Проекты

Конструирование лодки на солнечных батареях

Работа призёров конкурса проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Энергия будущего. Цифровая энергетика» среди работ учащихся 10–11 классов

Направление работы: Инженеры
Авторы работы: Гимназия РУТ МИИТ
Предметы: Физика, Экология
Классы: 11 класс
Мероприятия: Конкурс проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» 2021 года

Актуальность

В связи с экологической ситуацией в мире данное техническое решение является довольно актуальным, так как лодка использует солнечную энергию для передвижения. На низкой расчётной скорости лодку можно использовать в небольших водоёмах и в районах, где отсутствует волнение, вследствие её малого водоизмещения.

Цель

Доказать возможность строительства экологически чистого транспорта.

Задачи

  1. Изучить конструкцию лодки и все нюансы сборки.
  2. Собрать лодку по выбранным чертежам. 
  3. Провести электрику.
  4. Провести испытания на воде.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Стройматериал для лодки (стапеля, шпангоут, борта, полуборта, днище, кормовые и носовые панели), клей (смола) для герметизации деталей лодки
  • Двигатель, аккумулятор и контроллеры
  • 4 солнечные панели мощностью 170 Вт каждая

Описание

Ход работы над проектом:

На первом этапе был выполнен подбор конструкции лодки. На самом деле лодка самая обычная, деревянная, с одной особенностью в виде питания не от аккумулятора, а от солнечных панелей. Согласно расчётам  осадка судна равна 4–5 см в зависимости от веса пилота. Такое число удалось получить с помощью формулы закона Архимеда. 

На следующем этапе по выбранным чертежам и подготовленным материалам выполнили сборку стапеля, установку шпангоутных рамок и сборку самой лодки, начиная с днища. После прикрепили борта и полуборта, установили кормовые и носовые панели, выполнили герметизацию соединений.

Далее установили электронику: электродвигатель и аккумуляторы, схемы управления, затем палубу и солнечные батареи. Подготовили лодку к гидравлическим испытаниям, предварительно укрепив швы стеклолентой.

В ходе гидравлических испытаний авторы выполнили некоторые поправки по конструкции лодки, её систем и подсистем. В первую очередь, была изменена концепция плавательного средства: внесены изменения в конструкцию лодки. Было принято решение изменить управление с дистанционного на румпельное. Для большей устойчивости лодки добавили стрингеры по дну судна.

Чтобы защитить деревянный корпус, авторы использовали эпоксидную смолу, грунт по дереву, яхтный лак, водостойкую краску и шпаклёвку в качестве эксперимента.

Результаты работы/выводы

По мере выполнения работ по постройке становится ясно, что лодки на солнечных батареях являются перспективным видом транспорта. Они бесшумны, не загрязняют окружающую среду при эксплуатации.

В то время как применение солнечных батарей обеспечивает высокую эффективность работы электрических транспортных средств в ясную солнечную погоду, использование солнечных панелей в вечернее и ночное время, а также в дни сумрачной погоды совершенно не практично.

Поэтому в большинстве современных видов электрического транспорта используются солнечные панели исключительно в качестве дополнительных элементов питания электродвигателей наряду со стандартными аккумуляторными батареями.

Перспективы использования результатов работы

Судно изготавливалось для участия в соревновании «Солнечная регата» (для школьников) и обладает исключительно спортивно-познавательным характером.

После соревнований лодку можно применять наряду с малым водным транспортом как для личного использования, так и для коммерческого (прокат). Более того, следует измерить предел прочности и реальный запас хода на озере или реке, допустим, в  сопровождении моторного катера.

Кроме того, лодка может использоваться для отработки учащимися проектирования беспилотного образца с дистанционным управлением и полностью автономного устройства либо для гидрографических работ (каждый бассейн минимум раз в год заказывает эту услугу). Использование автономных суден может уменьшить затраты на топливо и зарплату работников.