Prosjekt Sjødrone

SJØKRIGSSKOLEN
Prosjekt Sjødrone
Fag: Ingeniørfaglig innføring, Fartøy: KNM Lars Monsen
Gruppe 3
19.06.2013
Sjødrone, gr. 3

Innhold
Sammendrag ........................................................................................................................................... 4
Innledning ................................................................................................................................................ 5
Gantt diagram...................................................................................................................................... 7
WBS element: ...................................................................................................................................... 8
Skrog design ............................................................................................................................................ 9
Hydrostatikk for valgt skrogdesign: ................................................................................................... 12
Konstruksjon av skrog. ...................................................................................................................... 15
Utforming av lemløsningene ............................................................................................................. 16
Montering av utstyret. ...................................................................................................................... 16
Skipsteknisk ........................................................................................................................................... 19
Teknisk beskrivelse av utstyr og funksjonalitet ................................................................................. 19
Fartsregulator og motorer ................................................................................................................. 20
Pådragsmotoren ............................................................................................................................ 21
Fjernkontrollen: ................................................................................................................................. 22
Brukerveiledning til kontrollen .......................................................................................................... 23
Fjernstyring fra pc .............................................................................................................................. 24
Koblingsskjema for fjernstyring fra pc ............................................................................................... 25
Styringssystemet ............................................................................................................................... 26
Kontrollpanelet .................................................................................................................................. 27
Dynamisk posisjoneringssystemet .................................................................................................... 30
Blokkdiagram for styringssystemet ................................................................................................... 32
Tester av modell .................................................................................................................................... 38
Slepetest: ........................................................................................................................................... 38
Bollard Pull – Test .............................................................................................................................. 42
Krenge-test: ....................................................................................................................................... 44
Beregning av fartøyets rekkevidde .................................................................................................... 49
DP/PID – test ..................................................................................................................................... 50
PID – konstanter ................................................................................................................................ 51
Proporsjonalitets posisjonering ......................................................................................................... 51
Integrasjonskompensering ................................................................................................................ 52
Derivasjonskompensering ................................................................................................................. 53
2

Oppsummering av forsøket ............................................................................................................... 54
Hastighetstest .................................................................................................................................... 55
Motortesting ..................................................................................................................................... 56
Bilde av ferdig fartøy ............................................................................................................................. 58
Vurdering opp mot kravdokument........................................................................................................ 59
Kilder og henvisninger ........................................................................................................................... 61
3

Sammendrag
I dette prosjektet har vi konstruert en modell av et landgangsfartøy i skala 1:24. Modellen er
laget i Isopor Polyfoam.
Skroget er utformet i programmet Freeship, og modellen er basert på tegningene fra dette
programmet. Fremdiftssystemet på fartøyet består av en elektromotor koblet til en leddet
aksling ned til en propell. Ut fra Kravdokumentet har vi konstruert et fartøy som kan laste
om bord 8 fueltanker. Fartøyet er designet slik at lasten står så lavt som mulig. Kjøredekket
er tilpasset til en tanks, som kan passere gjennom fartøyet. En lem i hver ende gjør det mulig
å embarkere/debarkere fartøyet både fra hakken og baugen. Skroget er skåret ut av isopor,
basert på tegningene fra freeship.
Fartøyet kan styres fra en fjernkontroll eller fra pc. Båten har et Dynamisk
posisjoneringssystem som gjør den i stand til å styre og automatisk korrigere posisjonen
langs en akse. Programmering av kontrollpanel og Dp-systemet er laget i programmet
Labview. Båten kan, etter ønske, styres med piltaster fra pc.
Egenskapene til det ferdige skroget tilfredsstilte stabskravene. Skroget har generelt gode
sjøegenskaper og er lett å manøvrere. Denne rapporten omhandler og dokumenterer skrog,
elektrisk anlegg, valg av løsninger og testing av fartøyet. Det endelige produktet levde opp til
forventningene fra planleggingsfasen.
4

Innledning
Prosjektgruppen hadde sammen med andre prosjektgrupper fått oppdraget å lage en modell av
et landgangsfartøy til sjøforsvaret. Prosjektet skulle gjennomføres i perioden fra 21/5 til 28/6.
På slutten av perioden skulle en av modellene kåres til vinner. Gruppen vår besto av 5
personer, 2 fra maskin-linjen, 2 fra elektronikk og data-linjen og 1 fra elektro-linjen. Vi fikk
utlevert en del utstyr som skulle brukes og i tillegg fikk vi ekstra midler til å kjøpe utstyr vi
skulle trenge til konstruksjonen av modellen. Før oppstarten fikk gruppen en rekke stabskrav
for modellen som skulle produseres.
Tekniske og funksjonelle krav til fartøyet:
Generelt: Lav vekt, høy hastighet og manøvreringsevne vektlegges.
Lav RCS (radar cross section) er ønskelig.
Lengde overalt skal ikke overstige 24 m
Største bredde skal ikke overstige 7.128 m.
Største dypgang ved full lastet deplasement skal ikke overstige 1.5 m.
Total høyde fra kjøl, med last, skal ikke overstige 7m.
Last gitt i tabell, i kravdokument, skal transporteres med fartøyet
Kjørbar last skal fritt kunne transporteres gjennom fartøyet.
Skal ha god tverrskipsstabilitet, spesielt ved landsetting av last.
Skal kunne landsette kjøretøy på sandstrand med helning ned mot 5°.
Skal føre tilstrekkelig mengde med drivstoff av type F-75 (NATO betegnelse på
Maringassolje) for full fart i 5 timer og fortsatt ha 25 % i reserve.
Observasjonsvinkler fra styrehus skal angis
Krav til modell:
Skal fremstilles i skala 1:24.
Skal frakte den angitte last på sikker måte
Dronen skal kunne kjøre på egenhånd fra fartøy til tørr plass ved landgangssted.
Framdrift og manøvrering skal være basert på utlevert elektrisk motor, aksling,
propell, ror, servoer, batteri, motorkontroller og fjernstyring.
5

Elektriske komponenter skal plasseres og/eller beskyttes slik at de ikke blir ødelagt av
vannsprut.
Skroget skal designes vha dataprogrammet Freeship versjon 2.6
Skroget skal lages i polyfoam (hard isopor)
Konstruksjonsvannlinjen (KVL), nullkryss og dypgangsmerker forut og akter skal
tegnes på modellen.
Skal utstyres med minst 1 stk operer bar ilandkjøringslem.
Skal ha et nødvendig antall lenseporter (spygatt).
Skal ha slepefeste i akter- og i forskipet. Kraften skal gå i senterlinjen til fartøyet.
Skal ha montert, limt og skrudd fast til kjøredekket, en kryssfiner plate med
dimensjoner, 150 x 100 x 8 mm, med arealsenteret rett over fartøyets oppdriftssenter
(LCB) ved KVL.
Bør utstyres med nødvendig overbygg.
Andre utrustningsdetaljer og annet iht prosjektgruppenes behov
6

