В прошлых двух статьях были изложены общие моменты и негативный опыт по постройке двухтактного ДВС. Эта статья — более положительный пример, но боли и страданий в ней не меньше.
Поехали.
❯ 1. Эмпирическое проектирование.
1.1 Серф
Параллельно с постройкой 2Т ДВС мотора, мы начали делать электричку.
Тестовый корпус для обоих вариантов у нас был один, поэтому я не очень утруждался с аккуратность и все собирал, на коленке, т.к. для проверки любого предположения нужно использовать минимально возможное время и ресурсы.
К- качество.
Заставить доску ехать на воде — относительно легко, а вот сделать так, чтобы это было стабильно, долго и без перегрева — задача на несколько лет.
Отваливалось все: горели батареи и моторы, гнили провода внутри изоляции, вода добиралась до всех элементов конструкции.
Самая главная проблема — это охлаждение, ибо на постоянных токах больше 200А охлаждение нужно всем компонентам (контроллеру, мотору и батарее).
Безопасность наше все.
Отвод тепла от мотора — отдельная головная боль. Что мы только не придумывали, пока не осознали, что дело в нехватке крутящего момента, и мощность мотора имеет второстепенное значение.
Безопасность наше все.
Время с 2019 по 2021 год в основном ушло на подбор рабочей схемы повертрейна: мотор + водомет. Так как первая задача — это понять, в чем именно проблема, а вторая — подход к расчету и решению.
Геометрия водомета была абсолютно скопирована с чешского джет серфа. Вы можете возразить, что это неправильно и все надо делать самим, но если бы все заново изобретали велосипед — прогресс никуда бы не сдвинулся. Надо использовать опыт других людей и только после этого думать, как сделать лучше.
В итоге был сделан карбоновый корпус и импеллер.
Импеллер из угля.
Стандартная моментная характеристика водомета хорошо согласуется с кривой для двухтактного мотора (см. график), но для электромотора хотелось бы иметь большую тягу на низких оборотах.
График момента.
Мы предпринимали несколько попыток сдвинуть характеристику: отливая и печатая несколько импеллеров с другим шагом, играли диаметром и положением заднего конуса. В итоге эти эксперименты не принесли положительных результатов, и мы вернулись к стандартным параметрам.
Литой импеллер и корпус (слева), напечатанный титановый импеллер (справа).
Параллельно мы тащили на рентген всю продукцию конкурентов, так как то, что нельзя разобрать — можно было просветить.
Постепенно тестовые пластинчатые аккумуляторы заканчивались по причине своего обращения в прах (возгорание, внутреннее замыкание ячеек), и для следующей сборки мы выбрали элементы 18650.
За сварку такой огромной батареи никто не хотел браться, поэтому мы спаяли ее сами. Процесс очень муторный и совершенно не пригодный для серийного производства.
Сборка 280 элементов на пайке (не повторять, выполнено профессионалами, умеющими прожигать время).
К тому моменту удалось найти подходящий мотор. Естественно, он был китайский, и его крутящий момент был далек от идеала. Тем не менее, его можно было использовать для райдера весом до 90 кг + каждый мотор приходилось дорабатывать (менять термопару + подшипники). Это не совсем то, чего ожидаешь от изделия почти за 1000$.
К этому времени доска относительно стабильно перемещалась и теперь каждый выезд на воду уже не надо было начинать с ритуала по поиску неисправностей.
Для запиливания первого проморолика, в качестве локации была выбрана Териберка. На дворе был октябрь, но другой возможности потопить доску в Северном Ледовитом океане, на горизонте не было, поэтому решили ехать. Я, конечно, хотел попасть в «Википедию», но не думал, что это произойдет таким образом.
Териберка, октябрь 2019.
Велкам онборд.
После этой поездки стало понятно, что пора делать корпус по уму, т.к. соленая вода лучший проявитель всех возможных проблем.
1.2 Гидрофойл
В тот момент я очень завидовал программистам, ибо у нас на внесение любой правки уходили недели, а иногда и месяцы.
Поэтому в перерывах ожидания запчастей, мы потихоньку делали гидрофойл, так как всю электрику и батарею можно было взять от серфа.
Приключений с гидрофойлом было на порядок меньше, чем с серфом, разве только с мачтами и подбором правильных параметров винта пришлось помучится.
Низкие токи (100А на выходе на крыло и 50-70А на крыле) практически не нагревали электрику, и оставался вопрос только с надежной герметизацией.
Тестовая мачта прожила ровно 1 выезд, потом потеряла жесткость по основанию, и была стянута 2-мя металлическими уголками.
В таком виде конструкция проработала 8 месяцев.
При проектировании гребного винта меня особенно доставала кавитация. Т. е. сделать оптимальный с точки зрения скорости и тяги винт не такая большая проблема, как убрать кавитационный пузырь на переходных режимах.
Кавитация.
❯ 2. Академическое проектирование
Когда дендро-фекальная этап постройки был завершен, много моментов пришлось пересмотреть. И некоторые кардинально.
Все этапы итераций по ручке управления.
