collapse

Для создания НОВОГО ПОСТА, необходимо выбрать нужный раздел ФОРУМА и создать в нем НОВУЮ ТЕМУ. Если вы новый пользователь, то вам нужно ЗАРЕГИСТРИРОВАТЬСЯ на форуме


Автор Тема: Автопилот  (Прочитано 8395 раз)

Оффлайн Craus

  • Ветеран
  • *****
  • Карма: +16/-0
    • Просмотр профиля
Автопилот
« : 18.11.2016, 19:54:08 »


Часть 1: Теория

Начинаю статью об одном из важнейших приспособление на круизной яхте для дальнего плавания или как в англоязычном прочтении "blue water cruising", это автопилот, в любом его виде, электронного прибора, механического ветрорулевого или их комбинации.

В данном случае мы не будем рассматривать чартерные яхты, мейнстрим для прибрежного плавания, а также большие и дорогие яхты, так как владельцы таких яхт опираются либо на близкое расположение марин и сервисов или на деньги для ремонта оборудования в любой точке мира.

Я рассматриваю яхты адекватного размера для экипажа 1-2 человека, т.е. до 45-50 футов, для морских и океанских переходов, все остальное не входит в данный обзор.

Начинать надо с самого начала, а именно с управляемости и сбалансированности яхты парусами. Существует расхожее мнение, что лодки с полным килем (full keel) и с приделанным к нему рулем являются просто идеальным типом корпуса для "дальнобойщика".



Такой корпус действительно имеет хорошую курсовую устойчивость, но это не слишком хорошо с позиции управляемости яхты и в частности работы автопилота. Так как яхта идет в переменных условиях, автопилот постоянно "подруливает" для поддержания заданного курса или угла к ветру, так вот на корпусе с полным килем эти "подруливания" требуют больше поворот руля, а значит и затраченной энергии, хотя многим кажется что это не так.

Кроме того такие корпуса имеют большее сопротивление, короткую ватерлинию и как следствие меньшую скорость и плохую маневренность, особенно на заднем ходу.
На сегодня оптимальным компромиссом по управляемости, устойчивости на курсе и скорости является корпус с развитым килем и рулем на скеге, именно эту конфигурацию я применил на новой М43.



Такой корпус имеет хороший баланс между курсовой устойчивостью, управляемостью и скоростью, благодаря длиной ватерлинии, что тоже плюс для любой водоизмещающей парусной яхты. Скег вынесенный в корму, обеспечивает отличную курсовую устойчивость, а руль достаточной площади эффективен даже на небольших углах перекладки и чем больше скорость, тем меньше нужен угол перекладки руля, а это все экономия энергии.

Следующим моментом важным для оптимальной работы авторулевого является сбалансированность парусами. Существует также распространенное мнение, что кеч лучше чем шлюп или куттер, но так как ли это ? Настроить и сбалансировать два паруса (стаксель и грот) гораздо проще, чем три паруса (грот, стаксель и бизань), да и рифить легче один парус, чем два, не говоря уже о дополнительных расходах на такелаж. Я уверен, что в настоящее время, вооружение парусной яхты бермудским куттером (cutter) является оптимальным для парусных яхт средних размеров для океанского плавания.



При рифлении грота (не закрутка понятно) и использовании малого стакселя практически не меняется положение центра парусности, т.е. яхта остается сбалансированной в широком диапазоне ветров.

Форма корпуса в наше время также претерпела значительные изменения, по сравнению с лодками прошлых поколений, если не брать в расчет серийный мейнстрим и экстремальные гоночные конструкции, то получится тоже довольно широкий корпус около 4 метров шириной, с равномерным распределением водоизмещения, достаточно длиной и узкой в носу ватерлинией, а также самое важное, что креновые ватерлинии стали стремиться к симметричности даже для таких, в общем-то классических корпусах как у М43, не говоря уже о Pogo-образных ракетах.



Это значит что при крене центр плавучести и бокового сопротивления практически не меняют своего положения, а в комбинации с сбалансированным парусным вооружением, получается что яхта сбалансирована в широком диапазоне ветров, а хорошая курсовая устойчивость в комплексе с хорошей управляемостью обеспечивают практически идеальные условия для управления яхтой и работы автопилота соответственно.

Собственно именно этим отличается "правильная" яхта от условно "неправильной". Но к сожалению "правильных" яхт относительно немного в общей массе и приходится пользоваться тем что есть. Поэтому прежде чем переходить к покупке или настройке автопилота, надо разобраться с собственной яхтой, т.е. научиться настраивать паруса, чтобы яхта была сбалансирована и требовала минимальное участие руля в управлении, но и поддерживала максимально возможную скорость, только после этого есть смысл начинать нажимать кнопки на панели. Вероятно многим это покажется анахронизмом и теорией, но это действительно так.

