Lasergesneden elektrische hovercraft

Lasergesneden elektrische hovercraft

Deze hovercraft creëert een luchtkussen en voortstuwing met één motor. Stel de stuurvinnen in en laat de hovercraft over de vloer of over water zweven. De hovercraft wordt gemaakt uit een lasergesneden schuimplaat of licht karton, plastic folie en tape. Vaardigheden: 2 eenvoudige soldeerverbindingen en wat nauwkeurig snijwerk aan de hand van een lasergesneden mal.

Maaktijd: ± 2u

Materiaalkost onder de 6 EUR

Deze handleiding werd ontwikkeld door Yvon Masyn voor Maakbib.

Benodigdheden

Materialen:

Materialen

Materialen2

Gereedschap:

  • lasercutter
  • permanent marker
  • breekmes
  • snijlat
  • snijmat
  • soldeerbout
  • soldeertin
  • schaar
  • smeltlijmpistool
  • lijmstick
  • gewichtje (bv. glazen fles)
  • Optioneel:

    Materialen

    Stap 1: Lasersnijden

    Belangrijke opmerking i.v.m. met het lasersnijden van geëxtrudeerd polystyreenschuim: Veel Fablabs en Makerspaces laten het lasersnijden van geëxpandeerd polystyreenschuim (gewoon piepschuim uit bolletjes) niet toe, omwille van het risico op brand. Hier gebruiken we echter geëtrudeerd polystyreenschuim, dat wat minder poreus is. Wanneer er iets fout gaat bij lasersnijden kan je ontbranden nooit helemaal uitsluiten, dus hou het altijd in het oog. Het snijden van deze hovercraftplaten is al vele honderden keren goed gegaan, zonder enig ontbranden.

    Je lasersnijder dient uitgerust te zijn met een afzuiging en filter geschikt voor kunststoffen.

    Als alternatief kan je golfkarton gebruiken. Dat is een meer vertrouwd materiaal voor lasersnijden. Dan moet je natuurlijk zeer voorzichtig zijn als je de hovercraft op water test. De tekening voor de kartonnen versie houdt rekening met de kleinere dikte van het karton (3mm i.p.v. 6mm).

    De foto’s tonen verder de geëxpandeerd polystyreenschuim versie.

    De tekeningen zijn beschikbaar als svg-bestand en als pdf (deze laatste is best om te importeren in programma’s als Coreldraw). De lijnen zijn 1mm dik getekend voor de goede zichtbaarheid, maar veel software om lasersnijders aan te sturen vraagt dat de lijndikte op een minimum ingesteld wordt. De kleuren geven aan wanneer je snijdt en wanneer je graveert (zie verderop).

    De bestanden omvatten een rand van 25mm rondom. De tekening zelf, dus de zwarte rechthoek is 500mm x 250mm groot. Controleer of dat klopt wanneer je de tekening geïmporteerd hebt. Soms wordt de schaal niet goed overgenomen, en dien je zelf nog bij te schalen.

    De schuilplaat waar we van vertrekken heeft reeds de juiste buiten afmetingen (of die is een paar mm te smal, maar dat kan geen kwaad), dus de buitenrand dienen we niet te snijden. Je dient de plaat wel goed te positioneren om alles op de juiste plaats te snijden.

    Een goede methode is eerst een groter stuk lasersnijdbaar plaatmateriaal op het rooster van de lasersnijmachine te bevestigen met tape en dan de zwarte rechthoek uit te snijden. Haal het losgesneden deel er uit, maar laat de vastgeplakte rand zitten. Dan heb je een mal om de schuimplaat perfect te positioneren. Dat is vooral handig op machines die geen omtrekcontrole functie hebben.

    Het is ook handig uit middelste stuk de mal voor de rokopening te snijden. Snij daartoe de ook de violette en de rode lijn.

