转帖：模型潜艇潜水器（水仓）的制作

Jaken

看见大家都对潜艇这么感兴趣，就把自己从科技论坛上看到的帖子转过来了，希望对大家有点帮助。:em19:
Un peu de théorie :

　　Le sous-marin est un navire ayant une faible flottabilité (dite positive)  qui nécessite pour plonger de modifier sa flottabilité pour qu'elle devienne négative.

　　Les sous-marins modèle réduit tout comme les sous-marins grandeur réelle sont soumis à des forces de nature différente s'exerçant sur la coque :

　　- Le poids " P " du sous-marin appliqué en son centre de gravité " G " et dirigé vers le bas.

　　- Une poussée verticale " P' " s'exerçant de bas en haut égale au poids du liquide déplacé (c'est le fameux principe d'Archimède) qui s'applique au centre de carène " C " . Cette poussée " P' " est égale au poids d'eau de mer déplacé par la coque et se trouve dirigée vers le haut.  Pour que le sous-marin garde une position  horizontale dans l'eau il faut que les forces " P " et  " P' " s'exercent sur la même ligne verticale. L'équilibre du sous-marin est la résultante de ces deux forces.     

　　

　　

　　Forces exercées sur la coque immobile

　　Remplissage des ballasts

　　Le sous-marin navigue en immersion complète mais aussi en surface comme les autres navires. Pour pouvoir naviguer en immersion il doit donc, soit réduire son volume extérieur pour que " P' " diminue (non  réalisable en pratique), soit augmenter son poids " P " jusqu'à le rendre équivalent ou supérieur au poids d'eau déplacé.

　　Nous allons voir que deux principes peuvent être utilisées pour modifier la flottabilité d'un  sous-marin.  

　　Les barres de plongée :

　　Les barres de plongée se comportent comme un aileron d'avion et permettent, en fonction de leur inclinaison, d'exercer une force sur la coque soit dirigée vers le bas, soit vers le haut. Cette force ne peut s'exercer que si le sous-marin se déplace dans l'eau avec une vitesse suffisante. C'est la plongée dynamique qui est utilisée sur certains modèles réduits et qui présente l'avantage d'être facilement mise en oeuvre mais par en contre partie n'est pas très réaliste. Ces barres de plongée associées aux ballasts permettent un contrôle très fin de la profondeur d'immersion.

　　

　　Inclinaison des barres en plongée      

　　

　　Inclinaison des barres en immersion

　　Les ballasts :

　　Le moyen le plus simple pour faire plonger un sous-marin est de d'augmenter son poids. A cet effet, le submersible possède le plus souvent, une coque double servant de réservoir d'eau : les ballasts.  Ces derniers, au moyen de pompes, peuvent emmagasiner de l'eau de mer ce qui alourdit le bâtiment qui peut ainsi s'enfoncer dans l'eau. Lorsque le sous-marin doit faire surface il purge ses ballasts au moyen de gaz comprimé. Toute variation de poids à l'intérieur du sous-marin (déplacement de l'équipage, largage d'une torpille etc...) devra être immédiatement compensée pour que la coque reste dans sa position initiale.  C'est pour cela que les sous-marins grandeur réelle possèdent, en plus des ballasts de plongée, de plus petits ballasts appelés également "caisses de réglage" ou "caisses d'assiette" répartis tout le long de la coque pour stabiliser celle-ci le plus précisément possible en dépit des variations de poids du sous-marin et de la densité de l'eau de mer.   



　　Les ballasts utilisés sur les modèles réduits :

　　Nous avons essayé de répertorier les  systèmes utilisés par les modélistes. Nous ne prétendons pas être exhaustif mais vous trouverez dans cette rubrique les systèmes les plus fréquemment rencontrés sur les sous-marins modèle réduit et qui restent du domaine du modéliste quant à leur réalisation.  

　　Sur les sous-marins modèle réduit, vu l'exiguïté à l'intérieur de la coque et pour des raisons techniques faciles à comprendre, il n'est pas possible de multiplier indéfiniment les ballasts. Le plus souvent on trouvera un ballast unique de gros volume situé en position centrale. Certains modèles sont équipés de deux voire trois ballasts placés à chaque extrémité de la coque ou bien un gros ballast central et à chaque extrémité de la coque un petit ballast, aussi appelé régleur, permettant de modifier l'assiette du submersible.