Часть 2: Windvane

Автоматическое управление без автопилота.

Самым простым, но редко используемым методом сохранения постоянного курса при неизменном направлении и силы ветра является привод от грота или стакселя на румпель, с компенсацией нагрузки резиновым амортизатором.



Для лодок с полным килем и румпелем это может быть как рабочим так и аварийным вариантом, для лодок со штурвалом это вариант не подойдет из-за малого хода и небольшой тяги от шкотов.



Понятно что ни о какой эффективности работы парусов и соответственно скорости, речь идти не может при этой схеме. Но также как и при управлении яхтой любым автопилотом, ключевым моментом является сбалансированность парусами.



В наше время яхт с румпелями не так и много, только для настоящих ценителей, поэтому эта схема больше для общей информации, чем для практического использования, хотя есть немало круизеров, которые успешно ей пользуются практически при нулевых расходах.

Типы ветропилотов (windvane)

Есть три основных типа ветропилотов по типу привода на перо руля:



А) С прямой передачей на перо ветропилота, эта система имеет независимое рулевое перо, которое управляется напрямую от ветрового пера, т.е. никаких тросов и приводов в кокпит.

Наиболее известная модель Hydrovane, ее использовали многие "дальнобойщики" на своих яхтах, хотя есть мнение, что при экстремальных штормовых условиях он не обеспечивает должное управление яхтой и что для больших яхт более 50 фт он слабоват. Тем не менее это один из самых известных ветропилотов в мире океанских круизеров.



B) C закрылком (trim tab) на пере основного или дополнительного руля, в этом случае вспомогательное перо ветропилота можно использовать в качестве аварийного руля при поломке основного руля. Есть разные модификации такой системы, один из производителей это Scanmar, который выпускает модель Auto-helm (на фото внизу).



C) Поворот-передача (servo pendulum), когда ветровое перо управляет поворотом пера ветропилота в воде, за счет набегающего потока, перо ветропилота в воде  отклоняется вправо и влево, от него идет тросовый привод на румпель или штурвал. Таким образом при изменении относительного ветра, ветропилот подправляет курс.



Наиболее известные марки автопилотов, работающих по этому принципу это Windpilot, Monitor, Fleming, Cape Horn, Sailomat и другие.



Есть и другие производители, которые выпускают ветропилоты (windvane), немного изменяя конструкцию или используя современные материалы, но принципы работы у всех одинаковые.

Например из новых ветропилотов для небольших лодок, очень легкий и съемный Mister Vee, с оригинальной конструкцией ветрового пера и применением композитных материалов в конструкции.



Ветропилот конечно очень удобен на больших переходах и при более менее постоянных ветрах, т.е. в океане, поэтому не часто можно встретить яхту с ветропилотом в европейских маринах, за Гибралтаром и дальше, картина уже немного другая.
Преимущества ветропилота это отсутствие потребления электроэнергии, практически бесшумность, надежность конструкции и возможность ремонта на борту яхты.
К условным недостаткам относится довольно высокая стоимость, 3000-6000 евро, при установке необходима адаптация к яхте, при изменении курса или направления ветра, надо вручную перенастраивать ветровое перо.

Ветропилот плохо применять на скоростных яхтах и некоторых катамаранах, которые быстро ускоряются и меняется скорость и направление относительного вымпельного ветра.

Также есть некоторые ограничения при слабых ветрах и попутных курсах, когда относительный ветер слишком слабый для управления ветрового пера.

Комбинированным вариантом является использование вместо ветрового пера обычного румпельного электрического автопилота, который служит только для передачи команды на перо в воде, которое уже и создает усилие для руля от набегающего потока.



Таким автопилотом можно рулить и под мотором и под парусам, практически на любых курсах, главное чтобы был достаточный ход для создания усилия для управления рулем.
В данном случае комбинация ветропилота с прямым приводом (А) типа Hydrovane и электрического автопилота можно считать оптимальным компромиссным решением.
Можно иметь пару недорогих электрических автопилота, в том числе и б.у,  для замены в случае поломки и всегда есть в запасе оригинальное ветровое перо.

