Sur le R63, les cotes sont étroites en largeur.
J'ai donc fait un système de ballast sur mesure mais c'est un système générique qui peut s'adapter aux gros sous marins pour un coût réduit.
Voici donc le dessin final retenu:
Il y a 2 ballasts, un de chaque coté du SM, ce qui permet l'équilibrage sans dispositif supplémentaire.
Pour le choix tube / piston, voici un test:
J'utilise une seringue du commerce 200cc vide
Je place le piston vertical sur une balance et je pousse; rapidement au feeling on obtiens un mouvement linéaire
Ensuite je sors le piston et le place dans un tube acrylique qui fait le même diamètre (1/100 de mm de plus)
Et je regarde le poids en KgF mesuré par la balance:
Il faut pousser 4 fois plus (4.3 Kg contre 1.05 Kg) dans le tube acrylique !
C'est parce que la seringue est super optimisée avec un traitement de surface pour une poussée régulière optimale.
Les seringues existent jusqu'à 1000cc donc il y en a pour toutes les tailles de SM.
Pour le R63 il me suffira de 200 cc et je les coupe pour au moins 100cc chacune.
Et maintenant un peu de physique, de la mécanique des fluides:
Il s'agit de comprendre combien de force il faut pour pousser sur le piston, et de connaître la part due au frottement
et celle due à l'évacuation de l'eau.
En répétant l’expérience seringue pleine d'eau par un mouvement régulier j'ai vidé 100cc en 20 seconde en appliquant 1.1 KgF mesuré par la balance.
le goulot de la seringue était de 2mm de diamètre.
Le dessin montre un changement de diamètre qui correspond au passage diamètre de seringue / durite
et on ne s’intéresse ici qu'à la force nécessaire pour évacuer l'eau, le frottement du piston étant considéré nul.
J'applique les équations de Bernouilli aux cotes de la seringue.
Cela donne 180g de poussée qui s'appliquent sur le fond de la seringue pour la vider en 20 secondes et donc environ 900g de frottement.
Ensuite il faut regarder les courbes dans le coin droit inférieur:
En haut, pour un temps de vidange constant de 20s je teste des durites de 2 à 5 mm de diamètre.
Vous voyez qu'à partir de 3mm de diamètre la force pour évacuer l'eau devient insignifiante par rapport au frottement.
En dessous elle augmente exponentiellement.
Ensuite, figure du dessous, on utilise une durite de section constante 2mm et on diminue le temps de vidange de 20 à 5 s:
au dessous de 10s, la force pour évacuer l'eau va augmenter exponentiellement.
La figure suivante montre le calcul du choix du moteur et de la réduction:
J'ai retenu le moteur JGA20-130 12Volts en réduction 56:1 et 29:1 avec une vis trapézoïdale 4mm (T4) pas 1mm comme celle des CNC
et non pas la vis traditionnelle qui offre un rendement inférieur.
J'obtiens 30 et 17 kg de poussée (il en faut 1.1Kg rappelons le) avec une consommation qui sera moins de 250 mA par moteur.
Cette motorisation devrait convenir aux seringues jusqu'à 1 littre.
Pour optimiser le contrôle, nous allons utiliser des MOSFET spécialisés en PWM.
Voici la carte qui va diriger tous le SM:
et celle ci sert pour les test en envoyant 2 signaux de servos à partir de 2 potentiomètres linéaires comme ceux de la FC18 par exemple
Après fabrication
En version Arduino:
Pour une commande proportionnelle, j'utilise un petit sensor rotatif Murata trés performant qui m'avait servi pour
un micro servo en 2005, contrôlé par un programme en assembleur sur PIC12f683.
Il existe de multiples réductions pour le moteur N20 photo ci dessous.
J'ai 55 mm de course environ transformés en 320° avec une réduction 100:1
ça marchera sur toute taille de ballast en jouant sur pignons et réducteur.
Les ballast seront donc pilotés comme des servos en temps réel, en PWM 12 khz ce qui rend le contrôle plus doux et souple.
Plus besoin de switch et d'accu dédié.
La figure suivante montre le calcul de la réduction pour 100cc 59mm de course pignons 18 12 pas trapézoïdal 1mm rotation 320°.
J'ai mis jusqu'à 300cc; avec des réductions différentes on peut gérer des seringues jusqu'à 1 litre.