    Constructie1

    Voor de hovercraft onderdelen snij je de blauwe lijnen en graveer je de groene lijnen. Opgelet polystyreenschuim snijdt zeer gemakkelijk helemaal door. De groene lijnen mogen dus niet doorgesneden worden, maar mocht dit per ongeluk toch gebeuren, dan kan je later de delen terug aan elkaar zetten met plakband. Je kan op veel machines snijden met de hoogste snelheid en middelhoog vermogen te werken. Opdat de groene lijnen gegraveerd zijn en niet doorgesneden, dien je meestal met de grootste snelheid en minimum vermogen (opgelet veel machines hebben schakelen de laser zelfs niet in wanneer je een te laag vermogen (bijv. >15%) instelt. Doe een paar testjes om de juiste instellingen voor de beschikbare machine te bepalen en noteer de instellingen voor later. De tekening is zo gemaakt dat alles nog een beetje aan elkaar hangt. Zo blijft er minder restmateriaal in de lasersnijmachine achter en is het gemakkelijk de onderdelen uit te delen.

    Constructie2

    Stap 2: De zak aanpassen

    Eerst en vooral maken we de zak klaar om er straks de “rok” van de hovercraft van te maken. De meeste vuilniszakken zijn zo samengelast dat je ze niet helemaal kan opengevouwen onderaan. Aan die kant dien je een strook met de lasnaad er af te snijden. Snij er zo veel af dat je een stuk van 55 à 56 cm lang en met 2 open uiteinden over houdt.

    Constructie3

    Nu gaan we de zak aan beide kanten op de juiste manier dicht plakken. Leg de zak mooi vlak uitgespreid (tot in de hoekjes) op tafel met wat ruimte rondom om te werken. Beide open uiteinden van de zak dienen dichtgekleefd te worden. Dat doe je best met twee mensen samen, want twee paar handen komen van pas. Eén om de plakband op zijn plaats te houden en één om de zak er op te plakken. Neem een stuk kleefband dat langer is dan de zak breed is en leg het met de klevende kan naar boven op tafel, naast één van de open kanten van de zak. Eén persoon houdt de plakband op zijn plaats.

    Constructie4

    De andere persoon neemt de zak vast aan de hoekjes en legt de rand van de zak tot op de helft van de breedte van de plakband. Hou daarbij de 2 lagen zo gelijk mogelijk op elkaar.

    Constructie5

    Vouw de plakband dubbel om de opening dicht te kleven.

    Constructie6

    Knip de uiteinden van de plakband kort af, maar zonder in de zak te knippen. Gooi de afgeknipte stukjes onmiddellijk weg, want als je ze laat rondslingeren, dan plakken ze al gauw op de verkeerd plaats. Ze lostrekken kan de zak beschadigen. Als de zak ergens niet dicht is, kan je plakband toevoegen. Herhaal dit alles om beide kanten dicht te kleven.

    Constructie7

    Stap 3: Markeren van de rok-opening

    Maak het grootste hovercraft-deel los van de rest.

    Constructie8

    Laat het middelste stuk zitten en kijk aan welke kant de graveerlijn zit. Leg het stuk met die kant naar boven. Dat wordt later de onderkant, maar daar ga je nu eerst een lijn op aftekenen die aangeeft waar straks de opening van de rok komt. Dat doen we met de mal en een permanent marker. Het is ook een goed idee om op die kant ook je naam ergens te vermelden. Het maakt niet uit waar, het wordt toch de onderkant later.

    Constructie9

    Constructie10

    Stap 4: Vastplakken van de rok

    Leg de basisplaat met de tekening naar onder op de zak. Positioneer die zorgvuldig in het midden, zodat de zak rondom evenveel uitsteekt. Meet dit af met je vingers. Rondom even veel zak hebben is belangrijk voor de goede werking van de hovercraft straks. Een gewicht op de schuimplaat leggen kan helpen het verschuiven tegen te gaan bij het vervolg.

    Constructie11

    Kleef de plaat rondom rond vast met plakband. Om gemakkelijk te werken gebruik je stukjes plakband die niet te lang zijn (10-15 cm). Let er op dat de zak en de schuimplaat tijdens het werken niet verschuiven. Het is handig elk stukje plakband eerst half op de schuimplaat te plakken en dan pas op de zak neer te duwen.