Еще тонким моментом при установке и использовании ветропилота является его правильная установка. Обычно на куризерах дальнего плавания устанавливают много дополнительного оборудования на корме: солнечные батареи на арке, ветрогенератор, балки для тузика, подвесной мотор и гриль на релинге, обвес копита, бимини, спрейхуд и т.д., все это создает не только дополнительное сопротивление для яхты, но и вызывает завихрения ветрового потока, стабильность которого важна для правильной работы ветрового пера ветропилота.

Недавно поставлял комплект ветропилота Hydrovane и солнечные панели с регуляторами Victron на яхту Tayana-42, установка осложнялась узкой кормой, высокой аркой, кормовой площадкой и т.д., была заказана высокая ось ветрового пера, установщики успешно справились с задачей, теперь жду отзывов насколько хорошо работает ветропилот при такой установке.



Независимо от типа или модели автопилота или ветропилота, основным моментом является сбалансированность лодки парусами, яхта должна нести паруса соответствующие ветру, без излишнего крена, площадь грота и передних парусов должна быть отрегулирована для избежания излишнего привода или увала.

При таком варианте, как на фото внизу, никакой автопилот не захочет адекватно работать...



А для того чтобы правильно настроить и сбалансировать лодку, для этого должна быть исходно "правильная" яхта, а их в наше время не так много, как кажется на первый взгляд в переполненных маринах.

Часть 3: Электроника

В заключение темы про автопилоты, сегодня рассмотрим современные электронные системы управления катером или яхтой. На первый взгляд все просто и одинаково на всех лодках, только панели и кнопочки разного цвета, но это только кажется, внизу все может быть очень даже по разному.



Комплексная система автоматического управления судном состоит как правило из следующих компонентов: компас, электронный блок, привод руля, указатель положения руля и панель управления автопилота. Соединение стандартных и дополнительных элементов системы производится по специальному протоколу передачи данных, каждый крупный производитель продвигает свой протокол и провода. Наиболее известные протоколы: NMEA 0183, NMEA 2000, SeaTalk, SimNet, FastNet, NavNet, FDX.

Стандартная базовая схема комплекта автопилота выглядит примерно так:



Привод автопилота

Привод автопилота обеспечивает преобразование электрического сигнала от компьютера  в механическое усилие, которое передается на руль. Приводы могут быть на основе электрического мотора или электрической гидравлической помпы. Каждая система имеет свои плюсы и минусы и правильный выбор типа привода зависит нескольких параметров: тип и размер лодки и водоизмещение, так рекомендуют производители автопилотов. Но на самом деле вопрос более глубокий, во первых выбор мощности привода зависит от нагрузки и интенсивности его работы, а это в свою очередь зависит от самой яхты, а не от ее водоизмещения. Если яхта устойчива на курсе, хорошо сбалансирована парусами и имеет достаточную поворотливость, то вероятно выбор привода по рекомендации производителей будет более правильным, но таких лодок в наше время очень немного, большинство мейнстрима страдает плохой управляемостью (устойчивость+поворотливость). Хорошо спроектированная яхта с точки зрения управляемости довольно редкое явление на современном яхтенном рынке.

Вторым момент, который надо учесть, режим работы автопилота, одно дело прибрежное плавание и работа автопилота несколько часов в день, другое дело океанское плавание на попутной волне 24 часа в сутки, это принципиально разные нагрузки на привод.

Важным параметром любого автопилота является расход электроэнергии, в среднем обычный автопилот расходует около 3-4 ампера на сбалансированной парусами лодке, это расход может увеличиваться до 10 ампер в штормовых условиях.

Подключение и выключение привода автопилота обычно делается с помощью электро-магнитного реле (clutch).

Электрический привод

Это наиболее распространенный привод автопилотов, простой в установке и подключении, обеспечивает достаточное усилие и не требует особого обслуживания.

Установку электрического мотора с приводом на штурвал не будем рассматривать, сегодня привод обычно соединяют непосредственно с квадрантом руля или на  отдельный румпель на баллере руля.

Это позволяет иметь возможность использовать автопилот в аварийных случаях, в случае обрыва штур-тросов, если привод от штурвала тросовый.



Стандартный электрический автопилот состоит из мотора, редуктора и червячного штока, для передачи усилия на румпель. Эффективность работы привода  в общем определяется эффективностью преобразования вращательного движения в поступательное.



Удачная конструкция автопилота LD-100 Jefa, где вращение создается безщеточным плоским электромотором и преобразуется в поступательное движение через планетарный редуктор, это позволяет достигнуть эффективность до 70-80% по сравнению с 50% у привода обычного электромотора 12В. Это также уменьшает энергопотребление до 1-2 ампер в нормальных условиях и еще он мало шумный по сравнению в другими моделями. Единственный минус, что несмотря на значительное рабочее усилие до 100 кгс, он рекомендуется для яхт до 40-45 фут. Использую такой автопилот на Soler-35 в разных режимах плавания, никаких замечаний к приводу автопилота нет.



