓW ZAANGAŻOWANYCH W PROJEKT I BIORĄCYCH
UDZIAŁ W ZAWODACH – 15 OSÓB
To przede wszystkim studenci ale również doktoranci i pracownicy Politechniki Gdańskiej.
► PRACA W ZESPOLE
► DOŚWIADCZENIE
► INŻYNIERSKIE I SPORTOWE WYZWANIE
► ŁĄCZENIE TEORII PROJEKTOWANIA Z PRAKTYKĄ
WSPÓŁPRACA
► Pragnęlibyśmy podjąć współpracę z Państwem i przy
Państwa pomocy zbudować regatową łódź podwodną i
wystartować w zawodach edycji 2018. Aby tego dokonać
potrzebujemy Państwa wsparcia. Wykonujemy jednostkę
prototypową, jest to pierwszy tego typu projekt w Polsce.
► Proponujemy Państwu promocję w postaci brandingu w
mediach społecznościowych, podczas zawodów oraz na
Politechnice Gdańskiej, w zamian za wsparcie finansowe,
rzeczowe oraz merytoryczne. Jesteśmy również otwarci na
Państwa propozycje.
Koordynator Projektu
WYDARZENIA
OiO4um’15
WYGRANA W KONKURSIE NA NAJLEPSZA PRACĘ INŻYNIERSKĄ
►OiO4um to konkurs na najlepszą
pracę dyplomową inżynierską
organizowany wspólnie przez
Związek Pracodawców FORUM
OKRĘTOWE oraz Wydział
Oceanotechniki i Okrętownictwa
Politechniki Gdańskiej. Celem jest
promowanie innowacyjnych
rozwiązań inżynierskich
opracowanych przez studentów.
KOKON’16
WYGRANA W KONKURSIE KÓŁ NAUKOWYCH
►KoKoN jest to konkurs skierowany
do studentów polskich uczelni
technicznych, który ma za zadanie
popularyzację działań Kół
Naukowych. Organizatorem jest
Forum Uczelni Technicznych (FUT),
które zrzesza 28 uczelni z całej
Polski. W tym roku odbyła się
pierwsza edycja konkursu.
STUKNUT’16
UDZIAŁ W KONFERENCJI
►STUKNUT’16 to już druga edycja Konferencji
Osiągnięć Studenckich Kół Naukowych Uczelni
Technicznych. Celem Konferencji jest
umożliwienie studentom uczestniczącym w
działalności kół naukowych prezentacji osiągnięć
z zakresu teorii i praktyki z dziedzin związanych z
szeroko rozumianą techniką. Konferencja
odbędzie się na pokładzie żaglowca STS
“POGORIA” w trakcie rejsu po wodach Morza
Liguryjskiego
ProJuvenes’16
NOMINACJA W KATEGORII: NAUKOWY PROJEKT ROKU
►Projekt NAUTILUS został nominowany do II etapu konkursu ProJuvenes i otrzymał maksymalna notę
punktową.
►ProJuvenes to nagrody środowiska studenckiego wręczane przez Parlament Studentów Rzeczypospolitej
Polskiej. Głównym celem nagród jest wyrażenie wdzięczności dla ludzi, organizacji, instytucji i firm, które
działają na rzecz środowiska studenckiego. Naukowy Projekt Roku to kategoria skierowana do aktywnych
studentów realizujących naukowe projekty. Na uwagę zasługiwać będą projekty o charakterze naukowym,
innowacyjnym i badawczym. Kryteria wyboru: walor naukowy projektu, innowacyjność/oryginalność projektu,
zasięg projektu (regionalny, krajowy, międzynarodowy), liczba odbiorców projektu.
UDZIAŁ W KONKURSIE
TRAVISIONS 2016
PUBLIKACJA
W ZESZYCIE NAUKOWYM AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI
,,Główne elementy projektu regatowej łodzi podwodnej NAUTILUS napędzanej
mechanicznie’’
Tytuł:
,,Main elements of the project human-powered submarine NAUTILUS’’
Title:
dr hab. inż. Janusz Kozak1, prof. nadzw. PG, mgr inż. Agnieszka Czaja2,
inż. Piotr Dąbrowski2
1) Politechnika
2) Politechnika
Gdańska, Wydział Oceanotechniki i Okrętownictwa
Gdańska, Wydział Oceanotechniki i Okrętownictwa, Koło Naukowe
CAD/CAE Studentów PG „PIKSEL”
Autorzy:
Afiliacja:
W pracy przedstawiono wybrane rozwiązania projektu podwodnego pojazdu regatowego
o napędzie mięśniowym: analizę oporową kadłuba, koncepcję systemu sterującego,
rozwiązania układu napędowego oraz geometrię pędnika. Projekt został wykonany przez
Koło Naukowe CAD/CAE Studentów PG „PIKSEL”, działającym na Wydziale
Oceanotechniki i Okrętownictwa Politechniki Gdańskiej.
Streszczenie:
The paper presents of fthe main components of the project of human powered regatta
submarine vehicle: optimisation of hull form, , concept of steering and vertrical stabilizing
system, propulsion system design as well as unconventional geometry of the propeller.
of, The project was made by the GUT Student’s CAD/CAE Research Club, acting at the
Faculty of Ocean Engineering and Ship Technology Gdansk University of Technology.