    Constructie12

    Zorg ervoor dat alle stukken plakband op elkaar aansluiten om een “luchtdichte” verbinding te bekomen.

    Constructie13

    Stap 5: Vastplakken van de rok

    Draai het geheel om, opdat de zak aan de bovenkant ligt. Zorg dat de zak op nieuw mooi vlak uitgespreid ligt. Ook hier kan een gewicht helpen het verschuiven tegen te gaan bij het vervolg.

    Constructie14

    Met een klein scherp mes snij je VOORZICHTIG langs de tekening een opening door beide lagen van de zak. Zorg dat de zak niet ten opzichte van de plaat verschuift bij het snijden. Je snijdt het gemakkelijkst als je een klein beetje in de schuimplaat snijdt, maar snij niet helemaal doorheen de plaat. Dat is niet goed voor de tafel, maar ook niet goed voor hovercraft. Mocht je toch gaten maken die helemaal doorheen de plaat gaan, dien je die later dicht te plakken met plakband.

    Constructie15

    Haal beide losgesneden stukken van de zak uit. De zak is nu een rok van de hovercraft geworden.

    Constructie16

    Draai het geheel om en schud de rok goed los. Wanneer je het nu op tafel laat zakken, zou het even als een kussen moeten blijven staan. Controleer de rok rondom op gaten en plak dicht waar nodig. Er zijn natuurlijk openingen aan de middelste rechthoek in de plaat. Dus de lucht zal nu nog ontsnappen langs daar en langs onder. Nu wordt er nog geen verse lucht ingeblazen, dus zal het sowieso traag inzakken. Dat is normaal.

    Constructie17

    Stap 6: Opbouw

    Plooi het middendeel naar boven, tot je een lichte “krak” hoort, maar scheur het niet helemaal los. Het middendeel blijft “scharnierend” aan de basisplaat vast zitten. Als het toch los komt kan het eenvoudig met plakband terug verbonden worden. Nu er en grote opening is, ontsnapt de lucht snel. Wanneer de hovercraft af is, zal langs hier de verse lucht ingeblazen worden.

    Constructie18

    Verwijder de kleine stukjes die los hangen, maar niet helemaal losgesneden zijn. Opgelet, aan het middendeel zitten vooraan twee uitsteeksel die stevig vasthangen en die moeten er ook aan blijven.

    Constructie19

    Verwijder ook de losse stukken van de twee andere delen.

    Constructie20

    Plooi elk stuk dat later een stuurvin wordt ,zoals op de foto. Ook hier is het de bedoeling dat het blijft vast hangen, maar kan bewegen. Als het toch los komt plak je het ook aan één kant vast met plakband.

    Constructie21

    Puzzel nu de rechtopstaande delen samen met de basisplaat, zoals getoond op de foto. Bij voorkeur zet je de delen zo dat de stuurvinnen naar binnen plooien. De “uitsteekseltjes” passen telkens in een opening. Zo zit alles al vast op zijn plaats, maar we gaan het nog steviger vastplakken straks.

    Constructie22

    Constructie23

    Nu plak je alles nog eens vast met plakband. Dat doe je aan de buitenkant waar de zijstukken op de basisplaat komt (aan beide zijden, dus in totaal 2 keer) en aan de binnenkant waar de opstaande delen aan het middendeel komen (ook 2 keer). Dit doe je telkens met een strook plakband die je half op het ene deel en half op het andere deel kleeft. Gebruik stukken plakband die lang genoeg zijn om de naden “luchtdicht” af te sluiten. De stuurvinnen laat je best los of maak je achteraf terug los.

    Constructie24

    Constructie25

    Als extra versteviging kan je een paar druppels smeltlijm aanbrengen aan de binnenkant, op de plaatsen aan geduid met de pijlen in onderstaande foto. Druk de delen voorzichtig aan terwijl de lijm hard wordt. Doe dat aan beide opstaande delen. Wees voorzichtig dat je geen lijm op de rok morst.