Gantt diagram
På neste side vises et gantt diagram som er et verktøy for tidsplanlegging av prosjektet. Bildet er et
utsnitt av diagrammet som omfatter plan og konstruksjon og dokumentasjonsfasen.
Opplæringsfasen av prosjektet er utelatt fra bildet.
Figur 1: Gantt-diagram
7

WBS element:
Et skjema til hjelp for strukturering av de forskjellige oppgavene som tilhører prosjektet. Skjemaet
bryter opp oppgavene og gjør det lettere å fordele ansvar.
Figur 2: WBS-skjema
8

Skrog design
Vi kom opp med to design vi valgte og se videre på. Et med trippelt skrog, og ett med enkelt
skrog. Vi veide opp positive og negative sider ved designene og kom vi frem til at for å ha et
skip som oppfylte de gitte kravene ville det være best med et enkelt skrog. Det var noen
egenskaper vi rangerte som viktigere en andre. Stabilitet og manøvreringsevne ble viktigere
enn hurtighet. Ett enkelt skrog ville, uten last, ha et mye lavere metasenter enn en trimaran
og katamaran, men vil holde bedre på avstanden mellom metasenter og tyngdepunkt (GM).
En båt som består av ett fler-skrog vil til sammenligning ha en brått fallende GM kurve, dette
pga. bedre oppdrift i ett enkelt skrog en et fler-skrog ved lasting.
Det valgte skroget hadde disse egenskapene:
Tabell 1: Fordeler - Ulemper
Positive egenskaper Negative egenskaper
Hurtighet Størrelse
Mobilitet Høy RCS
Volumdeplasement
Etter en nøye vurdering av egenskapene valgte vi å jobbe vi videre med designet på bildet
under (figur 1). Utgangspunktet er fra et eksempelskrog fra Freeship (demoskrog nr.7)
Figur 3: Utgangspunktet for skrogdesign
9

Vi tok ned frontlinjen slik at den ble kontinuerlig og flatet skipet under slik at det fikk bedre
oppdrift og en lavere vannlinje. Dette valget førte samtidig til at vi mistet noe av
akselerasjonsegenskapene til båten. Vi fant det lite sannsynlig å ha et skip som kunne plane
med last og derfor ble det viktigere med et skip som tålte ekstra vekt og samtidig var mer
stødig. Lengden totalt ble kuttet ned litt for å komme innenfor maksimalkravet på 1 meter.
Forut og akterut flatet vi og la inn en åpning som ville fungere som inngang/utgang til det
landgående kjøretøyet. For at skipet skulle være i stand til å komme langt nok opp på land til
å sette i land kjøretøyet flatet vi ut baugen. Dette minket også faren for å miste stabiliteten
under operasjonen. Det ville også bli lettere å bakke ut igjen.
Vi ønsket å få vannlinjer som ville bryte vannet på en optimal måte, der vi ville få en best
mulig kombinasjon av hastighet og bevegelighet. Hastighet ble den egenskapen vi
nedprioriterte siden den er påvirket i høy grad av et v formet skrog/planeskrog. For å bedre
hastighetsvilkårene ble baugen kuttet skråere ned mot vannoverflaten samt at kjølen ble
holdt så flat som mulig for å øke oppdriften.
Figur 4: Endelig skrogdesign
10

Figur 5: Endelig skrogdesign, profiler
11

Hydrostatikk for valgt skrogdesign:
Tabell 2: Oppskalerte mål
Design lengde 24.000 m
Design bredde 6.923 m
Design dypgående 1.500 m
Vann tetthet 1.025 t/m^3
Lengde over alt 23.931 m
Bredde over alt 6.994 m
Midtskip plassering 12.000 m
Appendage koeffisient (;) 1.0000
Tabell 3: Volumegenskaper
Volum deplasement 107.84 m^3
Maksimal lengde av undervannslegemet 21.532 m
Block koeffisient 0.4879
Vertikal prismatisk koeffisient 0.6462
Longitudinalt oppdriftssenter 10.947 m
Vertikalt oppdriftssenter 0.913 m
Deplasement 110.54 Tonnes
Maksimal bredde på undervannslegemet 6.844 m
Prismatisk koeffisient 0.6347
Våt overflate areal 134.30 m^2
Longitudinalt oppdriftssenter - 4.892 %
12

Tabell 4: Midtskipsegenskaper
Midtskip seksjonsareal 7.891 m^2
Midtskips koeffisient 0.7687
Tabell 5: Vanlinjeareal
Lengde på vannlinje 21.532 m
Vannlinje areal 111.26 m^2
Vannlinjeareals flotasjonssenter 10.321 m
Tverrskips treghetsmoment 334.19 m^4
Bredde i vannlinje 6.844 m
Vannlinjeareals koeffisient 0.7550
Innstrømningsvinkel 28.232 °
Longitudinalt treghetsmoment 2973.0 m^4
Tabell 6: Stabilitet
Tverrskips metasenterhøyde 4.012 m
Longitudinal metasenter høyde 28.481 m
Tabell 7: Lateralt plan
Lateralt areal 27.743 m^2
Vertical center of effort 0.799 m
Longitudinal center of effort (;) 11.786 m
13

Hydrostatikken på det endelige skroget tillot oss en vekt på 110,54 tonn (ca. 7,2 kg vekt på
modellen). Dette var ved en dypgang på 1,5m (6-7 cm på modellen). Det ble derfor en
målsetning at båten skulle tåle 7,2 kg. Senere i prosessen viste det seg at skipet ville bli
tyngre enn dette. I tillegg viste det seg at skroget tålte en større vekt en det vi hadde
estimert på forhånd i Freeship, uten at fartøyet hadde en større dypgang enn kravet på 6 cm.
Oppdrift-senteret til båten lå ved 10,97m(44,8 cm) fra akter-spillet og lasten ble plassert
rundt dette punktet.
14

Konstruksjon av skrog.
Spantene ble skrevet ut på papir fra Freeship, og deretter klippet ut og brukt som mal for
isoporspantene. Isoporen var 51 (± 1) mm bred og skipet var designet til en lengde på 1
menter. Vi skrev derfor ut 20 spanter for å nå lengden på 1 meter. Under utskjæringen var vi
nøye med å markere spantene med midtpunkt og nummer slik at monteringen skulle bli
enklest og best mulig.
Skroget var designet med en stor avstand fra kjølen til dekket. Vi hadde derfor et stort volum
å jobbe med innvendig. Drivstoff-tankene ble midtstilt rundt oppdriftssenteret til båten. Vi
var opptatt av å få motoren hevet over vannlinjen for å unngå problemer ved eventuelle
lekkasjer. Motoren ble til slutt plassert midt mellom lasten, men over vannlinjen. De
elektriske komponentene ble plassert over akslingen. For å få plass til alt utstyret og lasten,
måtte hule ut skroget slik at materialtykkelsen på det tynneste var så smal som 1,5 cm.
Denne tykkelsen målte vi oss frem til som en sikker tykkelse i forhold til stabilitet og
bristepunkt ved belastning.
Figur 6: Utsaging av spant
Før montering av isoporen gjorde vi en del tester med ulike lim. Vi ville ha et lim som var i
stand til å holde konstruksjonen uten bruk av skurer. Dette ville redusere vekten av skroget
betydelig. Vi endte opp med å kjøpe en trelim. Dette limet virket bra nok til at vi kunne
unnlate bruk av skruer for stabilitet i skroget. Den totale lengden til skroget etter liming var
ca. 102 cm. Dette ble raspet ned til beregnet lengde på 1 meter, samt kanter og ugjevnheter
mellomspantene ble filt og pusset til den strømlinjeformede fasongen fra designtegningene.
15

