RC submarines

TEORIA


U modelov ponoriek sa používajú dva systém ponárania :
Základným predpokladom dynamického systému je to, že ponorka je v každom momente, t.j. aj keď je pod vodou, ľahšia ako voda. Systém spočíva v pôsobení vztlakových síl vody na ponorné krídla ponorky, podobne ako to je u vztlakových síl vzduchu pri lietadle. V obidvoch prípadoch vztlakové sily vznikajú iba pri vzájomnom protipohybe média (vody resp. vzduchu) a krídla na ktoré pôsobí. Z toho vyplýva, že ponorka sa môže ponoriť, podobne ako lietadlo vzlietnuť, iba ak sa pohybuje určitou rýchlosťou. Ponáranie takéhoto modelu je možné len ak je v pohybe a toto ponáranie nie je realistické. Ani u skutočných ponoriek sa tento systém nepoužíva. Ale nespornou a veľmi významnou výhodou tohto systému je, že v prípade poruchy modelu (porucha RC sústavy, motorčekov atď.) t.j. straty pohybu vztlaková sila zanikne a model sa automaticky vynorí.
Základným predpokladom statického systému je to, že ponorka keď chceme aby sa ponorila, musí byť ťažšia ako voda, presne tak ako u skutočných ponoriek. Z toho vyplýva, že pri tomto systéme sa môže ponoriť aj v kľude bez toho aby sa pohybovala. Tento stav sa ako u modelu tak aj u skutočnej ponorky dosiahne tým, že do seba načerpá vodu. Tým sa stane ťažšou ako voda a ponorí sa. Keď sa chce vynoriť túto vodu zo seba vyčerpá. Podľa toho akým spôsobom model ponorky do seba načerpá vodu, poznáme nasledujúce možnosti realizácie tohoto systému ponárania :


Odvzdušňovaná záťažová nádrž

Najjednoduchšou realizáciu statického systému ponárania je odvzdušňovaná záťažová nádrž. Realizácia spočíva v záťažovej nádrži, ktorá má v ideálnom prípade iba dva otvory. Jedným je tenkou rúrkou (obyčajne prostredníctvom periskopu) spojená so vzduchom a druhý otvor je cez obojsmerné čerpadlo spojený s vodou okolo ponorky. Čerpadlo načerpá do záťažovej nádrže vodu a vzduch z nádrže uniká cez tenkú rúrku mimo. Nádrž je teda odvzdušňovaná a odtiaľ pochádza názov tejto realizácie. Obdobne sa nádrž aj vyčerpá. Treba si ale uvedomiť, že iba touto realizáciu nie je možné ponorku úplne ponoriť. Odvzdušňovacia rúrka musí byť vždy, keď z nádrže vyčerpávame vodu, nad hladinou, lebo cez odvzdušňovaciu rúrku musíme do nádrže privádzať vzduch. Takže nádrž sa naplní iba toľko, aby koniec odvzdušňovacej rúrky ostal nad hladinou a na ponáranie sa použijú hĺbokové kormidlá v kombinácii s pohybom ponorky. Čiže väčšina ponorenia sa realizuje statickým a zvyšok dynamickým systémom. Keď sa ponorka ponorí, tak vplyvom kapilarity nebude cez tenkú odvzdušňovaciu rúrku voda vnikať do nádrže. V prípade, že čerpadlo je iba jednosmerné, tak nádrž má ešte tretí otvor, ktorý je cez zaplavovací ventil spojený s vodou. Zaplavovací ventil sa otvorí a do nádrže zažne vnikať voda. Voda sa z nádrže vyčerpá pomocou čerpadla samozrejme pri zavretom zaplavovacom ventile.


