6. Bố cục của luận án
3.1. Hệ thống đảm bảo sức nổi và chế tạo thực nghiệm S-AUV
Thân của S-AUV2 được chế tạo bằng các ống nhựa PVC và các khung giá đỡ giúp liên kết và cố định các thành phần cơ khí, điện, hệ thống thiết bị đẩy, pin hoặc camera, cảm biến, đèn chiếu sáng ,... Các ống nhựa dầy 4 mm chịu được áp suất cao được chọn trong nghiên cứu này vừa là khay chứa pin, mạch sạc vừa làm hệ thống đảm bảo sức nổi cho S-AUV2. Nói chung vật liệu được sử dụng để chế tạo thân thiết bị lặn được chọn sao cho có độ bền lớn, trọng lượng nhỏ nhất vì trọng lượng có liên quan đến sức nổi, mà sức nổi là một trong những vấn đề quan trọng nhất khi thiết kế các loại thiết bị lặn cỡ nhỏ. Các kích thước và hình khối được chọn dựa trên các tiêu chí sau: Trọng lượng của thiết bị lặn trong không khí, thể tích của các thiết bị đặt trên nó. Các ống nhựa PVC được bịt kín hai đầu và có rắc cắm kết nối nguồn và dây tín hiệu.
Hệ thống đảm bảo sức nổi của một thiết bị lặn tự hành là một hệ thống rất quan trọng vì nó đảm bảo sức nổi, đảm bảo độ ổn định cho thiết bị lặn. Thiết bị lặn tự hành được thiết kế sao cho tâm nổi ở trên cao, trọng tâm ở thấp để thiết bị lặn hoạt động ổn định theo hướng trục thẳng đứng và trục ngang nhằm ổn định hướng cho thiết bị lặn. Chức năng của hệ thống tạo sức nổi ban đầu là chống lại tác động của sức nổi âm của các vật liệu nặng hơn nước trên thiết bị lặn (khung, động cơ, cảm biến, pin, mạch điều khiển v.v…). Mục tiêu hầu hết khi thiết kế các loại thiết bị lặn cỡ nhỏ là đạt được sức nổi gần bằng không. Việc tính toán thiết bị tạo sức nổi dựa trên cơ sở cân bằng giữa độ lớn lực đẩy Acsimet và trọng lượng của S-AUV2.
Độ lớn sức nổi của S-AUV2 được tính như sau: 2
A S AUV
W F P (3.1) Trong đó :
FA:độ lớn lực đẩy Acsimet, N
PS AUV 2 :trọng lượng của S-AUV2, N
60
Theo như tính toán sơ bộ cộng thêm các thành phần như: Hộp chứa mạch đồng thời là hộp tạo sức nổi, mạch điều khiển, động cơ đẩy, dây điện, vành bao chân vịt thì khối lượng của S-AUV2 trong khoảng 18,5 kg. Nên việc chọn hệ thống tạo sức nổi phải làm sao để sức nổi lớn hơn hoặc bằng 185 N.
Lựa chọn thiết kế bộ phận tạo sức nổi và chứa mạch cho thiết bị lặn S-AUV2 có hình dạng như Hình 3.2.
Hình 3.2. Bộ phận tạo sức nổi
Thông số hệ thống tạo sức nổi gồm: 2 ống hình trụ nhựa PVC Ф110mm, dầy 4 mm, dài 900 mm, chịu áp lực tối đa 6 bar, vậy ống có khả năng chịu độ sâu dưới nước tương đương 60 m.
Trong đó lực đẩy Acsimet tác dụng lên S-AUV2 bao gồm lực tác dụng lên hệ thống tạo sức nổi và các thiết bị khác được tính gần đúng như sau:
.
A
F V (3.2) Ta có trọng lượng riêng của nước là : γ = 10.000 N/m³
Thể tích chiếm chỗ chất lỏng của S-AUV2 được xác định bằng biểu thức sau: V 2Vong Vphu (3.3) Thể tích ống:
Vong .r h2. (3.4) r: Bán kính của ống (bán kính của bán cầu), m
h: Chiều dài của ống, m Thể tích các thành phần phụ
phu dau khac duoi
V V V V (3.5) Trong đó Vphu chiếm một phần nhỏ và tính sơ bộ 3
0, 0018
phu
61 Thay số ta có: 2 3 3,14.(0,055) .0,9 0,00855 ong V m
Thay vào biểu thứ (3.3) ta có
3
2.0,00855 0,0018 0,0188
V m
Giá trị của lực đẩy Ascsimet tác dụng lên S-AUV2 như sau: 0, 0188.10000 188
A
F N
Như vậy lực đẩy Acsimet tương đương với một lực là 188 N, yêu cầu đặt ra là tổng độ lớn trọng lượng của S-AUV2 sau khi hoàn thiện phải nhỏ hơn và sấp xỉ bằng trọng lượng của S-AUV2 để bảo bảo sức nổi dương.
Ta có độ lớn trọng lượng của S-AUV2 là: PS AUV 2 18,5.10 185 N
Như vậy ta có sức nổi của S-AUV2 là: W FA PS AUV 2 188 185 3 N
Như vậy đảm bảo sức nổi của S-AUV2 luôn dương, do đó ở trạng thái bình thường trong nước S-AUV2 nổi lơ lửng trên bề mặt nước. Với độ lệch giữa lực đẩy Acsimet và trọng lượng của S-AUV2 là 3 N thì việc tạo ra lực để lặn sẽ dễ dàng hơn. Chúng ta chỉ cần tạo khoang khí có thể thay đổi thể tích để làm lực đẩy Acsimet giảm một giá trị lớn hơn 3 N sẽ làm S-AUV2 bắt đầu lặn xuống.
Hình 3.3. S-AUV2 sau khi được chế tạo
Sức nổi của S-AUV2 vẫn đảm bảo dương, độ lớn 3 N không đáng kể. Như vậy việc lựa chọn hệ thống phao nổi đã đáp ứng được yêu cầu đặt ra khi thiết kế, chế tạo mô hình thiết bị lặn S-AUV2.