Abstract:
jednostka podwodna, optymalizacja kadłuba, napęd dźwigniowy, sterowanie trójosiowe,
optymalizacja pędnika
submarine, optimization of the hull, lever drive, control triaxial, optimization of the
propulsion
Słowa kluczowe:
Key words:
WYSTĄPIENIE
NA FORUM GOSPODARKI MORSKIEJ
WYSTĄPIENIE
W TVP3 GDAŃSK
GŁÓWNE
ELEMENTY
PROJEKT
KADŁUB
ETAP
1. ograniczenia kształtu kadłuba
2. pozycja pilota
3. gabaryty pilota
4. dobór profili
5. przeprowadzenie symulacji CFD
6. analiza oporowa
7. parametry jednostki
KADŁUB
GABARYTY PILOTA
45%
39%
40%
opór
moc
przyrost procentowy
35%
30%
25%
20%
19%
19%
15%
11%
10%
5%
0%
wartość centyli
0%
5
50
95
KADŁUB
DOBÓR PROFILI
KADŁUB
PARAMETRY JEDNOSTKI
SYMBOL
WARTOŚĆ
JEDNOSTKA
Długość
L
2,7
[m]
Szerokość
B
0,61
[m]
Wysokość
H
0,61
[m]
Objętość kadłuba
V
0,461
[ m3 ]
Pole powierzchni zwilżonej
S
3,73
[ m2 ]
OPIS
SYSTEM STEROWANIA
ETAP
1. płat nośny
2. profil
3. kształt płata sterującego
4. płetwa sterująca
5. napór jednostki
6. manewry
7. elementy systemu sterowania
SYSTEM STEROWANIA
KSZTAŁT PŁATA STERUJĄCEGO
1 wyznaczenie wymaganej powierzchni bocznej płata
2 stworzenie profilu bocznego płetwy przy pomocy programu SIEMENS NX
3 dostosowanie krzywizny płetwy (funkcja "Show Combs’’)
4 podzielenie pletwy na siedem przekrojów
5 sparametryzowanie profilu bocznego
6 zaimportowanie rzędnych profilu NACA 0010
7 wykonanie asocjatywnego modelu płetwy
SYSTEM STEROWANIA
PŁETWA STERUJĄCA
SYSTEM STEROWANIA
NAPÓR JEDNOSTKI
250
wartość naporu kadłuba ze statecznikami
210
wartość naporu kadłuba bez statecznikami
200
171
NAPÓR [N]
150
154
136
122
105
100
95
78
70
55
50
49
36
20
9
2
1
32
18
8
2
0
189
2
3
4
5
6
PRĘDKOŚĆ [kn]
7
8
9
10
NAPĘD
ETAP
1. określenie mocy generowanej przez pilota
2. porównanie napędu rowerowego i dźwigniowego
3. projekt napędu dźwigniowego
4. projekt przekładni stożkowej
5. dobór przekładni planetarnej
6. wybór sprzęgła elastycznego
7. sprawdzenie wytrzymałości wałów
NAPĘD
OKREŚLENIE MOCY GENEROWANEJ PRZEZ PILOTA
POMIAR MOCY
WYNIKI POMIARU MOCY GENEROWANEJ PRZEZ CZŁOWIEKA
MOC MAKSYMALNA
► 712 W
MOC ŚREDNIA
► 600 W
CZAS POMIARU
► 30 s
NAPĘD
PORÓWNANIE NAPĘDU ROWEROWEGO I DŹWIGNIOWEGO
NAPĘD
PROJEKT NAPĘDU DŹWIGNIOWEGO
moc
PP
600
[W]
moment obrotowy
Q
286
[ Nm ]
liczba obrotów
n
20
[ obr/min ]
przekładania stożkowa
stopień przyłożenia 1:6
sprawność 0,95
moc
PP
570
[W]
moment obrotowy
Q
45
[ Nm ]
liczba obrotów
n
120
[ obr/min ]
przekładnia planetarna
stopień przyłożenia 1:4
sprawność 0,95
moc
PP
542
[W]
moment obrotowy
Q
11
[ Nm ]
liczba obrotów
n
480
[ obr/min ]
PĘDNIK
ETAP
1. analiza wybranych pędników
2. podstawowe parametry
3. charakterystyki hydrodynamiczne
4. charakterystyka kawitacyjna
5. geometria
6. charakterystyka profilu skrzydła
7. analiza numeryczna
PĘDNIK
ANALIZA WYBRANYCH PĘDNIKÓW
numer of blades
[-]
3
rotation speed
[ RPM ]
480
rotor diameter
[m]
0,4
required thrust
[N]
105
ship speed
[ m/s ]
3,6
hub dimater
[m]
0,07
fluid density
[ kg/m^3 ] 1000
# radial panels
[-]
20
# chordwise panels [ - ]
20
PĘDNIK
ANALIZA WYBRANYCH PĘDNIKÓW
porównanie pędników pod względem szerokości skrzydła
nazwa
OPEN PROP A
OPEN PROP B
OPEN PROP C
moment obrotowy
9,3808
8,9418
8,5035
moc
471,5329
449,5631
427,4327
sprawność
0,8016
0,8410
0,8844
porównanie pędników pod względem kąta nachylenia skrzydła
nazwa
DTNSRDC
propeller 4381
DTNSRDC
propeller 4382
DTNSRDC
propeller 4383
moment obrotowy
10,0232
10,0232
10,0232
moc
503,8221
503,8221
503,8221
sprawność
0,7503
0,7503
0,7503
porównanie nietypowych pędników (śruby seryjne)
nazwa
NEWTON
RADER
CTO
moment obrotowy
10,0306
10,2504
10,0299
9,9637
moc
504,1933
515,2421
504,1564
500,8288
sprawność
0,7497
0,7336
0,7498
0,7548
WAGENINGEN HYDROCOMP
PĘDNIK
PODSTAWOWE PARAMETRY
PĘDNIK
GEOMETRIA
pg.edu.pl
oio.pg.edu.pl
piksel.oio.pg.edu.pl
subrace.eu