　　

　　ballast unique   

　　

　　ballasts doubles

　　

　　ballast central avec deux petits ballasts de réglage à chaque  extrémité

　　Plusieurs systèmes peuvent être utilisés

[ 本帖最后由 Jaken 于 2009-8-4 23:12 编辑 ]

Jaken

1-  Ballast à piston :

　　Ces ballast sont constitués par un corps cylindrique dans lequel se déplace un piston motorisé. Ce type de ballast peut convenir aussi bien à de petites ou moyennes unités comme à de très gros sous-marins suivant que l'on utilise une seringue médicale de 20 à 60cm3 ou un ballast à piston fabriqué par Alexander Engel pouvant contenir 500 à 825 ml.

　　Le piston  en se déplaçant dans le corps de la seringue aspire l'eau  et alourdi le submersible. L'air sera comprimé à l'intérieur de la coque en fonction  du déplacement du piston. Le mécanisme de déplacement du piston prend une place importante dans la coque et cela d'autant plus que le moteur doit être relativement puissant et démultiplié pour actionner un tel système. Sur l'Atlantis nous nous sommes servi d'une seringue de 60cm3 pour réaliser le ballast (voir photo). Le gros avantage de ce système est de présenter une excellente progressivité ce qui permet un contrôle précis de la profondeur de déplacement du sous-marin en immersion. Cette seringue est commandée par un boite à relais électronique à deux canaux qui occupe une voie de la radiocommande. Il faut prévoir deux interrupteurs de fin de course pour arrêter le piston aux positions extrêmes de fonctionnement. Vous pouvez utiliser le schéma ci-dessous pour le câblage des switches de fin de course. Dans ce cas, l'utilisation de diodes 1N 4001 diminue un peu la tension d'alimentation du moteur lors de l'inversion du sens de marche mais cela n'influe pas sur le fonctionnement et ce système reste simple à mettre en oeuvre.

　　

　　ballasts à piston Engel

　　Ballast réalisé au moyen d'une seringue de distribution de liquide de 50 cm3

　　

　　

　　

　　vue d'ensemble             la transmission        les contacts de fin de course

　　

　　Schéma 1 : câblage des interrupteurs de fin de course

　　Le but des dispositifs de fin de course est de permettre au moteur de s'arrêter en temps voulu pour éviter d'endommager certains organes fragiles du système.  Dans ce but on utilise des interrupteurs de fin de course qui sont actionnés par un ergot lorsque la pièce en mouvement arrive au maximum de son déplacement. L'ouverture des interrupteurs interrompt le circuit électrique du moteur et l'empêche de continuer à fonctionner (schéma 1). Il faut cependant que le moteur puisse repartir dans l'autre sens, ce qui est assuré par une paire de diodes (1N4001).

　　

　　

　　Le principe des interrupteurs de fin de course est repris dans la figure 1 et 2. Le circuit comporte le moteur M, une source de tension symbolisée par une pile, deux diodes D1 et D2 et les interrupteurs de fin de course S1 et S2. Ce sont des interrupteurs à ouverture c'est à dire qu'ils sont fermés au repos laissant ainsi passer le courrant. En fonctionnement normal les deux interrupteurs sont fermés ce qui permet au moteur de tourner aussi bien à droite (figure 1) qu'à gauche ( figure 2) et ceci par simple inversion des pôles positif et négatif  de la batterie et ceci grâce au contacteur électronique. Jusqu'ici les diodes n'ont aucun rôle.

　　

　　

　　Lorsque le moteur a atteint l'extrémité de sa course en tournant à gauche l'interrupteur S1 est actionné. Le courrant qui circulait comme le montre la figure 1 est interrompu. Il ne peut plus circuler à gauche puisque S1 est ouvert ni à droite car la diode D2 est polarisée en inverse. Par conséquent le moteur est arrêté. Il est possible de faire tourner le moteur dans l'autre sens en changeant la polarité de l'alimentation. Nous nous trouvons alors dans le cas de la figure 3. Le courrant circule maintenant entre S2 et D1. Quand le moteur arrivera à l'extrémité opposée de sa course il actionnera S2 et cela nous placera dans la situation de la figure 4. Dans les deux cas, le moteur ne pourra dépasser positions limites fixées par l'emplacement des deux switches.

　　

　　

　　Ce montage de double inverseur permet d'alimenter le moteur dans les deux sens de rotation suivant que l'on commande le relais R1 ou R2. Il faut pour cela un contacteur électronique équipé de deux voies. Nous utilisons le contacteur de Robbe duo switch qui convient parfaitement à cet usage.