Utforming av lemløsningene
Lemmene i akter og i baugen tillater fri passasje gjennom skipet. Lemmen i baugen er
motorisert på modellen, men i oppskalert størrelse gjelder dette for aktre lem også.
Lemmene er lent innover for laver RCS og aerodynamikk/vindfang. Dette Fører også til at
lemutslaget må være 180°. Bauglemmen er 23 cm lang og er lent innover med en vinkel 24°
over dekk. Akterlemmen er 29 cm lang og innoverlent med samme vinkel som bauglemmen.
Montering av utstyret.
For å få best mulig vinkel på propellen med motoren plassert over vannlinjen brukte vi en
leddet aksling. Da kunne vi heve motoren 6-7 cm over skutebunnen og la akslingen gå ned
mot akterenden av båten. De elektriske komponentene ble plassert bak skipets
oppdriftssenter slik at vekten til komponentene ville hjelpe båten å holde rett trimm på
fartøyet, derav også propellen under vann (uten last). Det ble uthult plass til komponentene
slik at de enkelt kunne ligge stabilt på plass. Servo til roret er montert på en egen kloss som
er limt og skrudd fast i skroget. Vi plasserte den rett forkant av roret.
16

Figur 7: Montering av el.komponenter
På lemmen forut bruker vi et system der lem-platen er festet med en tynn stang som er
koblet til en rund trinse. Trinsen er koblet opp med en vaier som går fra servoen og er surret
en og en halv gang rundt trinsen og tilbake til servoen. Servoen er plassert på skutesiden i
overbygget, og forsterket med en treplate for å holde systemet stabilt. Lemmen akterut
valgte vi en enkel løsning der lemmen er festet til båten med en hengsel og holdes oppe av
en fjær. Lemen kan senkes ved at tanksen kjører mot porten og den vil heises opp
automatisk.
17

Kjøredekket til båten er to-delt. Dette er konstruert så tynt som mulig mens det skal klare å
holde vekten til kjøretøyet. Overbygget er konstruert av to enkle plater med formen som vist
over. Konstruksjonen av overbygget ble begrenset av kravet til total høyde på båten som
ikke skulle overstig 7 meter (29,17 cm i skala 1:24) og at stridsvognen måtte passere under.
Dette gikk utover den opprinnelige planen for et større styrehus.
For å oppnå en glatt flate brukte vi baderoms-sparkel til å dekke ujevnheter i skroget, men
av hensyn til vekt var vi veldig sparsommelige. Båten er malt i en militær gra farge som gjør
den mest mulig skjult på sjøen.
Figur 8: Maling av skrog
18

Skipsteknisk
Teknisk beskrivelse av utstyr og funksjonalitet
Skipet er utstyrt med følgende utstyr (se figur for plassering av elementene):
1. Futuba R2004GF, 4 kanals mottaker
2. Mtroniks Fartsregulator; tio Storm 19
4-8NICd/NiMh, 2 cell lipo
3. Batteri 7,2V 3000Mah Stick Pack m/hook
4. Robbe El.motor Navy Direkt Drive (EF 76 II)
5. Futaba servo S3003 – til bauglemmen
6. Futaba servo S3003 – til roret
Figur 9: Komponentplassering
19

Mottakeren mottar signaler fra håndkontrollen og distribuerer det ut til de respektive kanalene.
Begge servomotorene er koblet direkte i mottakeren, mens motoren kobles via fartsregulatoren.
Fartsregulatoren er også koblingspunktet til batteriet, slik at strøm og spenning leveres fra batteriet
til fartsregulatoren som videre distribuerer dette til motor og signalmottakeren og tilservomotorene.
Figur 10: Koblingsskjema for komponentene
Fartsregulator og motorer
Fartsregulatoren tio Storm 19 er designet rundt en intelligent brobrytende prosessor som øker
kontrollen over motoren. Kort oppsummert tillater dette spontan veksling mellom
omdreiningsretning i høye turtall, og på en måte som er skånsom for akslinger, gir og ligninger som
eventuelt skulle være koblet til. Dette er mulig ved at fartsregulatoren overvåker signalet den mottar
og sender, og ved raske retningsendringer stopper den rotasjonen helt før den gir signal om å rotere
motsatt retning. For videre informasjon refereres til mTronics’ hjemmeside i .
Fartøyet har tre elektrisk motoriserte funksjoner ombord; en fremdriftsmotor som driver akslingen
med propellen, en servomotor i akter som driver skipets ror og en servomotor plassert i midtskipet
som styrer bauglemmen.
20

Pådragsmotoren
Skipets hovedmotor er plassert over skipets oppdriftssenter, omtrent midt i skipet. Akslingen mellom
motoren og propellen har et kuleledd nær propellenden, slik at propellakslingen kan vinkles i
fartsretningen uavhengig av vinkelen på motorakslingen. Motoren ligger 6 cm over propellakslingen
og har en helning på 15 grader. Dette sørger for at motoren er plassert godt over vannlinjen og er
dermed sikret i tilfelle lekkasjer eller inntak av vann.
Figur 11: Akslingsvinkel med ledd
Motorens testresultater uten last (ikke tilkoblet akslingen)
Tabell 8: Motorprestasjoner
Satt verdi Målte verdier (usikkerhet ± 0,5)
Spenning (V)
Strøm
(A)
Vinkelfart
(Rad/s)
Frekvens
(Hz)
Rpm
1,0 0,7 11,1 1,8 105,6
2,0 0,9 27,0 4,3 258,0
3,0 0,9 42,4 6,8 404,7
4,0 1,0 57,0 9,1 544,6
5,0 1,3 73,2 11,7 699,4
6,0 1,5 88,0 14,0 840,8
21

Fjernkontrollen:
Figur 12: Radiokontrollen
Fjernkontrollen er av typen Futaba 4YF-2.4GHz, og er en radiokontroll med 4 separate
kanaler. Pådraget til motoren måtte kalibreres slik at det stemte med utslaget til kontrollen.
22