Flexibilná záťažová nádrž

Flexibilná nádrž to je balónik spojený cez ventil a čerpadlo s vodou okolo ponorky. Ako balónik je možné použiť priesvitný vak, používaný v lekárstve, v ktorom býva napríklad tekutá výživa. Čerpadlo načerpá do balónika vodu cez otvorený ventil a po načerpaní požadovaného množstva vody a vypnutí čerpadla sa ventil uzavrie. V prípade, že čerpadlom v nečinnom stave nebude voda pretekať z naplneného balónika preč, nie je potrebný ventil. Pri napĺňaní vodou sa balónik rozťahuje a aby bolo zabránené jeho rozrhnutiu v dôsledku veľkého množstva načerpanej vody, je potrebné v blízkosti balónika umiestniť mikrospínač tak, aby tento mikrospínač bol zväčšujúcim sa balónikom vypnutý. Tým sa rozpojí prívod el. prúdu k čerpadlu. Pri tomto systéme ponárania nie je možné určiť aké množstvo vody bolo načerpané t.j. nie je možné načerpať vopred stanovené množstvo vody. Ale aj napriek tomu sa jedná o prvý plnohodnotný statiský systém ponárania.


Tlaková záťažová nádrž

Tlaková nádrž to je uzavretá nádrž, ktorá je schopná znášať výrazné zvýšenie tlaku v jej vnútri. Nádrž je spojená cez ventil a "vysokotlakové" čerpadlo s vodou okolo ponorky. Pod "vysokotlakovým" čerpadlom je myslené také, ktoré dokáže stlačiť vzduch v nádrži t.j. vytvoriť tlak väčší ako 1 atm. Takýmito čerpadlami sú aj niektoré čerpadlá z ostrekovačov skiel v autách. Nakoľko vzduch v záťažovej nádrži nemôže uniknúť, stlačí sa. Aby sa vyprázdnila nádrž, vodné čerpadlo čerpá vodu zas von z nádrže. Uvedomte si, že kvôli vytváraniu tlaku vo vnútri záťažovej nádrže táto sa prakticky nikdy nemôže úplne naplniť. Ak uvažujeme s maximálnym tlakom v nádrži 5 barov, použiť možno asi 80 % z celkového objemu záťažovej nádrže.