    Constructie26

    Vanaf nu kan je ook beginnen decoreren. Wanneer je een pauze voorziet, is het een goed idee nu eerst te verven. Je kan doorwerken en testen als de verf nog nat is, maar het is handig als die al een beetje kunnen drogen heeft. Verf niet op de onderkant, niet op de rok en niet op de middelste rechthoek, waar straks de motor en de batterij komt. Gebruik dunne laagjes verf, dat is lichter en brokkelt later ook minder snel af. Met permanent markers mag je overal kleuren. Gewone stiften werken niet goed op het schuim of de rok.

    Constructie27

    Stap 7: Motor en propeller monteren

    Waarschuwing: de draaiende propeller kan bij aanraking pijnlijk zijn. Je zal er normaal geen ernstige verwondingen aan overhouden, maar hou toch je vingers en andere lichaamsdelen uit de buurt.

    Eerst solderen we de draden aan de motor. De zwarte draad komt aan het contact waarnaast een rond putje zit in de kunststof achterkant van de motor (soms staat er een + in dat rondje, maar voor de hovercraft verbinden we daar toch de zwarte draad aan).

    Constructie28

    Om er voor te zorgen dat de draadjes niet net naast de soldeerverbinding breken, lijmen we de draadjes met smeltlijm vast op de achterkant van de motor. Zorg ervoor dat er geen lijm op de motor-as komt.

    Constructie29

    Duw de propeller op de motor-as. Duw de propeller ver genoeg opdat hij goed blijft vast zitten, maar niet te ver opdat hij zonder wrijving kan ronddraaien.

    Constructie30

    Steek de kabelbinders door de gaatjes in het middendeel, zoals op de foto. Sluit ze tot een grote los, dus trek ze nog niet aan.

    Constructie31

    Constructie32

    Schuif eerst de draad en vervolgens de motor doorheen de lussen gevormd door de kabelbinders. De kabelbinders worden zachtjes aangespannen, beiden op het dikke deel van het motorlichaam. Span niet te hard aan, de schuimplaat is niet zo sterk en je kan later altijd nog wat bijspannen. Daartoe knippen we de uiteinden van de kabelbinders ook niet af. Als de kabelbinders terug loskomen heb je de lussen binnenstebuiten gemaakt en dien je ze los te maken en opnieuw te proberen.

    Constructie33

    Constructie34

    Controleer of de propeller vrij kan draaien. Zo niet, verschuif de motor een beetje.

    In geval van een kartonnen hovercraft ondersteun je de motor best met een satéstokje dat je dwars onder de motor en het karton steekt.

    Stap 8: Batterijhouder monteren en balanceren

    Tip voor de begeleiding: de kinderen die hulp nodig hebben bij het balanceren en even moeten wachten kunnen de hovercraft ondertussen decoreren met licht materiaal. Een piloot of passagiers toevoegen bijvoorbeeld.

    Kleef een stuk dubbelzijdige plakband op de achterkant van de batterijhouder. Zorg ervoor dat de plakband niet buiten de batterijhouder uitsteekt. Verwijder de beschermlaag van de dubbelzijdige tape nog NIET. Als je per ongeluk dubbelzijdige plakband op de rok plakt, zal je die niet los krijgen zonder de rok te beschadigen. Steek de batterijen in de batterijhouder en let daarbij op de + en – op de batterijen en de richting aangegeven in de batterijhouder.

    Constructie35

    Constructie36

    Verwijder de beschermlaag van de dubbelzijdige kleefband en leg de batterijhouder ZONDER AANDRUKKEN ongeveer een centimeter achter de motor, met de contacten naar achter. Druk dus nog niet aan, want het kan straks nodig zijn de batterijhouder een beetje te verplaatsen voor een goed evenwicht.