Brukerveiledning til kontrollen
På og av knapp nederst til høyre. For vanlig styring med fjernkontroll skal de fire bryterne
øverst stå i øvre stilling. Pådrag til fremdriftsmotor styres med høyre opp/ned spak. Ror
utslaget styres med venstre opp/ned spak. Lemmen forut styres med venstre venstre/høyre
spak. Høyre venstre/høyre spak er til overs. Bryterne under og på siden av de to spakene er for
endring av nøytralposisjon til spakene. De to indikatorlysene midt på kontrollen indikerer
følgende: grønt og rødt lys betyr normal status. Grønt og sakte blinkende rødt lys betyr at
kontrollen må lades. Grønt og raskt blinkende lys betyr at kontrollen ikke fungerer fordi den
er helt utladet. Dipp-switch bryterne nederst i midten er for endring av retningen til utslaget til
servostyringene. Knappen nede til venstre er ikke i bruk. Kontrollen har 4 AA batterier bak et
lokk på baksiden av kontrollen.
23

Fjernstyring fra pc
Hvis man ønsker å styre båten fra pc må de fire bryterne øverst settes i nedre stilling.
Tilkobling til pc gjøres ved tilkobling av kabel i kontakt øverst midt på kontrollen.
Figur 13: Kommunikasjonsrekke
Når kontrollen skal fjernstyres må signalet fra spakene på kontrollen/transmitteren forbi
kobles, og dette signalet må komme fra pc. Dette er gjort via signalomformeren (den hvite
boksen på bildet) som har analoge og digitale inn og ut-ganger.
Spenninger som sendes til transmitter fra pc:
0,7 V gir signalet: spak i bakre stilling
1,75 V gir signalet: spak i midtstilling
2,8 V gir signalet: spak i fremre stilling
24

Koblingsskjema for fjernstyring fra pc
Figur 14: Signalomformeren og koblinger
Styringen fra pc går via en signalomformer av typen NI USB-6009 fra National Instruments. I
mangel på analoge utganger har vi laget en DA-omformer for styring av lemmen forut.
Denne er laget med et lite printkort og 4 motstander på hhv. 20kΩ, 40kΩ, 80kΩ og 160kΩ
25

Digitale utganger:
Figur 15: D/A-omformer
Styringssystemet
Styringssystemet som kan kjøres fra PC og over intranett er sammensatt av en rekke
funksjonaliteter. Fra styringssystemet kan pådrag, ror og landgangslemmen styres, samt det
dynamiske posisjoneringssystemet kan aktiveres og justeres. I tillegg er det en rekke
instrumenter for overvåking av signaler som sendes til skipet fra kontrollpanelet og ikke
minst, som angir skipets faktiske posisjon. Se figuren for detaljer:
26

Kontrollpanelet
Figur 16: Kontrollpanelet
27

1. Pådrag
2. Ror
a. Slider for pådrag i prosent
b. Digitalt display for eksakt verdi av slideren
a. Slider for ror utslag i prosent
b. Digitalt display for eksakt verdi av slideren
c. Spenning send til roret
3. Lem – Slider for justering av lemmens posisjon. 1 er nedre posisjon, 9 er øvre.
4. PID/Manuell styring av pådrag
5. Stoppknapp for avbrytning av systemet
6. Sett posisjon
a. Slider for skipets ønskede posisjon
b. Digitalt display for skipets ønskede posisjon i eksakt verdi
7. Signalinstrument for sendt verdi fra:
a. Proporsjonalt verdi
b. Pådragsverdi
c. Integralverdi
i. Digitalt display for eksakt verdi av integralsignal
8. Signalinstrument for skipets faktiske posisjon
a. Digitalt display for eksakt verdi av skipets posisjon
9. Spenningsindikator for spenning sent til motoren
a. Digitalt display for eksakt verdi av spenning sendt til motor
10. Pådragsinstrument for prosentvis pådrag som sendes til motoren
a. Digitalt display for eksakt verdi av pådrag sendt til motor
11. Justeringsslidere for kontrollering av konstanter til PID’en
a. Samplingsintervallslider
b. Digitalt display for samplingsintervallets eksakte verdi
c. Proposjonalitetskonstantslider
d. Digitalt display for proposjonalitetskonstantens eksakte verdi
e. Integrasjonstidsslider
f. Digitalt display for integrasjonstidens eksakte verdi
g. Derivasjonskraftslider
28

h. Digitalt display for derivasjonskraftens eksakte verdi
I tillegg er det lagt inn brukervennlige kontrollalternativer som tillater operatøren å
manøvrere skipet ved hjelp av piltaster, for å redusere reaksjonstid i forhold til å bruke
sliderene ved hjelp av datamus. Dette forenkler håndteringen av skipet drastisk.
29

Dynamisk posisjoneringssystemet
Skipet er utstyrt med et dynamisk posisjoneringssystem (DP). Dette er et system som holder
fartøyet i en bestemt posisjon langs én akse utelukkende ved bruk av fartøyets motorkraft
(med andre ord uten forankring). Dette gjøres ved hjelp av en PID-regulator. PID står for
Proporsjonal, Integrasjon og Derivasjon, og dette er de tre funksjonene som skal sørge for at
fartøyet holder samme posisjon. Dette posisjoneringssystemet skal, vel å merke, bare
fungere i en dimensjon, forover og bakover.
PID-regulatoren i seg selv lagde vi med bruk av programmet LABview. For å lage PID-
regulatoren tok vi utgangspunkt i en generell likning for en PID-regulator:
Der:
( ) ( )
∫ ( )
- e(t) er det opprinnelige signalet sendt fra potensiometeret. Denne brukes til å
bestemme avviket til fartøyet på følgende måte: e(t) = Skal verdi – Er verdi, altså
( )
posisjonen fartøyet skal ha subtrahert med posisjonen fartøyet faktisk har.
- u(t) er det behandlede signalet som sendes tilbake til fartøyets fremdrift og skal gi en
korrekt justering
- Kp er proporsjonalitetskonstanten, som brukes til å gi en passende kraftjustering ift.
båtens vekt, flyteevne osv. Her er et viktig å passe på at konstanten ikke blir for liten,
ettersom det medfører at kraften blir for lav til å kunne korrigere mindre avvik. Likeså
kan den ikke bli for stor, noe som vil gi svingninger i korrigering (tilsvarer elastiske
svingninger F = k*x)
- Ti, integrasjonstiden, er en konstant som bestemmer hvor fort pådraget fra integralet
skal øke.
- Td er derivasjonskonstanten og bestemmer hvor kraftig pådraget fra den deriverte
funksjonen er.
Vel og merke er at programmeringen i LABview ikke vil bestå av enkle integrasjons- og
derivasjonsfunksjoner, men erstattes med bruk av summering, differanse og
30