Для серфа было принято решение делать свой мотор. Ох, сколько было зарыто денег в это мероприятие: первые два прототипа пошли в мусор, на третьей итерации все поехало, но опять же не идеально (момента хватало впритык).
3-я итерация мотора на сборке.
Схемы плат управления менялись от ревизии к ревизии.
Если помните, когда-то был такой COVID-19 (тут должен быть мем «а вот год назад все было хорошо»), и вместе с ним была беда с компонентами, и для каждой новой партии приходилось многое перепроектировать.
Плата ручки управления.
При сборке серийной батареи также использовали ячейки 18650. Сделать такую сборку на никелевой ленте ни взялся никто, поэтому пришлось вырезать шины, и потом долго подбирать толщину никеля, чтобы он нормально проваривался.
Сборка на элементах Samsung 30Q.
Ладно, сварить батарею это полбеды, вторая половина — это все смонтировать внутри корпуса — даже на 10-й сборке я чувствовал себя сапёром, т. к. любое неосторожное движение что-нибудь да закоротит.
Первые предсерийные образцы батарей не были герметичными. Хорошо, что эксперименты по герметизации проводили на одной батарее, т. к. цена одной итерации (ошибки) равнялась стоимости сборки из 280 элементов (т. е. 140К).
И еще раз, безопасность наше все.
Ровно такая же проблема была со всеми электрическими компонентами, так как вода рано или поздно свой путь найдет. Совсем малые объемы заливались компаундом полностью, с большими объемами сложнее, ибо воздух при нагревании имеет свойство расширяться и через любое уплотнение, со временем, тоже пойдет вода.
Объем деки достаточно большой, и если при температуре воздуха +20 град проблем не возникает, то если на улице +30 и печет солнце, корпус будет похож на барабан, но если его сразу погрузить в холодную воду, могут возникать такие курьезные случаи.
Хорошо, что мы не делали батискаф.
Некоторые поломки были весьма не тривиальны.
Ноу хау — гибкие мачты.
Жизнь упрощало использование модульной конструкции — т. е. батарея подходила и на серф, и на гидрофойл (можно было ломать одну доску, пока вторая лежит сломанная).
Процесс потихоньку шел, и мы выползли на первую малую серию с гарантийной эксплуатацией.
❯ 3. Боль гарантии
Ох, чего же на серийной эксплуатации не происходило. Хоть мы и потратили год на тестирование и доводку всех детских болезней, оказалось, что этого недостаточно.
Дьявол кроется в мелочах: в текущих, после 100-го нажатия кнопках, в периодической пропаже сигнала и т. д и т. п. Вроде бы — все очевидно, но мне не приходило в голову 100 раз нажать кнопку под водой, ровно как и испытывать уровень сигнала при затопленной доске.
Сколько было сломано винтов (кавитация и водоросли), мачт (расходились по линии склейки) и крыльев (вырывало закладные), я вообще сосчитать не могу.
Попытка покрошить ламинарию.
Утро начиналось не с кофе, а с просмотра подобных фотографий. Сначала было нервно, потом привык. Но сейчас я вспоминаю это время с дрожью.
Первый шаг к беспроводной мачте.
Вся доводка происходила в авральном режиме, ибо просто замена компонента означала бы перенос проблемы на недалекое будущее, а не ее решение.
Был изменен метод формования мачт, переработаны закладные в крыльях, сделана новая антенна, и еще с десяток мелких изменений, но некоторые моменты меня приводили в ступор: от жары некоторые мачты меняли свою геометрию и возвращались в исходное положение через некоторое время.
Моторы нещадно гнили и периодически приезжали на плановую замену соленой воды.
С виду мотор абсолютный труп, но ультразвуковая ванна и замена подшипников и заливка мотора маслом — творят чудеса.
В середине 2022 года нормальные запчасти закончились, и сборка новых досок была остановлена. Был оставлен резерв запчастей и несколько досок под будущий каннибализм. Вся наша деятельность свелась только к инженерке компонентов и ремонту проданных досок.
Главной проблемой был силовой контроллер: собирать продукт на основе китайского VESC не было никакого желания (непредсказуемая надежность от экземпляра к экземпляру), поэтому пришлось добивать разработку своего собственного контроллера на фобии (с возможности портирования веска).
Первый запуск на импровизированном стенде.
Первый запуск даже без фейерверка.
Около месяца отладки дали результат, но испытания до сих пор не завершены. Так же было решено добить «идеальную» версию мотора (4-ю), у которой уже должен быть гарантированный запас момента (увеличили длину на 20%). Сейчас мотор уже находится в сборке.
Тут должно быть сравнение с первым фото этого поста.
История продолжается.
Возможно, захочется почитать и это:
- ➤ Самодельный электросерф (DIY) | Анти инструкция
- ➤ Постройка двигателя мотосерфа | или 5 стадий принятия неизбежного
- ➤ Кто там у нас в мешке?
- ➤ Что нужно чтобы не было бабаха? Три составляющих хорошего силового преобразователя
- ➤ Звуковой усилитель на драйвере шагового двигателя L298 и таймере 555. Да, 555-й может и спеть