    Eens de batterij aangebracht (het grootste gewicht van de hovercraft) neem je die best steeds aan beide kanten tegelijk vast om die op te heffen. Anders kan de schuimplaat losbreken of het karton plooien.

    Klik één van de contacten van de draadjes vast op de batterijhouder. Door de batterijclip te draaien kan je verbinding maken met het andere contact opdat de motor draait. Dit werkt dus als schakelaar. Hou je vinger op het ene vastgeklikte contact, zodat het niet zou los springen terwijl je het verdraait. Je moet wel ver genoeg draaien tot het blijft zitten en je een goed contact hebt. Soms heb je niet helemaal goed contact en draait de motor op verminderde kracht. Klik echter nooit beide contacten helemaal vast, want weer los maken om het contact te verbreken kan veel kracht vragen waarbij je de hovercraft mogelijk beschadigt.

    Constructie37

    Constructie38

    Meestal dien je bij de start de hovercraft een beetje op te heffen en de rok open te schudden. Kijk of de hovercraft rechtop zweeft en niet naar opzij of naar voor of te veel naar achter hangt. Verplaats de batterij tot je dit evenwicht bereikt. Dat de hovercraft tijdens het zweven naar links of naar rechts draait maakt nu nog niet uit, maar als de hovercraft achteraan een klein beetje lager hangt dan vooraan, zal ie beter rechtdoor gaan. Pas als de hovercraft juist zweeft, mag je de batterijhouder op zijn plaats vast drukken, maar hou wel je hand onder het middendeel opdat je het niet stuk drukt.

    Constructie39

    Als je de hovercraft zorgvuldig gebouwd hebt, kan je die bochten naar links of rechts laten maken of rechtdoor laten gaan door één van de stuurvinnen in een hoek te zetten en vast te maken met wat plakband. Probeer maar uit welke vin en welke stand welk effect geeft. Ook om rechtdoor te gaan moet je vaak ook één van de stuurvinnen schuin zetten. De ronddraaiende propeller veroorzaakt namelijk ook een draai-effect. Een hovercraft verandert zo gemakkelijk van richting dat enkele meter rechtdoor zweven al een succes is.

    Constructie40

    Constructie41

    De hovercraft werkt ook op water (zie de foto vooraan dit stappenplan), maar je moet hem wel laten drogen vooraleer weer op het land te gebruiken, anders kleeft de “rok” te veel aan de grond.

    Een hovercraft verbruikt veel energie, dus de batterijen lopen snel leeg. Op een half uur zal je al merken dat de kracht afneemt. Je kan ook oplaadbare batterijen gebruiken. Door de lagere spanning kan de kracht in het begin meteen al wat minder zijn, maar die zal langer ongeveer gelijk blijven.

    Dit filmpje toont een versie met een afgeronde neus van de rok (veel moeilijker te plakken, deze is gelast), maar voor de rest blijft dat hetzelfde.

    Weetjes

    • Waar komt het woord "hovercraft" vandaan?
      Het woord “hovercraft” is een leenwoord uit het Engels. Het is een samentrekking van de woorden “to hover” (zweven) en “craft” (tuig), dus “zweeftuig”. Het juiste Nederlandse woord is echter “luchtkussenvoertuig”.

    • Wie heeft het uitgevonden? De Zweedse ontwerper Emanuel Swedenborg bedacht in 1716 het eerste ontwerp. Maar het ontwerp was niet goed!
      Zijn hovercraft was niet krachtig genoeg om te zweven. Ongeveer 200 jaar later ontwierp Christopher Cockerell een krachtiger en werkende model. Een prototype van deze hovercraft heeft het Kanaal overgestoken in 1959, dat is de zee tussen Calais, in Frankrijk, en Dover, in Engeland. Het duurde 123 minuten om de afstand, ongeveer 33,1 km, af te leggen.

      Constructie12

    • Hovercraft en de militairen? De eerste toepassingen van de hovercraft in militair gebruik startten in de jaren ‘60. De Sovjet-Unie was ‘s werelds grootste ontwikkelaar van militaire hovercrafts. Hun ontwerpen variëren van kleine tot de monsterlijke Zubr-klasse LCAC, ‘s werelds grootste hovercraft.