samplingsintervallet Ts. Dette blir grundigere gjennomgått i blokkdiagrammet til
styringssystemet, hvor PID er programmert.
Proporsjonalreguleringen er den enkleste av de tre regulatorene. Prinsipielt går det ut på at
«et stort avvik krever stor reaksjon». Altså vil denne regulatoren korrigere for de store
avstandene fra skal-posisjonen.
Integrasjonsreguleringen tar for seg de små avvikene over lenger tid. For eksempel kan dette
være en rolig strøm som sakte men sikkert driver fartøyet vekk fra skal-posisjonen. Dette
avviket vil være så lite at PD-regulatoren (proporsjonal og derivasjon) ikke vil være i stand til
å reagere på det og korrigere deretter. Derimot vil integrasjonsreguleringen samle opp
mindre avvik over tid og vil kunne reagere på den samlede summen av avvikene. Prinsippet
her er at «selv et mindre avvik som får virke lenge nok, skal gi stor nok reaksjon til å
korrigere en feil».
Til slutt, derivasjonsregulatoren skal korrigere de raske avvikene, det være seg større bølger
som gir et stort avvik på kort tid ol. På denne måten vil fartøyet hurtig kunne registrere et
avvik og reagerer på det så tidlig at det forhindrer fartøyet å drive for langt vekk fra skal-
posisjonen.
Alt i alt er det fire konstanter, Ti, Td, Ts og Kp, der alle må justeres ift. fartøyets reaksjon, for å
få et optimalt posisjoneringssystem. Det er gjort utregninger for å få en omtrentlig verdi på
konstantene, men om disse fungerer bra viser seg først under testingen av PID-regulatoren.
31

Blokkdiagram for styringssystemet
Figur 17: Blokkdiagrammet til programmet
Figuren viser blokkdiagrammet til styringssystemet. Blokkdiagrammet er en grafisk
tilnærming til programmering som gir et oversiktlig og tydelig bilde av funksjonaliteten til
systemet. Systemet er bygget opp av en rekke komponenter, nærmest som moduler, som
fungerer parallelt, men stort sett uavhengige av hverandre.
Her følger en forenklet forklaring av de mest essensielle delene av programmet.
32

1. DAQ – Assists og signalomformeren
2. While – løkken
For å kommunisere med fjernkontrollen og skipet, er en DAQ – Assist
funksjon lagt inn for hver kanal som skal enten sende eller motta
signaler fra datamaskinen, fjernkontrollen og potensiometeret. Disse er
konfigurert til å håndtere riktig spenning og signaler, samt sende og
lytte på riktige porter.
33
Hele programmet er bygget i
en while – løkke, som sørger
for at signalene sendes og
mottas en gang per
gjennomkjøring av løkken.
Dette tillater interaksjon og
at verdier kan endre fremfor
å være konstante.

3. Pådrag og PID
Manuelt pådrag og PID er begge innlemmet i en løkke som tester den boolske verdien til en
bryter. Det betyr at systemet enten tillater at skipets pådrag styres manuelt eller ved hjelp
av en Sett-posisjon-funksjon. Bryteren kan betjenes frem og tilbake med et enkelt museklikk.
3.1 Manuelt pådrag
Pådraget som er regulert av en slider fra -100 %
til 100 % (henholdsvis fult pådrag bakover til fult
pådrag forover). Spenningsspekteret på signalet
som motoren opererer i er fra 0,7 V til 2,8 V.
Dette medfører behovet for å multiplisere angitt
pådrag med 0,105 og legge til 1,75 for å oppnå
rett konfigurering av pådraget. Signalet sendes
videre til DAQ – Assisten.
3.2 PID – Regulatoren er som nevnt tidligere bestående av 4 deler.
3.2.1 Faktisk og ønsket posisjon
a) Innsignal fra potensiometer
b) Instrument som angir faktisk posisjon
c) Graf som viser faktisk og ønsket posisjon
d) Slider for å angi ønsket posisjon
e) Operator for å regne ut differansen mellom
ønsket og faktisk posisjon
34

f) Boolsk test for å kartlegge om differansen mellom
ønsket og faktisk posisjon er mindre enn ± 0,1
3.2.2 Proporsjonal posisjoneringen
Signalet for proporsjonalt pådriv går direkte fra differanseoperatoren i 3.2.1
3.2.3 Integrasjonskompenseringen
Signalet fra differanseoperatoren i 3.2.1
sendes i tillegg inn i en summerings funksjon,
som summerer differansene fra forrige
måling. Denne summen multipliseres med
samplingsintervallet for så å divideres på integralkonstanten. Resultatet vises i et instrument
for å kunne overvåke hvordan integralet arbeider.
3.2.4 Derivasjonskompenseringen
Måler differansen endringen i differansen mellom
gjennomgangene av while-løkken. Differansen
divideres på samplingsintervallet, for så å
multipliseres med derivasjonskonstanten. I tillegg er
det lagt inn en nullstillingsoperator som nullstiller derivasjonskompenseringen hvis prøven
gjort i punkt 3.2.1.f er sann (om skipet er i sin ønskede posisjon!). For at
derivasjonskompenseringen ikke skal bli for påvirket av støy og for å roe ned spikes, så er det
lagt inn et medianfilter som sender snittsignalet av de ti siste målingene videre. Dette gir
roligere og mer kontrollerte pådrag fra derivasjonskompenseringen.
35

3.2.5 Summering og justering
Ved PID summeringen summeres resultatene fra PID
utregningene. Deretter multipliseres summen med
proporsjonalitetskonstanten for å få ønsket styrke på
pådraget. Det er lagt på et filter som kutter alle overflødige
signal før de sendes videre. Dette er for å hindre at signalet
blir for kraftig for DAQ – assisten når PID komponentene arbeider i samme retning.
Avslutningsvis multipliseres ned signalet og forskyves slik at maksimum og minimumssignalet
er innenfor spekteret 0,7 til 2,8 V. Signalet sendes til DAQ – assisten og til diverse visere for
oversikt og grafisk tilbakemelding i styringsystemet.
4. Ror
5. Lem
Roret er programmert på samme måte som det manuelle
pådraget. Eneste endring er en horisontal slider. Se punkt
3.1
Lemmen er styrt av et signal som er omgjort fra digitalt til
analogt via en 4 bits D/A-omformer. En slider angir
lemmens stilling. Deretter blir signalet omgjort til binærtall
som sendes ut på fire porter og inn i D/A omformeren.
36

6. Piltaststyring
Piltaststyringen fungerer ved at såkalte case-løkker er konfigurert til å lytte på piltastene.
Når en piltast blir aktivert vil verdien for maks pådrag, revers eller rorutslag (til høyre eller
venstre) overstyre den satte verdien på slideren og motsatt ved slipp av tastene.
37

Tester av modell
For å kunne dokumentere fartøyets egenskaper, var det nødvendig å utføre en rekke tester.
Egenskapene som er dokumentert i rapporten er:
- Slepetest
- Bullard Pull-test
- Krengetest
- Hastighetstest
- Motor-test
- Beregninger av rekkevidde
- Testing av DP/PID
Slepetest:
Figur 18: Bilder fra slepetest
Skipet ble rigget med et stativ for å kunne bli koblet opp til fartsmåleren og loddene. Det var
viktig at riggen i seg selv ikke påvirker hvordan skipet ligger og går i vannet, så den var leddet
og fleksibel.
Over slepetanken var det spent opp en snor som løper gjennom to trinser (en i hver ende av
slepetanken). Trinsen i start enden av slepetanken hadde lodd hengende fra akslingen, med
en beregnet utveksling. Akslingen var også tilkoblet en frekvensmåler, som registrerte
omdreiningene. Frekvensmåleren var tilkoblet til en pc med et Labview program som
registrerte og regnet om, samt plottet hastigheten til fartøyet i en graf.
38

