Techniki zanurzania się i systemy balastowe stosowane w

modelach okrętów podwodnych

 

       Zasadniczo są dwie metody pozwalające zanurzać się modelowi O.P.

dynamiczna metoda- jest prosta i mniej skomplikowana, od pozostałych.

Polega na wykorzystaniu wychylonych sterów głębokościowych, oraz ruchu modelu do przodu z odpowiednią prędkością. Zasada jest prosta, stery głębokościowe dziobowe regulują za i wynurzanie się modelu, natomiast rufowe służą do regulowania trymu, czyli przegłębienia wzdłużnego na rufę i dziób. Efektywność zanurzania dynamicznego zależy od prędkości modelu, powierzchni i kąta nachylenia płatów sterów głębokości.

model płynie wynurzeniu na równej stępce, oba stery w położeniu 0.0.

 pokazano wychylenie płatów dziobowych i rufowych, podczas zanurzania dynamicznego, przy małej prędkości modelu. - przednie stery wychylamy o dany kąt w dół (-10), rufowe o podobną wartość kąta (-10 ), wówczas nasz model przybierze trym ujemny

 ( przegłębienie na dziób) i praca śrub napędowych spowoduje, ze wślizgnie się on pod powierzchnię wody

, stery dziobowe w położeniu tym samym -10,  natomiast sterami rufowymi ustawionymi w poz 0, zmniejszamy trym , nie dopuszczając do ustawienia się modelu w pozycji pionowej. Z reguły pracą sterów rufowych steruje automat, opisany w II części.

stery dziób i rufa wychylone w górę +10, +10 następuje wyrównanie trymu, a co za tym idzie utrzymanie osiągniętej głębokości zanurzenia modelu

stery w pozycji 0,0, model płynie na równej stępce.

, proces wynurzania się modelu, obie pary sterów głębokościowych położeniu +10, +10, następuje trym dodatni, dziób unosi się do góry i pchany pracą śrub napędowych model rozpoczyna wynurzenie.

dalszy etap wynurzania modelu ster dziobowy na pozycji +10, rufowe stery,  automat ustawił w pozycji 0, aby nie dopuścić do ustawienia się w pozycji pionowej.

model na powierzchni.

. Bardzo ważne jest to, że model powinien posiadać pływalność dodatnią, to znaczy po wyłączeniu napędu, powoli, samoczynnie wypływa na powierzchnię. Pomimo napełnionego zbiorniczka balastowego i pozostaje zanurzony do górnej krawędzi kiosku.

 I Uzyskujemy to poprzez właściwe wybalastowanie. Do wybalastowania modelu stosujemy zazwyczaj śrut, lub ciężarki ołowiane. ( rys 3).

 Aby zapobiec rozsypywaniu i przemieszczaniu się ołowiu zalewamy go gęstą żywicą, lub żelkotem

Na rysunku  widoczny jest śrut ołowiany, umieszczony w części dennej kadłuba na dziobie i na rufie. Model zanurzony jest do  górnej krawędzi kiosku.

 Właściwie wyważony model po zanurzeniu go i przytrzymaniu oburącz w wodzie na głębokość 1 m, swobodnie i bardzo powoli wypływa po puszczeniu go. ( Zachowując przy tym odpowiedni trym). Przy zastosowaniu metody zanurzania dynamicznego, odpada ryzyko utraty zanurzonego modelu, który w wyniku awarii osiadł na dnie. Po prostu, podczas awarii, gdy ustanie prędkość, model samoczynnie wypłynie, chyba, że zostanie zalany wodą, lub zaplącze się w roślinność podwodną, czy w inne przeszkody.

W najprostszych modelach kąt pochylenie sterów ustawiamy ręcznie, a głębokość zanurzania regulujemy zmianami prędkości. W modelach bardziej skomplikowanych wychylenia sterów regulujemy, poprzez cięgna za pomocą serwomechanizmów, sterowanych radiem W/w modele wykonywane są przez wielu modelarzy.

      Metoda dynamiczna ze zbiornikiem balastowym, jest rozwinięciem metody dynamicznej. Po zalaniu wodą małego zbiornika balastowego, wykonanego z odcinka rury PCV, zamkniętej na obu końcach. Model zanurza się do poziomu kiosku ( zanurzenie pozycyjne) i dalsze zanurzanie koryguje się pracą silnika oraz sterami głębokościowymi.
 

 ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­

Jest to wygodny i praktyczny system. Aby zanurzyć model, należy otworzyć zawór denny zbiornika, woda zaleje zbiornik balastowy, jednocześnie powietrze wydostanie się przez cienką rurkę imitująca peryskop, lub maszt okrętu. Odpowietrznik balastu, nie posiada zaworu i jest stale otwarty. Aby pozbyć się wody w zbiorniku, zamykamy zawór denny, ustawiamy położenie sterów głębokościowych na wynurzenie, zwiększamy obroty silniczka napędowego, gdy kiosk wynurzy się ponad wodę, pompką wirnikową, lub odśrodkową usuwamy balast a na miejsce wypompowanej wody, powietrze do zbiornika napływa przez cienki przekrój masztu powietrznego- wykonanego z cienkiej rurki mosiężnej ( rys. 10)

Wadą tego sposobu jest długi czas zanurzania się modelu, natomiast prostota, niezawodność rekompensuje długi czas w/w manewru. Poza tym w/w system wymaga o wiele mniejszych prędkości obrotów silnika do zanurzenia modelu, łatwiej manewruje się pod wodą, a także powierzchnia sterów głębokościowych, może być dokładnie odwzorowana w danej skali i nie wymaga zwiększenia płatów, tak jak w metodzie dynamicznej. Sam model posiada pływalność dodatnią i również wypłynie na powierzchnię podczas ustania pracy silników. Ta metoda balastowa polecana jest początkującym modelarzom, do wykonania w warunkach domowych

 

pompka wirnikowa z zaworem odcinającym zamontowanym przez zbiornikiem balastowym,

pompa wirnikowa  12V  z zaworem wodnym elektromagnetycznym

pompa wirnikowa  12V  z zaworem wodnym mechanicznym

 zawór mechaniczny   

      metoda zanurzania- statyczna

Następnym sposobem zanurzania się modeli jest metoda statyczna. Polega ona na zwiększaniu masy okrętu poprzez przyjęcie wody zaburtowej do jednego lub kilku zbiorników balastowych. W wyniku, czego okręt przybiera pływalność ujemną. Utrzymanie stałej głębokości zanurzenia możliwe jest przy manipulowaniu sterami głębokościowymi podczas ruchu naprzód, lub zmiana ilości wody w balaście. Ten system różni się od poprzedniego pojemnością zbiornika balastowego. Obliczania wyporności modelu i objętości jego zbiornika balastowego można przeprowadzić kilkoma sposobami na zasadzie sumowania objętości  poszczególnych figur geometrycznych, które składają się na kształt kadłuba.

 Ja zastosowałem inny sposób: do pustego kadłuba-skorupy, nalałem wody do pełna,  zmierzyłem ilość wody zakładając że jej ciężar w przybliżeniu wynosi 1L=1Kg, później zważyłem kadłub z bebechami wybalastowały do linii wodnicy, różnica pomiędzy w/w ciężarem wody i ciężarem wybalastowanego kadłuba to jest właśnie (+_15%)ciężar wody, konieczny do zanurzenia modelu.

Jeżeli posiadamy pompkę dwukierunkową np. perystatyczną rezygnujemy z zaworu dennego. Napełnianie i opróżnianie zbiornika balastowego następuje w wyniku zmiany kierunku obrotów silniczka pompy. Poniżej schemat pompki balastowej dwukierunkowej działająca jako zawór

           

 pompki perystaltyczne

             Rozwinięciem, tej metody jest zbiornik balastowy z rury PCV o średnicy 110 cm, posiadający elastyczne dno, czyli z membraną gumową . Zasada działania jest podobna jak wyżej,

 Po otwarciu zaworu dennego, woda poprzez wyłączoną pompkę napływa do zbiornika, powietrze uchodzi poprzez fajkowaty odpowietrznik. Końcówka odpowietrznika jest to rurka PCV z otworami, wewnątrz której pionowo porusza się piłeczka ping pongowa, pełniąca rolę zaworu. Podczas zanurzenia, kiosku, ping pong unosi się wewnątrz rurki do góry i dociskając lejkowe ujście rurki odpowietrznika, zamykając go.