　　2- Les ballasts à soufflet et à membrane :  

　　des soufflets de provenances diverses peuvent être utilisés comme réservoir d'eau. Les soufflets les plus communément rencontrés proviennent de klaxon de vélo pour enfant, de burette d'huile ou d'appeau de chasse. Pour utiliser ces soufflets, il faut leur adjoindre un mécanisme qui va permettre de les comprimer et de les détendre. Une fois le soufflet comprimé, il suffit de le laisser se détendre pour qu'il retrouve sa forme initiale et aspire l'eau. Pour vidanger l'eau il suffit de comprimer le soufflet. Les mécanismes utilisés peuvent être un simple servo qui comprime le soufflet par l'intermédiaire d'un bras, une vis sans fin accouplée à un moteur avec réducteur ou des systèmes plus sophistiqués comme celui utilisé par Benoit Petitjean  sur son "Buldo" et dont j'ai reproduit le schéma ci-dessous. Ces soufflets ne permettent pas d'emmagasiner un gros volume d'eau et conviennent pour de petites unités ou pour des  sous-marins n'ayant pas une gros volume émergé en surface.  

　　

　　Appeau de chasse modifié et burette d'huile

　　

　　Schéma du mécanisme utilisé sur le "Buldo"

　　Les ballasts à membrane fonctionnent sur un principe identique au soufflet si ce n'est que le soufflet est remplacé par une membrane élastique qui pourra être en caoutchouc naturel ou en silicone.  Le corps du ballast de forme cylindrique est fermé par une membrane élastique hermétiquement fixée sur celui-ci et possède à sa base un orifice permettant le passage de l'eau. Un disque métallique sur lequel sur lequel est fixée une tige filetée est collé sur la membrane. La tige filetée, au moyen d'un mécanisme adapté, va pouvoir se déplacer de bas en haut et inversement. Lorsque la membrane se déplace vers le haut l'eau est aspirée et le ballast se rempli.  Lorsque la membrane se déplace vers le bas le ballast se vide de son eau. Ce ballast pouvant être de faible épaisseur, trouvera facilement sa place dans des engins de type soucoupe de plongée.  

　　

　　ballast à membrane



　　3- Les ballasts à pompe : des pompes à eau sont utilisées pour remplir ou vidanger les ballasts. On peut leur associer soit des réservoirs rigides soit des réservoirs souples (Baxter).

　　La réalisation la plus simple consiste à utiliser une pompe réversible (qui fonctionne dans les deux sens de rotation par simple inversion de la polarité du moteur) pour remplir et vider le ballast. Si vous utilisez une pompe péristaltique vous n'aurez pas besoin de valve ou de clapet anti-retour car la pompe au repos de par sa conception empêche toute fuite d'eau. Ces pompes sont constituées par des galets qui écrasent des tuyaux souples avec un mouvement rotatif. Cette compression crée un phénomène d'aspiration. Ces pompes présentent cependant deux inconvénients majeurs : faible débit et nécessité d'utiliser un moteur puissant et réducté. La pompe péristaltique ci-dessous, de marque Beckman, provient d'un analyseur de biologie médicale. Elle a été modifiée par l'adaptation d'un moteur de type Mabushi 540 associé au réducteur d'origine.  Cette pompe péristaltique possède deux tuyaux ce qui lui permet d'avoir un débit d'environ 1litre/minute sous 6 volts ce qui n'est pas si mal pour ce type de pompe !   

　　

　　

　　pompe péristaltique Beckman modifiée possédant 2 tuyaux de pompe

Jaken

On peut également utiliser des pompes à engrenages. Ces pompes sont très intéressantes car elles possèdent un débit plus important que les pompes péristaltiques avec des pressions pouvant atteindre 2 bars. On peut donc les utiliser avec des ballasts rigides où elles pourront comprimer l'air au 1/3 de son volume à l'intérieur de celui-ci. Par contre, ces pompes ne présentent pas une très bonne étanchéité et il faudra munir le circuit d'eau d'un clapet ou d'une valve anti-retour. Le clapet pourra être une électrovanne en 6 ou 12 volts (très difficile à trouver) ou utiliser simplement un système qui "pince" le tuyau pour arrêter le passage de l'eau (voir à ce sujet l'article de Pierre Kerjean et Vincent Tonnelier sur le Nautilus/ RC Marine , n°11, page 24).