Figur 19: Oppsettet til slepetesten
Loddene var standardisert slik at konkurrentene benyttet likt, og at dataene kan
sammenlignes i ettertid.
Resultatene fra forsøkene:
Tabell 9: Slepetestresultater
Vekten på lodd (kg) Skipets topphastighet (m/s)
0,75 0,38
1,00 0,54
1,74 0,81
2,74 1,02
3,74 1,15
4,74 1,22
5,74 1,29
6,74 1,31
Grafene viser motstandskoeffisientene som funksjon av Reynoldstallet (Rn) for modell og
skip (Rn tallet på en logaritmisk skala) og som funksjon av Froudes tall (Fn).
39

Rtm [N]
5,000
4,500
4,000
3,500
3,000
2,500
2,000
1,500
1,000
0,500
SLEPEMOTSTANDSKURVEN FOR MODELL GR. 3
0,000
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40
Vm [m/s]
2,0E-02
1,8E-02
1,6E-02
1,4E-02
1,2E-02
1,0E-02
8,0E-03
6,0E-03
4,0E-03
2,0E-03
Restkoeffisient
RESTMOTSTANDSKOEFFISIENTEN
0,0E+00
0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0
Knots
40

0,025
0,020
0,015
0,010
0,005
Koeffisienter
OVERSIKT REYNOLDSTALL OG MOTSTANDSKOEFFISIENTER FOR
MODELL OG FARTØY
0,000
100000 1000000 10000000 100000000 1E+09
Slepeeffekt , PE (kW)
400
350
300
250
200
150
100
50
Cfm
Cr
Cfs
Cr
Cts
Log[Rn]
SLEPEEFFEKT KURVEN FOR FARTØY GR.3
0
0,0 2,0 4,0 6,0 Knots 8,0 10,0 12,0 14,0
41

Bollard Pull – Test
Testen skal måle skipets trekkraft i newton (N). Det skal gi oss data om motorprestasjoner og
egenskapene til fartøyet. Skipet ble koblet opp til en fastmontert kraftsensor og satt på
vannet i slepetanken.
Figur 20: Oppsett av Bullard pull-test
Gjennomføringen ble gjort ved trinnvis øking av pådraget fra fjernkontrollen, mens
kraftmåleren registrerte trekkraften til skipet. Programvaren PASCO tokk opptak og plottet
resultatene grafisk.
Fjernkontrollen har 13 trinn i hver retning, men de to første gjør ikke utslag på motoren.
Figur 21: Resultatgraf
42

Pådragstrinn Måleresultat (N)
T0 N/A
T1 N/A
T2 N/A
T3 0,17 ± 0,06
T4 0,66 ± 0,07
T5 1,17 ± 0,08
T6 1,8 ± 0,1
T7 2,8 ± 0,13
T8 3,7 ± 0,14
T9 4,9 ± 0,2
T10 5,6 ± 0,2
T11 6,5 ± 0,6
T12 7, 2 ± 0,7
T13 7,6 ± 0,2
Tabell 10: Pådragskraft
Figur 22: Seksjoner til pådragstrinn
43

Krenge-test:
Dette forsøket gikk ut på å finne fartøyets metasenterhøyde (GM) og tyngdepunktets
vertikale plassering ved et gitt deplasement (KG). Det ble gjort ved å rigge skipet med et
stativ som vi kan beregne en vinkel ut ifra ved krengning, og deretter flytte et lodd med en
kjent vekt lenger ut på både styrbord og babord side.
Vi benyttet sammenhengen mellom krengende momenter (w*t) og tangens til
krengevinkelen, som er gitt med:
- Moment betraktning om M:
G
G o
w
t
- Geometrisk betraktning: G G M tg
Disse to likningene sammen gir:
Go o
M
G o
w
t
, hvor vi kan regne ut avstanden fra skipets
tg
tyngdepunkt til metasentret. Vel og merke blir dette utført mens skipet har en krengning,
men så lenge krengevinkelen ikke overstiger 7 grader vil metasenterhøyden være tilnærmet
uforandret.
Vi benyttet to linjaler, et stativ med et mindre lodd på og et 0,15 kg lodd til å utføre forsøket.
Alt utstyr ble veid og deres respektive vertikale tyngdepunkt (VCG) ble regnet ut, til senere
beregninger av lettskips KG. Linjalene ble festet på skipet slik at vi lett kunne lese av det
økende pendelutslaget, samt flytte krengeloddet nøyaktig 1 cm av gangen. Slik så fartøyet ut
da det var fullt opprigget, her i likestilling uten krengning:
Figur 23: Bilde av krengeforsøket
44

Vi valgte å utføre forsøket med 15 målinger mot styrbord og 15 mot babord, ved å flytte
krengeloddet 1 cm av gangen. Dette ga disse dataene, der KL = forflytningen av krengevekt
og PU = pendelutslaget, som vist til venstre nedenfor. Høyre tabell viser de behandlede
dataene, gitt med nødvendig informasjon i øverste tabellrute. Positiv retning er styrbord.
Tabell 11: Krengeresultater
45

Dataene i høyre tabell ovenfor ble brukt til å lage en graf, der aksene er henholdsvis w*t
(krengevekt multiplisert med avstanden vekten blir flyttet) i x-retning og s/l (pendelutslaget
dividert på lengden av pendelen i nullstilling) i y-retning. For å unngå potensielle feilkilder
valgte vi og bare ta med 12 målinger styrbord og 12 målinger babord, ettersom vi visste
disse lå innenfor 0-7 grader krengevinkel og ville dermed gi korrekt metasenterhøyde. Vi
regnet videre ut modellens G0M (altså ved krengning) ved bruk av dataene fra tabellen:
wt
0,2
0,15
0,1
0,05
-0,05
-0,1
-0,15
( )
( )
Krengeforsøk
-0,2
s/l
y = 0,0639x + 7E-05
0
-3 -2 -1 0 1 2 3
Krengeforsøk
Lineær
(Krengeforsøk)
46

Deretter regnet vi ut fra modell til fullskala skip og så på avstanden KM. Dette viser
modellenes undervannsvolum:
( ) ( ) ⇒ ( )
Videre kan vi bruke denne verdien til å regne det over til undervannsvolumet fullskala skip
ville hatt:
( ) ( )
Derav kunne vi regne ut fullskala skips deplasement:
( ) ( )
Med bruk av dette deplasementet kunne vi finne fullskala skips KM (avstand fra kjøl til
metasenter), og dividere dette på 24 for å få modellens KM:
Når vi hadde funnet avstanden KM for modellen kunne vi bruke følgende likning for å regne
ut modellens KG:
Vel og merke er dette modellens KG når den inkluderer stativ, krengevekt, osv. Med bruk av
tyngdepunktsatsen kunne vi finne lettskips modell KG:
Dette medfører:
( )
⇒ ( ) ⇒ ( )
( ) ( ) ( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( ) ( )
( )
47