Piestová záťažová nádrž

Piestová záťažová nádrž je v podstate obrovská injekčná striekačka. Plášť je zhotovený z trubky z PVC (vodoinštalatérske trubky), hliníka alebo mosadze. Piest môže byť zhotovený z textitu alebo sklotextitu, v ktorom je vysústružená drážka do ktorej sa umiestni gumový O-krúžok (tesnenia s prierezom v tvare O), okolo ktorého sa dá vazelínu. Tá zmenší trenie medzi O-krúžkom a vnútornou stranou plášťu, čím uľahčí pohyb piestu a zároveň zvýši odolnosť voči prenikaniu vody. Piest je posúvaný skrutkovým hriadeľom (závitová tyč), ktorý je poháňaný prevodovkou s motorom. Ak piestová záťažová nádrž do seba naberá vodu, t.j. piest sa vyťahuje smerom von z trubky, stláča vzduch vo vnútri ponorky, čím sa tlak vzduchu zvyšuje. Toto zvýšenie tlaku má za následok pozitívnu skutočnosť, ktorou je zväčšenie odolnosti voči vnikaniu vody do modelu, či už cez tesnenie hlavného otvoru, tiahla alebo hriadeľky. Ak sa poloha piestu meria napríklad lineárnym potenciometrom napojeným na závit, možno vznášavosť ponorky pri ponáraní a hĺbkovom ovládaní nastaviť veľmi presne. Z dôvodu veľkého zdvihu piestu sa tento typ záťažových nádrží osadzuje zväčša vodorovne. Znamená to, že počas napĺňania nádrže vodou je ovplyvňované osové ťažisko ponorky. Ak je napríklad vyvážená tak, aby sa pohybovala vodorovne s plnou záťažovou nádržou, pri prázdnej nádrži už uhol (sklon) naďalej nie je nulový. Túto nevýhodu možno prekonať použitím dvoch piestových nádrží umiestnených v prednej a zadnej časti ponorky. A táto nevýhoda sa razom stáva výhodou, lebo nezávislo ovládané predná a zadná nádrž ponúkajú tiež nastavenie pozdĺžneho sklonu pre vodorovnosť na povrchu a pekné úrovňové ponáranie. Vzhľadom na to, že voda je v nádrži „na pevno“ ľahšie sa docieli úrovňová periskopová hĺbka, nakoľko žiadna vodná záťaž sa nemôže „pohupovať“ v záťažových nádržiach a tým narušiť ťažisko (stred) vznášania.
Na obrázku vidíte profesionálne riešenie piestových záťažových nádrží. Fotka je z výstavy, kde boli dve piestové nádrže pre názornosť umiestnené vedľa seba. V skutočnom modeli vzhľadom aj na obmedzený priestor to nie je možné. Tam sa umiestňujú za sebou, ako to môžete vidieť na obr.č.3. Obidve nádrže sú rovnaké a preto na obrázku sú odkazy iba na jednu. P-samotná piestová nádrž. M-motorček, ktorý cez prevody poháňa skrutkovú hriadeľ na konci ktorej je upevnený piest. S-dva mikrospínače, ktoré prerušujú prívod prúdu k motorčeku M, ak je piest či už úplne zasunutý alebo vysunutý (strážia krajné polohy piestu). V-vyústenie (výtokový otvor) na ktoré sa upevní hadica, ktorou sa dostáva voda do/z nádrže. A-akumulátor služaci na napájanie motorčekov piestových nádrží. Popis činnosti piestového záťažového systému, ktorý bol uvedený vyššie je principiálny, ale pri profesionálnom riešení je činnosť oveľa zložitejšia. A o riadenie tejto činnosti sa stará riadiaca elektronika-E. A1-akumulátor, ktorý napája riadiacu elektroniku. Dôležitou súčasťou je T-tlakový spínač, ktorý je prostredníctvom hadice-H spojený s vodou okolo ponorky. Ak sa ponorka ponorí moc hlboko, zväčšený tlak vody zapôsobí na tlakový spínač, ktorý prostredníctvom riadiacej elektroniky-E dá povel na vyprázdnenie piestových nádrží a tým na vynorenie. Tým sa zabezpečí, aby nadmerný nárast tlaku vo vodotesnom oddelení nevyrazil tesnenie.
S predchádzajúcimi riadkami úzko súvisí aj ďalší problém vodotesnosti ponorky. Keď uzavriete trup a ponoríte model do vody teplota vo vnútri poklesne s tým dôsledkom, že vzduch vo vnútri sa zmrští (zmenší svoj objem). Táto „podtlaková“ situácia bude nasávať vodu zo všadiaľ kde je to možné, napr. tiahla, hriadeľky. Pre odstránenie tohto problému existuje pomerne jednoduché ale značne účinné a odskúšane riešenie, na ktoré je potrebná injekčná striekačka, bicyklový ventil a bicyklová pumpa. Injekciu hadičkou spojíme s mosadznou trubkou, ktorá je vlepená do paluby. Na inom mieste vlepíme do paluby ventil. Na overenie vodotesnosti ponorky, pri zatlačenom pieste injekcie, napumpujte pumpou vzduch cez ventil do vnútra trupu až kým sa piest injekcie pohne. Ak sa piest nepohybuje, potom ponorka netesní a naopak, ak sa pohybuje, tak je ponorky vodotesná. Ako vedľajší prínos máme teraz vo vodotesnej ponorke slabý pretlak, ktorý napomáha eliminovať problémy spomenuté vyššie.
Na tomto obrázku vidíte praktické rozmiestnenie jednotlivých súčastí vo vnútri trupu. P1 je predná a P2 zadná piestová nádrž. K je kryt hlavného otvoru, ktorý je v tomto prípade zhotovený z plexiskla ale môže byť aj z plechu cca 3-4 mm hrubého. T je tesnenie medzi trupom a krytom, ktoré môže byť z gumy, neoprénu ale videl som už aj toto tesnenie realizované zo silikónového tmelu. S sú skrutky, ktorými sa pripevňuje kryt k trupu a sú vlepené z vnútra trupu.
Na nasledujúcom obrázku je pohľad na predný otvor, ktorý je zakrytý plexisklom. N je nadstavba, ktorá sa pripevní na samotný trup pomocou skrutky S. Túto nadstavbu je vidieť aj na predchádzajúcom obrázku. Predná piestová nádrž P1 je napojená na hadicu H, prostredníctvom ktorej sa voda dostáva do/z nádrže. T je tiahlo od predného ponorného krídla (hĺbkového kormidla), ktorého vodotesnosť pri prechode trupom je zabezpečená použitím vlnovca V.