　　

　　

　　pompe à engrenages de marque Greylor : 2200 ml/mn sous 12 volts

　　Ballast rigide : Le ballast rigide est un réservoir résistant et indéformable. La pompe remplie le réservoir d'eau et ce faisant comprime l'air contenu dans ce dernier. L'air pourra être comprimé jusqu'au 1/3 de son volume avec une pompe fournissant une pression de 2 bars environ. Le ballast devra être construit en matériaux résistants et celui qui est certainement le plus adéquat est le PVC. Dans le commerce on trouve des tuyaux de gros diamètre et de forte épaisseur  parfaitement adaptés à cet usage. On peut également utiliser des tubes en Lexan (polyacrylate) ou en plexiglas de 5 mm d'épaisseur en réalisant des collages parfaits. Le ballast doit résister à la pression interne et à la pression externe lorsque le sous-marin est au fond de l'eau. Il faut savoir que dans le ballast à l'équilibre la formule suivante s'applique : P.V = Cte . Si l'on remplit le ballast à moitié, le volume d'air diminue donc de moitié et la pression à l'intérieur du ballast double. Il est donc conseillé d'utiliser un ballast de volume supérieur à celui nécessaire. De ce fait on ne remplira pas le ballast complètement d'eau lors de la plongée ce qui évitera une trop grande pression à l'intérieur de celui-ci. Par contre ce système permet de plonger sans problème à plus de 40 mètres de profondeur.   

　　

　　Schéma d'un ballast rigide à pompe

　　Ballast souple (type Baxter): Les ballasts souples sont communément appelés "Baxter" parce que se sont des poches médicales pour nutrition parentérale dont le plus gros fabriquant au monde  est le géant pharmaceutique américain Baxter et que son nom est passé dans le langage courrant pour désigner ce type de poche.

　　Ces poches sont d'un volume de 500 ou 1000 cm3 et sont munies généralement de 2 tuyaux permettant leur raccordement.  On peut dont relier facilement ce type de poche à une pompe à eau avec un système de contacteur qui permettra de couper l'alimentation électrique de la pompe quand le ballast est rempli au risque de le faire exploser. On peut enfermer la poche dans un container ajouré pour la maintenir en place. Au cours du remplissage la poche se gonfle d'eau et comprime l'air à  l'intérieur de la coque. Ce type de ballast est  parfaitement étanche et résiste bien à l'usure du temps. Vous constaterez la présence d'une électrovanne entre la pompe et la poche souple. En effet, les pompes utilisées pour remplir les poches sont le plus souvent des pompes à engrenages qui sont efficaces et réversibles mais dont le défaut est de ne pas être étanches. Cela veut dire, qu'une fois arrêtées, ce type de pompe laisse passer un faible courrant d'eau qui va vider peu à peu la poche surtout si la pression dans celle ci est élevée. Donc pour éviter ce phénomène on intercale une électrovanne qui au repos est fermée et s'ouvre en même temps que la pompe est actionnée.  

　　

　　

　　

　　poche type " Baxter" de 1000 cm3               détails des tubulures

　　

　　Poche baxter installée dans un U-47  



　　4- Les ballast à gaz sous pression :

　　Les ballasts utilisant le gaz sous pression sont très ressemblants aux systèmes existants sur les sous-marins en grandeur réelle. Les submersibles ouvrent leurs ballasts pour les remplir d'eau de mer ce qui leurs permet d'amorcer la plongée et chassent l'eau au moyen d'air comprimé sous forte pression (300 à 400 Kg/cm2) pour remonter à la surface.  

　　Sur les modèles réduits le principe est identique. Le ballast est en général unique et en position centrale. Le ballast est constitué par un tube en PVC, en Polystyrène (plexiglas) ou en Polycarbonate (Lexan) fermé à ses deux extrémités. A la base du tube sont foré des trous (diamètre 8 mm) permettant le passage de l'eau. En haut du tube une valve permet la mise en contact du ballast avec l'air extérieur. Quand le sous-marin est en surface il ouvre la valve de mise à l'air du ballast ce qui permet à l'eau de s'engouffrer par les trous du bas percés dans le ballast. Le sous-marin s'alourdi et plonge. Lorsque l'on désire remonter le modèle réduit à la surface on "chasse", au moyen du gaz sous pression, l'eau du ballast par ces mêmes trous du bas du ballast. Le sous-marin s'allège et remonte à la surface. Le gaz le plus couramment utilisé est le Propel qui s'utilise comme propulseur pour les aérographes. Il est vendu en petites bombonnes remplies à la pression de 7 Kg/cm2. Certains modélistes utilise le CO2 sous pression (67 Kg/cm2) mais cela demande une installation qui dépasse le stade de l'amateurisme. Il faut savoir que travailler à cette pression demande des précautions importantes pour éviter les risques d'explosion.

　　D'autres modélistes utilisent des compresseurs embarqués de petites taille permettant le remplissage du réservoir de gaz pour quelques plongées. Quand celui-ci est vide ils refont surface pour remplir à nouveau le réservoir.   