Her har vi regnet ut en felles KG til alt måleutstyr (utenom krengevekt). Disse har følgende
verdier:
- Pendel og stativ: w = 0,11 kg og KG = 15,1 cm
- Dekk: w = 0,02 kg og KG = 0,75 cm
- Linjal 1 + stokk: w = 0,18 kg og KG = 0,7 cm
- Linjal 2: w = 0,02 kg og KG = 3,09 mm
Disse sammen utgjør w(stativ) og KG(stativ).
Vår endelige KG til lettskip uten stativ og krengevekt endte på 13,65 cm.
Skipet vårt har et deplasement skrog, noe som stemmer overens med at den har en relativt
høy KG. Observasjoner av krengevinkler underveis i forsøket kan også understøtte denne
verdien. Ellers ble alle avlesninger gjort på en linjal med en pendel over, noe som naturligvis
fører til potensielle feilkilder. Samtidig var ikke slepetanken helt stille, så noe mindre bølger
måtte vi regne med. Likevel med tanke på hvor mange målinger vi gjorde i både styrbord og
babord retning, samt sammenlikninger med FREEship utgaven av skipet, er vi sikre på at
disse feilkildene ikke hadde altfor stor innvirkning på gjennomføring og resultatene i dette
krengeforsøket.
48

Beregning av fartøyets rekkevidde
Her følger diverse utregninger av fartøyets kapasiteter, det være seg:
- Tilstrekkelig drivstoff for å kunne holde topphastighet i 5 timer og ha 25 % i reserve
- Fartøyets rekkevidde i topphastighet
- Fartøyets rekkevidde i halv hastighet
Til disse utregningene har vi tatt utgangspunkt i slepetesten av modellen og en kalkulator for
å regne ut fullskala installert effekt, slepeeffekt og hastighet.
Tabell 12: Rekkevidderesultater
Tall fra tester Verdi Benevning
Propulsjonskonstant 0,60
Kraft ved halv fart 2,80 N
Kraft ved full fart 7,60 N
Drivstofforbruk halv fart 220,00 g/kWh
Drivstofforbruk full fart 240,00 g/kWh
Halv fart (Trinn 7) 0,70 m/s
Full fart (Trinn 13) 1,31 m/s
5 h + 25 % rest (timer) 6,25 h
5 h + 25 % rest (sekunder) 22500,00 s
Full fart - 100 %
Kraft fra propell (F/0,6) 12,67 N
Effekt 16,59 W
Energi (Joule) 373350,00 J
Energi (kilowattime) 0,10 kWh
Nødvendig drivstoff 24,89 g
Rekkevidde full fart 15,92 Nautisk mil
Halv fart - 50 %
Kraft fra propell (F/0,6) 4,67 N
Effekt 3,27 W
Tilgjengelig drivstoff 24,89 g
Drivstofforbruk 220,00 g/kWh
Tilgjengelig energi (kWh) 0,11 kWh
Tilgjengelig energi (J) 407290,91 J
Sekunder i denne fart 124680,89 s
Rekkevidde halv fart 47,13 Nautisk mil
49

DP/PID – test
DP/PID testen har primært to hensikter; Å konfigurere konstantene som regulerer PID’en,
samt å verifisere at funksjonaliteten fyller kravene til oppdragsgiver.
Konfigureringen regnes/estimeres i første omgang, men må finjusteres ved testing i og med
at skrogets egenskaper i form av motstand og treghet er vanskelig å forutse.
Testingen av PID’en gjøres i tre deler, en for hver av komponentene i DP’en (en test for hver
av proporsjonal- (P), integrasjon- (I) og derivasjonskompensasjonen (D)).
For testing av det dynamiske posisjoneringssystemet rigget vi opp et trinsesystem over
slepetanken, som koblet et fritthengende lodd fast til akterspeilet og baugen på skipet.
Loddene må til for å tilføre nok friksjon til at et potensiometer kan registrere bevegelsen til
skipet.
For å kunne registrere resultatene er det lagt inn en Waveform Chart, en grafisk fremstilling
av sett-verdi (ønsket posisjon) og er-verdi (faktisk posisjon). Denne registrerer og fremstiller
posisjonen over tid.
Figur 24: Oppsett til PID-test
50

PID – konstanter
Tabell 13: PID-konstanter
Anvendt
konstant
Samplingsintervall
(Ts)
Proporsjonalkonstant
(Kp)
Integralkonstant
(Ti)
51
Derivasjonskonstant
(Td)
100 4 10000 1000
Konstantene som er kommet frem til i konfigureringen og deretter benyttet/delvis benyttet
under PID – testene.
Proporsjonalitets posisjonering
Ved å justere PID konstantene kunne vi koble ut integralet og derivasjonen, for så kun å
teste den proporsjonale posisjoneringen. Dette er de benyttede konstantene:
Tabell 14: PID-konstanter
Samplingsintervall
(Ts)
Proporsjonalkonstant
(Kp)
Integralkonstant
(Ti)
Derivasjonskonstant
Anvendt konstant 100 4 1000000000 0,01
Deretter settes ønsket posisjon inn i settverdi i kontrollpanelet. Som navnet tilsier vil
pådraget som motoren leverer være proporsjonalt med avstanden mellom satt posisjon og
faktisk posisjon. Den største differansen i forsøket er begrenset av potensiometeret sammen
med signalomformeren, som har en rekkevidde fra 0 til 5 volt. Utregnet fra programmet med
satt proporsjonalitetskonstant blir pådraget beregnet slik ut ifra avstanden mellom ønsket
og faktisk posisjon.
Prosent
120
100
80
60
40
20
0
Pådrag
0 0,5 1 1,5 2 2,5
Differanse mellom ønsket og faktisk posisjon
Pådrag
(Td)

Skipets sett-posisjon blir endret og skipet øker pådrag for å nå ny posisjon. På grunn av
treghet i systemet overskyter skipet posisjonen marginalt, før den kompenserer seg selv
tilbake til rett posisjon. Grafen illustrerer hendelsesforløpet.
Figur 25: Resultat av P-test
Integrasjonskompensering
Integrasjonskompenseringen skal kompensere for små avdrift fra ønsket posisjon som følge
av strøm og eller vind. For å simulere dette økte vi vekten på det aktre loddet slik at skipet
ble trukket ut av posisjon. Skipet skal da kompensere ved gradvis å øke integralet for å sakte
tilnærme seg ønsket posisjon i og med at den proporsjonale komponenten kun øker til et
bestemt nivå avhengig av differansen mellom ønsket og reell posisjon. Konstantene brukt
under forsøket:
Tabell 15: PID-konstanter
Samplingsintervall
(Ts)
Proporsjonalkonstant
(Kp)
Integralkonstant
(Ti)
52
Derivasjonskonstant
Anvendt konstant 100 4 10000 0,01
(Td)