Ciekawe zjawisko występuje podczas wynurzania modelu. Jest to chyba jedyny model tego typu ( pompki i odpowietrzniki), gdzie pompka wypompowuje wodę , przy zamkniętym i zanurzonym odpowietrzniku. Jak wiadomo z fizyki, wykluczone jest wypompowanie wody, pompką 12 V ze szczelnie zamkniętego naczynia, występujące podciśnienie i zjawisko zassania wykluczy to. Dlatego właśnie zastosowano membranę gumową, lub jeszcze lepiej dwie membrany, na obu końcach rury pełniącego rolę zbiornika balastowego. Podczas wypompowywania wody otwieramy zawór denny, pomimo zamkniętego odpowietrznika membrana poddaje się i zasysa do środka rury- zbiornika umożliwiając tym wypompowanie ilości wody, niezbędnej do wynurzenia kiosku nad powierzchnię. Teoretycznie pływak odpowietrznika powinien opaść i umożliwić dalsze usuwanie

.

 zawór na odpowietrzniku.

Można też zastosować prosty zawór klapkowy, sterowany serwem

    Elastyczny zbiornik balastowy 

Najmniej skomplikowaną metodą jest zastosowanie np. z gumowego środka od piłki, lub elastycznego pojemnika medycznego, od kroplówki.

Do napełniania i opróżniania balastu na w/w przykładach zastosowana jest pompka dwukierunkowa perystaltyczna, Piłkę umieszczamy w pojemniku wykonanym z odcinka szarej rury PCV, o przekroju od 80-110 mm, zamkniętej na obu końcach, posiadającą w górnej części szereg nawierconych otworów, poprzez  które powietrze, wypychane  przez napełniający się elastyczny pojemnik, uchodzi  do wnętrza wodoszczelnego kadłuba modelu, zwiększając jednocześnie panujące w nim ciśnienie

Udoskonaleniem w/w metody jest umieszczenie nad zbiornikiem elastycznym, ruchomej listwy na zawiasie, która unoszona przez napełniający się „balon” uruchamia mikro stycznik, wyłączając pompkę. Punkt wyłączania stycznika jest regulowany i zależy od stopnia napełnienia zbiornika.

 

Na zdjęciach powyżej widok gotowych pompek balastowych oferowanych przez firmy modelarskie.    

Moim skromnym zdaniem lepsze jest zastosowanie zestawu dwóch pompek wirnikowych, lub odśrodkowych połączonych szeregowo, tak, że jedna ‘A” napełnia balast, a druga „B” opróżnia go. Są one połączone szeregowo i odcinane są wspólnym zaworem dennym. W tym układzie jedna z pompek spokojnie przepompuje wodę przez druga, aktualnie nieczynną. Wychylenie dźwigni wyłącznika ( parcie napełnianym, gumowym zbiornikiem) wyłączy dopływ prądu na pompkę „A”, zmiana biegunów baterii załączy pompkę „B” i model wynurzy się.

 Ten system może być zastosowany również do innych typów balastów.

                               ZBIORNIK TŁOKOWY                                                                                                                                                                                                                                                                    

                Działa na zasadzie dużej strzykawki. Nagwintowany trzpień napędzany poprzez przekładnię powoduje ruch tłoka i zasysanie wody zaburtowej,. W krańcowych położeniach, trzpień uruchamia 2 styczniki elektryczne, załączając i wyłączając silniczek napędzający tłok.

Jest to jeden z najefektywniejszych systemów balastowych modeli okrętów podwodnych,ponieważ do uruchomienia wystarczy maleńki silniczek elektryczny 1,5 V, zużywa niewielką ilość energii elektrycznej, daje możliwość utrzymania dokładnej głębokości zanurzenia ( do 1 cm), ponadto podczas zasysania do cylindra zaburtowej wody, powietrze, znajdujące się za tłokiem,. wtłaczane jest do przedziału wodoszczelnego, zawierającego napęd i aparaturę, zwiększa w nim ciśnienie i tym samym dodatkowo uszczelnia wały napędowe i wyjścia popychaczy sterów.Aby utrzymać odpowiedni trym modelu, zbiorniki tłokowe umieszcza się pojedynczo, lub parami, na środku kadłuba, ewentualnie na dziobie i rufie tak jak na rysunku 7