　　

　　Compresseur miniature fonctionnant en 24 volts

　　

　　

　　

　　

　　Différentes phases de fonctionnement du ballast chassé par gaz

　　

　　Animation du fonctionnement du ballast



　　La réalisation d'un ballast a gaz :

　　C'est ce système que j'ai choisi pour mon Alfa Class et que je vais décrire par le détail. Le choix du matériau pour la fabrication du ballast s'est porté sur le plexiglas qui  possède les avantages d'être solide et transparent. Pour un sous-marin d'un mètre il faut un ballast de 1500 à 2000 cm3.  Un tube de 20 cm de long et de 10 cm de diamètre est suffisant. Une épaisseur de 3 mm conviendra parfaitement car avec ce type de ballast la pression est à peu prés la même que la pression atmosphérique. Le tube est fermé à ses deux extrémités par des couvercles circulaires découpés dans une plaque de plexiglas. Au moins un des deux couvercles est amovible. Au sommet du ballast on trouve une soupape de mise à l'air.  

　　A l'intérieur du tube se trouve le réservoir de Propel permettant la chasse de l'eau du ballast. Ce réservoir est fabriqué à partir d'un tube en cuivre de plomberie de 28 mm de diamètre dont on soude à l'étain aux deux extrémités des flasques découpées dans du laiton de 1 mm d'épaisseur.  Ce réservoir doit avoir une contenance de 70 à 100 cm3 ce qui permettra une vingtaines de purges. L'avantage de placer le réservoir à l'intérieur du ballast  est que le centre de gravité du sous-marin reste inchangé quand le réservoir se vide. Le réservoir est rempli grâce à une valve (de pneu de voiture) reliée au réservoir par un tuyau souple haute pression. Au sommet du réservoir on soude une valve (valve pression) pour que le gaz puisse s'échapper dans le ballast.  Cette valve peut être facilement réalisée en coupant au tour le sommet d'une valve de pneu de voiture pour ne laisser dépasser que le pointeau. Choisir de préférence une valve dont le joint se démonte facilement car il faudra absolument le retirer avant de souder la valve sur le réservoir.

　　La commande des valves (valve pression et valve de mise à l'air) est effectuée au moyen d'une came commandée par le servomoteur positionné derrière le couvercle dans un compartiment étanche. La tige de commande traverse la paroi du couvercle enfermée dans un joint étanche.

　　Ce système fonctionne parfaitement le seul point délicat est l'usinage de la came pour que les  ouvertures des valves se fassent parfaitement et progressivement. J'ai réalisé 3 cames avant de faire la bonne!   

　　

　　

　

Jaken

　　

　　

　　Le ballast vue d'ensemble               vue du servo de commande de la came  

　　

　　

　　servo sur son support                 élément de liaison étanche servo-came

　　

　　

　　Le servo dans son compartiment étanche avec le câble de liaison vers le récepteur

　　

　　vue de la came actionnant à la fois la valve de gaz et la soupape de mise à l'air

　　

　　

　　Les  réservoirs de gaz avant peinture avec détail de la valve de pneu automobile modifiée

　　Attention : le réservoir de gaz contenant le Propel liquide ne doit jamais être rempli complètement. En effet, un volume mort (1/3 à 1/4  du réservoir) est nécessaire pour assurer l’expansion du Propel liquide.

　　Le non respect de cette disposition peut entraîner un accident !





本次转帖完毕，由于本人E文不好，在线翻译出的也不咋的，所以大家就将就一下好了，其实原理大家看图都会明白的。呵呵:em19:

Jaken

饮水要思源，最后要公布一下科技论坛的地址：
http://www.tech-domain.com/index.php
大家有空都可以注册去逛逛，里头的好贴多的很，总有一样你喜欢的:em21:

ruisanshi

这些字母单独认我全部都认识，但是合在一起我就一个都不认识了

王立刚

这哪是英文啊

659144815

http://translate.google.com/translate?u=http%3A%2F%2Fbbs.5imx.com%2Fbbs%2Fviewthread.php%3Ftid%3D315548%26extra%3Dpage%253D1&hl=zh-CN&ie=UTF8&sl=en&tl=zh-CN

ericlo729

不是英文來的...

潘云1001

晕！貌似是法语！！

slbbs

太复杂了
国内一般业余爱好者不容易实现

belphigor

好东西，顶顶。楼主真耐心，东西也很好，赞

senlin

:em26:

fjw1022

好东西:em26:

739079625

:em26:

yangheng

看不懂

prettyface

文字，不懂。
人家泵可是齿轮泵，
很不错的:em07:

玖楼国の小狼

就是看不懂~哈哈

wazird

:em04: 。。哪国的语言。。。
我也好想学着做啊~有没高手带带我啊

水下精灵

我要发帖