Figur 26: Resultat av PI-test
(Hakket i grafen skyldes at loddet traff bakken)
Derivasjonskompensering
Derivasjonskompenseringen skal kompensere for større og raskere endringer i skipets
posisjon, som for eksempel ved påvirkning av bølger eller andre sammenstøt/skubb. Ved å
derivere endringen i posisjon skal motoren drastisk kompensere med pådrag for å finne
tilbake til opprinnelig posisjon. Konstantene brukt under forsøket:
Tabell 16: PID-konstanter
Samplingsintervall
(Ts)
Proporsjonalkonstant
(Kp)
Integralkonstant
(Ti)
Derivasjonskonstant
Anvendt konstant 100 4 10000 1000
(Td)
53

Figur 27: Resultat av PID-test
Oppsummering av forsøket
DP systemet fungerer tilfredsstillende, men det var en rekke utfordringer ved riggen til
potensiometeret og loddene. Blant annet var høyden fra bakken og opp til trinsesystemet
for kort i forhold til nødvendig pendel amplitude for skipet når den skulle kompensere for
påvirkning og finne tilbake til rett posisjon. I tillegg var robustheten til riggen et stadig
tilbakevendende problem, da potensiometer, trinser og tråder, gikk i stykker, forskjøv seg og
hoppet av.
Konstantene som vi har kommet frem til fungerer ideelt for skalaen forsøket ble gjort på. For
testing på større skala, i andre farvann eller forhold, vil disse være nødvendig å kunne
justere.
54

Hastighetstest
For å teste Fartøyets hastighet ved egen motorkraft, skulle vi opprinnelig benytte oss av en
avstandsmåler som registrerer posisjon ved hjelp av lydsignaler.
Ved utført test i henhold til beskrivelse fikk vi utolkbare resultater. Derfor ble vi nødt til å
gjennomføre en manuell test i stedet. Vi målte opp 5m i slepetanken, og tok tiden båten
brukte på avstanden ved maksimalt pådrag. Vi fikk følgende resultater:
Tabell 17: PID-konstanter
Tid 3,8s 3,8s 3,9s 3,8s 3,8s
Avstand 5m 5m 5m 5m 5m
Hastighet 1,31 m/s 1,31 m/s 1,28 m/s 1,31 m/s 1,31 m/s
Maksimal hastighet for fartøyet er målt til 1,3 ± 0,01 m/s
55

Motortesting
Motortesten er gjort for å dokumentere motorens maksimale omdreiningsfrekvens og
strømtrekk når den opereres uten belastning (uten aksling og propell).
Vi koblet opp elektromotoren og koblet den opp med en snor festet i motor-akslingen.
Deretter plasserte vi motoren i et stativ som er 1,5 meter over gulvet. I enden av tråden
plasserte vi en kloss som veier 0,112 kg. Under klossen satt vi en avstandsmåler som var
koblet opp mot programmet datalogging. Her er resultatene og beregningen viser hvordan
motoren fungerer.
Figur 28: Resultat av motortesting
56

( )
( )
Strømtrekk og frekvens fra 0V -6V:
Tabell 18: Motorprestasjoner
( )
( )
1 V 11,1 hz 0,69 A
2 V 27,0 hz 0,89 A
3 V 42,4 hz 0,93 A
4 V 57,0 hz 1,00 A
5 V 73,2 hz 1,30 A
6 V 88,0 hz 1,50 A
57

Bilde av ferdig fartøy
Figur 29: Bilde av den ferdige modellen
Figur 30: Bilder av den ferdige modellen
58

Vurdering opp mot kravdokument
Tabell 19: Kontroll av krav
Krav Status/verdi på modell
Lav vekt, høy hastighet og manøvreringsevne
vektlegges
1,72kg (110 tonn i fullskala) / 1,31 m/s / 90
cm svingradius (24m svingradius)
Lav RCS(radar cross section) er ønskelig RCS bra følgende retninger: bakfra, bb side,
stb side
Lengde overalt skal ikke overstige 24 m 1 m (24m i fullskala)
Største bredde skal ikke overstige 7,128 m 28 cm (6,7m i fullskala)
Største dypgang ved full lastet deplasement
skal ikke overstige 1,5 m
1,4 m
Total høyde fra kjøl skal ikke overstige 7 m 28 cm (6,7m i fullskala)
Last gitt, i kravdokument, skal transporteres
med fartøyet
Kjørbar last skal fritt transporteres gjennom
fartøyet
Skal ha god tverrskipsstabilitet, spesielt ved
landsetting av last
Skal kunne landsette kjøretøy på sandstrand
med helling ned mot 5 grader
Skal føre tilstrekkelig mengde drivstoff for
full fart 5 timer og fortsatt ha 25% i reserve
OK
OK
OK, se krengetester
Observasjonsvinkler fra styrehus skal angis Grønn 90 til rød 90
OK
Skal fremstilles i skala 1:24. OK
Dronen skal kunne kjøre på egenhånd fra
fartøy til tørr plass ved landgangssted
Framdrift og manøvrering skal være basert
på utlevert elektrisk motor, aksling, propell,
ror, servoer, batteri, motorkontroller og
fjernstyring.
OK, se beregninger av fartøyets rekkevidde
OK
OK
Elektriske komponenter skal plasseres OK
59

og/eller beskyttes slik at de ikke blir ødelagt
av
vannsprut.
Skroget skal designes vha dataprogrammet
Freeship versjon 2.6
OK
Skroget skal lages i polyfoam (hard isopor) OK
Konstruksjonsvannlinjen (KVL), nullkryss og
dypangsmerker forut og akter skal tegnes på
modellen.
Skal utstyres med minst 1 stk opererbar
ilandkjøringslem.
Skal ha et nødvendig antall lenseporter
(spygatt).
Skal ha slepefeste i akter- og i forskipet.
Kraften skal gå i senterlinjen til fartøyet.
Skal ha montert, limt og skrudd fast til
kjøredekket, en kryssfiner plate med
dimensjoner,
150 x 100 x 8 mm, med arealsenteret rett
over fartøyets oppdriftssenter (LCB) ved KVL.
OK
OK
OK
OK
OK
Bør utstyres med nødvendig overbygg. OK
Andre utrustningsdetaljer og annet iht
prosjektgruppenes behov
OK
60

Kilder og henvisninger
- http://www.mtroniks.net/details1.asp/ProductID/705/tiostorm19.htm , teknisk manuall
spenningsfordeler
- http://www.robbe.de/navy-direkt.html?___store=en&___from_store=de, teknisk manual el.
Motor
- http://manuals.hobbico.com/fut/4yf-2_4ghz-manual.pdf, teknisk manual for radiosender
i
61