 

 W tym  przypadku zamocowane w kiosku ciężkie wahadło, posiadające z przodu i z tyłu wklejone klejem epoxy 2 magnesy, swobodnie wychyla sie w kierunku przegłębienia się kadłuba, dzięki magnesom załącza jedną z dwóch  par włączników kontaktronowych, a te z kolei załączają  odpowiednie obroty w silniczkach napędowych 2 skrajnych balastów tłokowych, oraz serva poruszające stery głębokości. Umożliwia to dokładne, automatyczne utrzymanie zdanej głębokości modelu i pilnowanie trymu. Podczas wynurzania modelu, specjalny mechanizm przyciąga wahadło do przedniej pozycji, a cały proces obsługi cylindrów i sterów głębokości przebiega automatycznie, podczas zanurzania wahadło przyciągane jest do tyłu

             Następnym rozwinięciem zbiorników tłokowych są elastyczne cylindry, stosowane w medycynie, lub dawniej w laboratoriach fotograficznych na rys 8 i 9 . Zasada działania polega na tym, że silniczek obracając sie luzuje linkę napinającą, pod wpływem sprężystości cylinder zasysa
wodę. Zmieniając obroty silniczka, linka powoduje ściśnięcie cylindra i wypchanie wody.


.

 , powyższe rozwiązanie z powodzeniem stosowane jest przez modelarzy z Francji

                        Kolejnym rozwiązaniem tego typu jest zbiornik balastowy -membranowy.

Istotą tego systemu jest elastyczna membrana z mocnej gumy, np., takiej jak w dawnych junkersach gazowych, za pomocą przekładni ślimakowej i gwintowanego pręta elektryczny silnik podnosi ją w górę i w dół, zasysając i wypychając wodę. Konieczne jest zainstalowanie układu elektrycznego z dwoma stycznikami, pokazanego na ograniczającego zakres ruchów membrany, oraz otwory ponad membraną do uchodzenia powietrza. ten rodzaj balastu może być stosowany jedynie do małych modeli.

                         System balastowy na sprężone powietrze lub CO.2 jest najbardziej odpowiadający realizmowi, nie ma nic piękniejszego, gdy wydać model wynurzający się pośród bąbli powietrza. Do budowy zbiornika balastowego wykorzystać można odcinek szarej rury PCV , lun pleksi fi110 mm, zamkniętej na obu stronach.

.
zasada działania jest niezwykle prosta. W dolnej części zbiornika wiercimy 3-4 otwory denne o średnicy 12-15 mm, przez które będzie on zalewany wodą.,kupujemy 2 elektryczne zawory 6-12V-jako zbiornika sprężonego powietrza użyjemy starą gaśnicę samochodową, lub puszkę z powietrzem do nabycia w sklepach modelarskich ,

 

 Najbardziej prosta i niezawodna konstrukcja zbiornika balastowego- na gaz przedstawiona jest na rysunkach fotkach poniżej. Główną rolę spełniają tu 1-2 mimośrody na ośce, które obracając się otwierają zawór odpowietrznika, lub naciskają na zawór powietrzny, powodują szasowanie balastu.Następny wariant systemu balastowego, na sprężone powietrze, jest o tyle ciekawy, ze można go wykonać w warunkach domowych, bez konieczności zakupu drogich zaworów.Głównym elementem jest wykonany dozownik sprężonego powietrza, zlutujemy go z odcinka rury miedzianej o jak największej średnicy, zalutowanej na obu końcach korkami. W g.órnej części wlutowujemy zaworek od dętki samochodowej, z którego wcześniej odpiłowano 3 mm obudowy, tak, aby grzybek zaworka był na zewnątrz. Drugim identycznym zaworkiem wtłaczamy sprężone powietrze do zbiorniczka. Wykonujemy go z odcinka rurki miedzianej,  stosowanej do instalacji C.O. w miedzi, średnica rurki, powinna być od 22 mm w górę, im większa tym lepiej. Końce rurki zaślepiamy końcówkami, które lutujemy palnikiem i lutem do miedzi za pomocą gazu propan-butan tak jak na focie Teraz w górnej części wlutujemy zaworek od dętki samochodowej, w którym spiłujemy 3-5 mm górnej części obudowy, tak, aby po wkręceniu zaworka wystawał od 2-3 mm. ponad obudowę, tak jak na rysunku. Następnie wlutujemy drugi identyczny zaworek, tym razem bez spiłowywania, do doprowadzenia sprężonego powietrza z głównego zbiornika. Wybór miejsca zamontowania drugiego zaworka jest dowolny, najbardziej korzystnie jest w miejscu pokazanym na rysunku