      Constructie12

      Onlangs is de moderne Russische marine begonnen met het bouwen van nieuwe klassen van militaire hovercrafts.

    • Correctie op de propeller. Om de hovercraft beter rechtdoor te laten gaan, kan het helpen de motor een klein beetje schuin te zetten. Er is niet veel plaats, want de propeller mag natuurlijk niet botsen, maar een klein beetje kan genoeg zijn. Dit wordt ook toegepast op eenmotorige vliegtuigen. Dit filmpje legt het uit in het Engels.

    Wil je meer weten over hovercrafts?

    STEM

    In deze mid tech activiteit komt heel wat STEM (Science Technologie Engineering Mathematics) aan bod! We hebben in deze handleiding een mogelijk oplossing gegeven voor de uitdaging: kun je een voertuig maken dat zowel voortbeweegt op land als op water?

    Op wetenschappelijk vlak staat hier natuurkunde centraal, om de werking van deze hovercraft te begrijpen ga je de bewegingswetten van Newton en de wet van Pascal nodig hebben. Lees meer in het blauw kadertje hieronder.

    Je hebt ook voor dit project heel wat talenten getraind: planmatig werken, nauwkeurig werken, veilig werken, analytisch denken, handigheid.

    Hoe werkt het?

    Alles dat je nodig hebt, is een motor, een propeller, wat isomo, wat plastic folie en een beetje simpele wetenschap!

    Hoewel het een relatief eenvoudige constructie is, gebruikt een hovercraft op ingenieuze wijze verschillende natuurkundige principes om het voertuig omhoog en voort te duwen. Inzicht in de cyclus maakt gebruik van de bewegingswetten van Newton en de wet van Pascal.

    Hier de korte uitleg.

    Schema

    • De zak vormt een gesloten vat.

    • De propeller blaast lucht in het vat.

    • De lucht die in het vat opbouwt, duwt in alle richtingen, zowel op de grond (of het wateroppervlak), als op de hovercraft.

    • Eens de druk hoog genoeg is, zal de lucht harder op de hovercraft duwen dan dat de zwaartekracht aan de hovercraft trekt en gaat die omhoog.

    • Doordat de hovercraft nu zweeft, zal er lucht kunnen ontsnappen.

    • De hovercraft zal een evenwichtspositie bereiken waarin er evenveel lucht ontsnapt als er bij komt.

    • Het zweven van de hovercraft en de voortstuwing door de propeller laat de hovercraft vooruit bewegen.

    Maak het je eigen

    • Kun je het sneller maken?
    • Kun je een lijst van factoren geven die de werking van de hovercraft beïnvloeden?

    Extra Challenge!

    Maak met je vrienden verschillende hovercrafts en kijk welke het verste gaat.

    Om af te sluiten

    De hovercrafts die als voertuig ingezet werden/worden zijn een klein beetje anders opgebouwd dan onze bord hovercraft. Ze bevatten 4 essentiele onderdelen:
    Uitleg3

    1. 1 of 2 propellors om vooruit te bewegen
    2. Lucht die naar luchtgaten geleid wordt
    3. Vaak 2 motoren om lucht uit te blazen. Deze draaien verschillend (1 kloksgewijs en 1 tegenkloksgewijs) zodat het probleem van rond de as draaien van onze hovercraft niet voorkomt
    4. Rok om de uitgestuwde lucht naar de buitenrand te geleiden

    Dankzij de rok werden hovercrafts mogelijk die golven van 3 meter konden weerstaan.

    Voorbeelden

    Heb je een foto van je eigen hovercraft? Stuur hem ons!

    Downloads

    Handleiding: Download


    Hovercraft_karton.pdf: Download


    Hovercraft_karton.svg: Download


    Hovercraft_schuim.pdf: Download


    Hovercraft_schuim.svg: Download