O veleiro da FEUP

(siga a construção passo-a-passo)

O veleiro da FEUP foi desenhado usando um programa livre para desenho de barcos ( www.delftship.net), partindo do desenho típico do casco de veleiros actuais usados em competição oceânica. O comprimento e deslocamento foram determinados reduzindo à escala  esses parâmetros de veleiros reais, de forma a satisfazer as regras estabelecidas para a competição. O desenho final contou também com inúmeras sugestões de pessoas ligadas à vela e à construção naval.

As características gerais do veleiro da FEUP são as seguintes:

A construção do veleiro está a ser feita na fábrica de kayaks Élio, em Crestuma  (www.elio-kayaks.com), que conta com larga experiência na construção de kayaks de competição em materiais compósitos ultra-leves e com elevada resistência estrutural.

O contra-molde foi inicialmente construído na FEUP a partir dos desenhos das suas secções transversais, gerados pelo programa FreeShip. A estrutura foi montada colando as várias secções transversais recortadas em contraplacado, sendo depois revestido com réguas de madeira. Seguiu-se um processo longo de regularização da superfície, à custa da aplicação de várias camadas de massa de enchimento (betume) e alisamento com lixa. No final obteve-se um modelo com a forma e acabamento final pretendidos para o casco, que serviu de matriz para fazer o molde final.

O casco está a ser construído em materiais compósitos, seguindo os processos industriais que são usados na produção dos kayaks de competição que a empresa Élio Kayaks fabrica. O casco foi  construído em sandwich de fibra de carbono e fibra de vidro, com núcleo de ninho de abelha. Para proteger a estrutura e amortecer eventuais colisões frontais, o "nariz" foi construído em borracha sendo facilmente substituído. O peso final do casco (ainda sem a cobertura superior) é de apenas 5.4Kg.

Mastro, retranca e velas

Para a construção do mastro e retranca foram re-utilizadas partes de remos em fibra de carbono, cedidos por um fabricante de remos conhecido da empresa Élio Kayaks. Algumas das ferragens para o mastro foram adquiridas numa loja de material naútico e outras foram recuperadas de mastros velhos.

As velas serão fabricadas na empresa Velas Pires de Lima situada em Santa Cruz do Bispo, Leça da Palmeira (www.velaspl.com), em tecido de vela convencional (Dracon) da mesma forma que são feitas as velas de veleiros tamanho real.

Sistema electrónico de controlo

O veleiro autónomo da FEUP será comandado por um microcomputador de baixo consumo (Suzaku SZ130), correndo uma versão do sistema operativo Linux  vocacionada para sistemas embutidos (uCLinux). Esse microcomputador usa um processador implementado num dispositivo FPGA da XILINX (Microblaze) e integra também vários controladores dedicados responsáveis pelos interfaces com os vários periféricos (sensores e actuadores) que o sistema tem. O sistema tem também uma ligação de rede permitindo disponibilizar uma ligação de rede sem fios através de um "router" convencional. Apesar do alcance desta ligação ser bastante limitado, será fundamental para a realização de ensaios na água e monitorar os vários parâmetros de controlo e navegação. O sistema inclui ainda um receptor de rádio-comando comercial, para possibilitar o seu controlo manual à distância durante as fases críticas do lançamento e recolha do veleiro.

Sensores

O veleiro inclui inclui sensores para determinar a direcção e velocidade do vento, uma bússola electrónica com inclinómetro (Honeywell HMR3300) e um receptor GPS (U-Blox). O anemómetro foi construído com um "switch" de efeito Hall, produzindo um impulso por cada volta de um rotor de copos com um íman acoplado. O catavento foi construído em torno de um circuito integrado codificador de posição absoluta (AS5040) que mede a posição rotacional de um íman colocado sobre o circuito, garantindo uma precisão de cerca de 1º.

Actuadores

Na sua primeira versão, o veleiro possui apenas dois actuadores: lemes e posição das velas. O controlo dos dois lemes é feito por 2 servomotores comerciais. A opção por dois servomotores em vez de apenas evitou a necessidade de os acoplar mecanicamente, o que foi dificultado pelo ângulo que fazem os dois eixos entre si. Além disso, permite que o controlo dos dois lemes seja totalmente independente, possibilitando regular, por software, o ângulo entre eles ou desligar um quando não estiver a ser necessário (se o barco navegar inclinado).

O servomotor que comanda a posição da vela foi montado usando um motor eléctrico com caixa redutora de cremalheira, um potenciómetro multivolta para dar a indicação da posição do eixo e um sistema de controlo implementado como um periférico do processador. Apesar do rendimento deste tipo de caixa redutora ser bastante baixo, tem a grande vantagem de se manter travado sem precisar de alimentar o motor.

Melhoramentos futuros poderão incluir outros motores eléctricos para permitir a  redução da área vélica enrolando parcialmente as velas ou montar uma vela adicional quando a navegar a favor do vento.

Software

O software de controlo está a ser desenvolvido em linguagem C, suportando a comunicação com um computador pessoal através de uma ligação de rede sem fios. O programa permitirá operar o veleiro em 3 modos principais: rádio-comandado, comandado através da ligação da dados WiFi ou autónomo. Em modo rádio-comando comanda-se manualmente a posição dos lemes e das velas, tal como um veleiro rádio-comandado convencional. O modo de comando através da ligação da dados WiFi permite definir, em tempo real, parâmetros de navegação como o rumo a seguir, coordenadas geográficas de pontos de passagem, afinar parâmetros dos processos de controlo dinâmico e activar manobras de mudança de direcção (virar de bordo ou cambar). Em modo autónomo o veleiro deverá definir o seu próprio rumo de forma a passar num conjunto de pontos previamente programados.

Em paralelo, está a ser desenvolvido um simulador que permite avaliar o funcionamento dos processos de navegação implementados simulando condições de vento com direcção e velocidade variáveis e tendo em conta diversos factores como o abatimento (deslizamento transversal devido à acção do vento), corrente e velocidade do barco em função do vento aparente.