  


    Istotą tego niezwykle prostego systemu jest niewielkie zużycie prądu. Widoczny wał poruszany jest przez servo, Zamocowane na wale dwa mimośrody okręcając się oddziaływają  na zawór odpowietrznika, lub na zawór powietrzny. Można zastosować jeden mimośród, spełniający obie te czynności. Po włączeniu serva, wał z mimośrodem obraca się do góry, naciskając i otwierając usytuowany w górze zawór odpowietrznika balastu. Powietrze pokazane czerwonymi strzałkami uchodzi górą,  na jego miejsce napływa woda, przez otwory denne.

po napełnieniu zbiornika balastowego wodą, włączamy serva i wał z mimośrodami przesuwa się do pozycji neutralnej, model zanurza się. Chcąc wynurzyć model załączamy ruch serva w drugim kierunku obracający się razem z wałem mimośród naciska na odsłonięty grzybek zaworu od dętki i sprężone powietrze wypełniając górną część zbiornika wypycha wodę przez otwory denne tak jak to ma miejsce w syfonie

Powietrze wypełnia cały zbiornik i model się wynurza .Sprężyna blokująca odpowietrznik, musi być na tyle silna, żeby podczas szasowania balastu, powietrze nie uciekało górą , poniżej widok zaworu powietrznego.

  Najlepszym rozwiązaniem jest zastosowania jako trzpień zaworu rurki, poruszającej się w tulei dość ciasno, w której nawiercono szereg otworów, powietrze przechodzi tak jak pokazana na rysunku. Jeżeli zastosowano by pełny trzpień, przy dopasowanej tulei powietrze z trudem wydostawało by się na zewnątrz, natomiast, gdyby luz był zbyt duży, zawór zacinał by się.

Powyżej przykład zaworu klapkowego sterowanego cięgnem.

 Poniżej kilka fotek przedstawiających właśnie ten system balastowy

 Bardziej skomplikowana metodą jest zastąpienie prostych zaworów od dętki profesjonalnymi- elektrycznymi, musi być minimum 2 sztuki. Jeden zawór zamocowany jest wewnątrz zbiornika i przez tylną ściankę połączony jest ze zbiornikiem powietrza i będzie służył do przedmuchiwania balastów. Drugi zamocowany w górnej części zbiornika balastu, posiada rurkę wyprowadzona poza kadłub modelu. Teraz, żaby zanurzyć model otwieramy górny zawór odpowietrznika, powietrze oznaczone czerwonymi strzałkami uchodzi na zewnątrz, jednocześnie przez otwory denne ( zalewowe), woda napływa do zbiornika, aż do zanurzenia modelu. Po zanurzeniu zamykamy odpowietrznik

aby wypłynąć na powierzchnię, otwieramy zawór powietrzny, przy zamkniętym odpowietrzniku, sprężone powietrze wypchnie wodę ze zbiornika balastowego przez otwory zalewowe i model wypłynie na powierzchnię

powyżej inny rodzaj automatycznego zaworu odcinającego do snorkela


Kolejny system polega na dodaniu dodatkowego zaworu, odcinającego maszt powietrzny – snorkel

Końcówka snorkela, wychodzi poza kadłub modelu, i zakończona jest zaworem pływakowym, odcinającym dostęp podczas zanurzenia. Na rysunku widoczna jest piłeczka pingponga poruszająca się w pionowym cylindrze, którego górna część wyprofilowana jest jako gniazdo do piłeczki i pokryta gumą. Poniżej małe kompresorni pozyskane z ciśnieniomierza, doskonale spełniają swoja funkcje w modelu