Podľa mojich osobných skúseností, ktoré som získal účasťou na stretnutí ponorkových modelárov spojené s výstavou a funkčným predvádzaním modelov (reportáž v RC revue 4/2002) a viacerých návštev na veľkých modelárskych výstavách (reportáž RC revue 1/2003), som získal názor, že najrozšírenejšou realizáciu statického systému ponárania je piestová záťažová nádrž. Je tomu možno aj preto tak, lebo najvyužívanejšia firma vyrábajúca komponenty a stavebnice modelov ponoriek ponúka iba túto realizáciu statického systému ponárania.








Plynom ovládaná záťažová nádrž

Tento systém je tvorený zo záťažovej nádrže, dvoch ventilov a hlavne nádrže so stlačeným plynom. Pri otvorenom odvetrávacom ventile, umiestnenom v odvetrávacej rúrke, sa záťažová nádrž napĺňa vodou vnikajúcou cez otvor v dne ponorky. Ak do záťažovej nádrže natečie potrebné množstvo vody odvetrávací ventil sa uzavrie. Záťažová nádrž sa vyprázdni keď stalačený plyn, unikajúci z nádrže so stlačeným plynom cez otvorený vypúšťací ventil, vytlačí vodu zo záťažovej nádrže. Ak chceme aby sa ponorka opakovane vynorila, t.j. je potrebné z nej opakovane vytlačiť vodu, je nutné aby zásoba stlačeného vzduchu bola odstatočná. Môže sa ale stať, že v nádrži so stlačeným vzduchom už neostane potrebné množstvo vzduchu na vytlačenie vody a ponorka sa nevynorí. Z tohto dôvodu je ideálne mať ešte druhú malú nádrž so stlačeným vzduchom, v ktorej je stlačený vzduch potrebný na jedno "núdzové" vynorenie pre prípad, že hlavná nádrž je už prázdna. Tento systém sa veľmi podobá záťažovému systému používanému v skutočných ponorkách.


Kompresorová záťažová nádrž

Jedná sa v podstate o vylepšenú a doplnenú plynom ovládaná záťažovú nádrž. V porovnaní s predchádzajúcim je tento systém doplnený o kompresor, ktorý je prívodnou rúrkou spojený so vzduchom. Koniec prívodu vzduch je opatrený záklopkou, ktorá zabraňuje vniknutiu vody do prívodnej rúrky pri ponorení ponorky. Keď je ponorka vynorená, alebo aspoň prívod vzduchu ku kompresoru, je možné zapnúť kompresor, ktorý doplní stlačený vzduch do nádrže so stlačeným vzduchom. Ako komresor je ideálne použiť 12 V kompresor na fukanie pneumatík automobilov, ktorý je dostať za pár korún v hypermárketoch. Výhodou tohto systému v porovnaní s predchádzajúcim je to, že je možné stlačený vzduch dopĺňať počas plavby na hladine a nie je potrebné pri prázdnej nádrže so stlačeným vzduchom ponorku vybrať z vody a na suchu doplniť alebo vymeniť túto nádrž. Druhou výhodou je, že počas plavby je možné priebežne dopĺňať stlačený vzduch a nie je potrebná druhá nádrž na "núdzové" vynorenie. Tento systém je identický so záťažovým systémom, ktorý sa používa v skutočných ponorkách.