Echo
Echo, onze nieuwste boot, is ontworpen om nóg efficiënter en betrouwbaarder te kunnen vliegen! Wist je dat Echo de vijfde letter is in het NAVO-spellingsalfabet? Echo is het resultaat van 5 jaar Solar Boat Twente, en is daarnaast een evolutie op Twentsch Pegasus, de boot van het vorige team.
Samen met de zonnepanelen is de romp hetzelfde gebleven. Hij is gemaakt van koolstofvezel in een sandwichstructuur, waarbij de kern van schuim is. De vorm en deze structuur zorgen voor een lichtgewichte, sterke en hydrodynamische boot. De boot is 6m lang, 1.6m breed en weegt nog geen 120kg!
De zonnepanelen zijn één van de meest opvallende onderdelen aan de boot, en zorgen voor de inkomende energie. Dit jaar hebben we monocrystalline zonnepanelen met een totaaloppervlak van 6 vierkante meter en een lichtgewichte afwerking. Met een efficiëntie van 24.8% wordt tot wel een kwart van de inkomende zonne-energie omgezet in elektrische energie! Dit gebeurt met behulp van Maximum Power Point Trackers wiens taak het is om altijd het maximaal haalbare vermogen uit de zonnepanelen te trekken.
Het achterstrut combineert meerdere functies in één onderdeel.
Allereerst bevat het de motor, die op zijn beurt de propellor aandrijft. De motor hoeft minder dan 1.5kW te leveren om de boot te laten vliegen met 25km/h! Er wordt wel warmte geproduceerd, en dus moet de motor gekoeld worden. Aangezien deze zich altijd in het water bevindt, wordt de warmte direct afgegeven aan het water waardoor dit geen elektrisch vermogen en extra gewicht kost.
Ten tweede bevat het strut de propellor. De tweebladige trekpropellor is van aluminium en een stuk efficiënter en lichter dan de vorige generatie, waardoor er meer vermogen omgezet wordt naar voorwaartse kracht. Daarnaast is er een tweede propellor ontworpen met drie bladen. Deze kan gebruikt worden op hogere snelheden, waarmee de topsnelheid van de boot rond de 45km/h zal liggen.
Als laatste bevat het strut de achterdraagvleugel, en het systeem om hier dynamisch de hoek van te veranderen. Dit interne systeem is soepeler en sterker dan voorheen, waardoor de responsetijd van de achtervleugel hoger is.
De koolstofvezel draagvleugels aan de voorkant hebben een volledig nieuw ontwerp gekregen. Om de bevestiging robuuster te maken en de aansturing eenvoudiger, is er gekozen voor een ontwerp met flaps. Dit betekent dat, anders dan bij andere boten, het grootste deel van de vleugel onder een vaste hoek blijft en alleen een klein deel van hoek verandert (net zoals flaps bij een vliegtuig). Dit nieuwe ontwerp is niet alleen sterker, maar ook een stuk hydrodynamischer: de weerstand is bij dezelfde lift gereduceerd met wel 30%! Het scharnier voor de flaps is gemaakt van een enkele laag carbon met een elastisch epoxy, waardoor dit geen extra weerstand oplevert en tegelijkertijd erg licht is.
De elektronica regelt alle inkomende energie van de zonnepanelen, de tijdelijke opslag in de batterij en de juiste conversies en afgifte aan de motor en alle andere apparaten in de boot.
Dit jaar lag de focus op het gebied van de elektronica bij de batterij. Doordat deze gekoeld wordt met een phase changing material, is hij dit jaar een stuk compacter. Hierdoor zorgt, samen met nog andere verbeteringen op dit gebied, de elektronica voor een betere gewichtsverdeling in de boot. Bovendien zijn er meer sensoren toegevoegd om onder andere de temperatuur in de batterij en het inkomende vermogen van elk zonnepaneel in de gaten te houden. In de batterij zorgt een custom busbar voor een lagere weerstand en dus een hogere efficiëntie. Daarnaast is de batterij uitvoerig doorgemeten. Deze testgegevens, samen met een verbetering in de software van het battery management system zorgen voor een betere real-time schatting van de beschikbare energie in de batterij, wat van belang is voor een goede racestrategie.
Ten slotte zijn er een aantal nieuwe veiligheidssystemen geïntegreerd om de risico’s bij falen te minimalizeren.
Aangezien geen enkel onderdeel 100% efficiënt is, zal er altijd warmte geproduceerd worden. De drie voornaamste apparaten die gekoeld moeten worden zijn de batterij, de motor controller en de motor zelf.
Voor de batterij hebben we dit jaar gekozen om een phase changing material (PCM) te gebruiken. Aangezien het niet geleid, kan de batterij hierin ondergedompeld worden voor een betere warmte-overdracht. Tijdens de fase-overgang van vast naar vloeibaar neemt het warmte op uit de batterij, waarmee het de batterij op constante temperatuur houdt. Daarnaast kost het gebruik van dit PCM geen extra vermogen (alleen wat extra massa, ongeveer 10% van het gewicht van de batterij zelf) en zorgt het voor een compactere batterij dan wanneer luchtkoeling gebruikt werd.
De motor controller wordt gekoeld doormiddel van een di-electric immersion fluid. Dit betekent dat hij ondergedompeld is in een niet-geleidende vloeistof die rondgepompt wordt in een closed loop system. Ook dit zorgt voor een efficiënte warmteoverdracht waardoor dit koelsysteem compact kan blijven en zo min mogelijk vermogen kost. Deze vloeistof wordt luchtgekoeld door middel van een radiator aan de achterkant van de boot.
Zoals voorheen beschreven wordt de motor passief gekoeld doordat deze in de nacelle in het water zit. Omdat het aluminium strut een goede warmtegeleider is, wordt de warmte van de motor direct afgevoerd naar het water en blijft de motor dus op nagenoeg constante temperatuur.
Waar de batterij het hart van de boot is, is de software het brein. De drie voornaamste aspecten zijn de interne functionaliteit, data acquisitie en het regelsysteem. Het eerste zorgt voor een juiste operatie van de systemen in de boot. Dit omvat bijvoorbeeld het opzetten van de interne communicatie en het zorgen dat de veiligheidssystemen correct functioneren, bijvoorbeeld bij het uitzetten van de motor of het indrukken van de noodknop.
Ten tweede is de software verantwoordelijk voor het verwerken en opslaan van de data van alle sensoren en alle aparaten. Deze gegevens moeten vervolgens opgeslagen worden en naar de kant gestuurd worden, wat vitaal is voor de real-time analyze van de boot en het tunen en optimaliseren van de (regel)systemen in de boot. Dit telemetriesysteem is veel verbeterd, inclusief een custom datavisualizatie webtool.
Om stabiel boven het water te vliegen moest er een volledig nieuw regelsysteem ontwikkeld worden. In de basis is dit een functie die de sensordata inleest, en vervolgens de draagvleugels naar de juiste hoek stuurt. Echter, dit omvatte het maken van een model van alle natuurkunde in de boot, en veel simulaties met het regelsysteem voordat het veilig in de boot toegepast kan worden. Dit regelsysteem wordt vervolgens op een aparte microcontroller gezet zodat het snel en betrouwbaar uitgevoerd kan worden.
het team
Team 2020-2021