Также есть варианты цепного привода с электромотора в системе тросового привода руля или ременный привод прямо на ось штурвала в кокпите, а также румпельный автопилот, который еще может комбинироваться с ветропилотом, в общем возможны варианты.

Основным недостатком электрических приводов является то, что в редукторах используются пластиковые детали, которые при определенных условиях могут просто сломаться. Также щеточные моторы подвержены износу и коррозии, что уменьшает срок их службы. Электро-магнитный выключатель (clutch) тоже тонкий элемент в системе. Рабочее усилие электроприводов тоже ограничено, поэтому на больших яхтах или рабочих катерах электроприводы используют реже, чем гидравлические. Но по соотношению цена-надежность, электроприводы являются наиболее распространенными на малых судах. На многих яхтах, постоянно бороздящих моря и океаны, автопилоты работаю и по 5 и по 10 лет, но бывает и по другому, гарантий никаких нет.

Гидравлический привод

Это тип привода может обеспечить большее усилие, поэтому используется на яхтах большого размера и моторных катерах.  Эффективность системы ниже, чем электро-механической и составляет около 30%, поэтому и расходуется больше электроэнергии, что критично на небольшой парусной яхте.



Есть два типа системы, с реверсивной помпой и постоянно работающей помпой.
Первый вариант, когда помпа вращается попеременно в обе стороны, по управляющим сигналам автопилота и давление передается на гидравлический цилиндр привода.
Во втором варианте, помпа вращается постоянно и создает постоянное давление в системе, переключение подачи масла производится системой клапанов, которые управляются сигналами от компьютера автопилота.

Вторая система потребляет значительно больше электроэнергии, но считается более надежной, так как мотор работает в постоянном режиме.

Поэтому при установке гидравлического привода на яхту средних размеров до 50фт надо хорошо подумать, чем это обосновано и как это будет в эксплуатации.
Наиболее известной маркой гидравлических приводов является Lecomble & Schmitt, который адаптирован к автопилотам B&G и Simrad.

Электронный блок

Вся работа автопилота базируется на "мозгах" в компьютерном блоке автопилота, это такой-же важный компонент системы как и привод, впрочем и у людей тоже.

А "мозги" у всех разные, как известно не только из электроники. Идет постоянное повышение параметров: быстродействие, чувствительность к качке, точность удержания на курсе, адаптивность и т.д., но нередко "новые" модели просто отличаются коробочкой панели и размером дисплея и кнопочек, а компьютерная начинка все та же, что и 5 лет назад.



Еще одним элементом автопилота является панель или экран управления. Что отличает внешне хороший автопилот от плохого, при условно одинаковых "мозгах" ?  Большой и четкий экран, крупные и понятные кнопки, а главное логичный и простой интерфейс управления и настройки. Вот тут не у всех производителей получается, более того можно сказать что совсем плохо. Это так же как компьютерных программах, есть программы хорошие, а работать с ними очень непросто из-за отсутствия логики в меню управления, вернее логика она конечно есть, но не для всех пользователей удобна.

В большинстве современных панелей управления,  сенсорной или обычной, чтобы добраться до настройки автопилота под текущие погодные условия надо нажать от 5 до 8 раз на кнопку меню, чтобы добраться до нужной страницы и это самое неудобное в современной электронике.



Производители жестко борются за покупателя, это можно проследить на яхтенных выставках, когда за последние несколько лет практически на большинстве парусных яхтах стандартный Raymarine почти полностью заменился на Navico (B&G и Simrad).

Наиболее известные производители имеют очень условное разделение по сферам применения: Furuno: дорогой, надежный, профессиональное применение. Raymarine: универсальный по использованию, умеренный по цене, наиболее распространен. B&G: удобный, чуть подороже, адаптирован под парусные яхты.

Другие автопилоты.

Но есть и другие автопилоты, которые в магазинах не продаются и на выставках не презентуют новые модели каждый год, тем не менее много серьезных "дальнобойщиков" - "Blue Water" и опытных яхтсменов пользуются такими приборами много лет и продолжают их устанавливать на свои яхты.

Основное отличие этих дивайсов от магазинных красивых коробочек, что их конструкция не убиваемая, высокая ремонтопригодность, мощный мотор, хорошая адаптивность и исключительная простота настройки под лодку и погоду, всего этого как раз и не хватает магазинным автопилотам.

Вот пару наиболее известных моделей из неизвестных широкой публике:

CPT Autopilot
Американский автопилот был одним из первых на яхтенном рынке и начал выпускаться в далеком 1969 году, три раза меняли имя и даже останавливали производство, но с 2008 года возобновили под именем CPT Autopilots.

Привод ременный напрямую на любой штурвал, установка только протянуть провод питания и привинтить 2 коробки, мотор и управление. Никаких сенсорных панелей, soft-touch и т.д., только рукоятки в стиле милитари, как и 30 лет назад.



WH Autopilot

Этот внешне старомодный ящик с ручками имеет в 3 раза меньше процент отказа по сравнению с его глобальными собратьями. Wil Hamms со своей маленькой компанией из всего 6 человек собирает свои автопилоты уже более 30 лет, каждый автопилот адаптируется под конкретную лодку. При внешней простоте и непрезентабельном виде, автопилот имеет отличные характеристики, благодаря мощному приводу и вручную настраиваемой электроникой.



В дополнению к штатной панели управления автопилотом, для яхтсменов-одиночек очень полезное дополнение пульт дистанционного управления автопилотом, а  когда яхта с рубкой, так это вообще фантастика. Пульт может быть как беспроводным, так и на кабеле, хотя последний может быть менее удобным или старомодным, но зато значительно надежным, без всяких потерей сигнала или экранирования в нужный момент.



В заключении темы автопилотов и ветропилотов, можно с уверенностью сказать, что это самый важный элемент оборудования на океанской яхте с малым экипажем. Поэтому надо с пониманием вопроса подходить при выборе автопилота для своей яхты, с учетом всех особенностей своей лодки и планируемого режима плавания.

Надеюсь мой краткий обзор систем автоматического управления яхтой поможет вам сделать правильный выбор.

Счастливого плавания !

Источник
« Последнее редактирование: 18.11.2016, 20:24:06 от bigbird »

 


* Интересно почитать

* Поиск по сайту


* Последние сообщения

topic Яхтсмен Виталий Елагин вышел на связь спустя восемь дней после исчезновения
[Машинный телеграф]
grebenshch
27.03.2024, 18:07:12
topic Механика движения комет
[Погода]
Fermer
24.03.2024, 10:35:22
topic Грустная история косатки, которая помогала китобоям: верования народа тауа
[Машинный телеграф]
grebenshch
23.03.2024, 00:02:36
topic В Колумбии поднимут затонувший корабль XVIII века с сокровищами на $17 млрд
[География]
grebenshch
20.03.2024, 00:29:46
topic Вакансия дня: счетовод пингвинов в Антарктиде
[Машинный телеграф]
grebenshch
20.03.2024, 00:21:11
topic «Секс-плот» — антрополог хотел доказать жестокость людей, но не смог
[Машинный телеграф]
grebenshch
20.03.2024, 00:16:04
topic Редакционная статья яхтенного дизайнера Chuck Paine (США)
[Машинный телеграф]
grebenshch
16.03.2024, 21:48:13
topic Грузовой корабль улавливает и перерабатывает свои выбросы углекислого газа
[Техника]
grebenshch
16.03.2024, 19:26:43
topic Самый дорогой подводный отель в мире с рыбами, плавающими вокруг вашей кровати
[Машинный телеграф]
grebenshch
16.03.2024, 16:17:18
topic Морские подковы
[Машинный телеграф]
grebenshch
16.03.2024, 15:42:08
topic Как поделили океан
[История]
grebenshch
16.03.2024, 15:36:47
topic Dufour 44: новое решение
[Новинки]
grebenshch
14.03.2024, 16:31:06

* Двигатель торговли

* Активные авторы

Craus Craus
4006 Сообщений
bigbird bigbird
2971 Сообщений
grebenshch
541 Сообщений
Grumete Grumete
392 Сообщений
root root
269 Сообщений

* Кто онлайн

  • Точка Гостей: 285
  • Точка Скрытых: 0
  • Точка Пользователей: 0

Нет пользователей онлайн.

* Календарь

Март 2024
Вс. Пн. Вт. Ср. Чт. Пт. Сб.
1 2
3 4 5 6 7 8 9
10 11 12 13 14 15 16
17 18 19 20 21 22 23
24 25 26 27 [28] 29 30
31

Нет ближайших событий.

* Ваша Реклама

Здесь может быть Ваша реклама!

* Мы на Pinterest

SMF spam blocked by CleanTalk
Защита SMF от спама от CleanTalk
SimplePortal 2.3.6 © 2008-2014, SimplePortal