Существует одна интересная область технического творчества, которая позволяет создать аппарат, вызывающие равный восторг, как у детей, так и у взрослых, с пользой и интересно проведя время — это создание своего собственного судна на воздушной подушке! :-D 

Ниже будет некоторая информация, на базе моего личного опыта, когда я строил такие штуки, просто для развлечения...

Сразу отмечу: к сожалению, с тех времён, когда я занимался этим, не сохранилось видео, поэтому, порадовать вас роликами не смогу. 

Но зато смогу дать массу полезной информации, благодаря которой вы сможете максимально быстро построить своё судно! 

Возможно, что это будет даже интересней…;-)

Итак, какой транспорт наиболее привлекателен, во время смены одного сезона на другой, когда, требуется перемещаться то по водной поверхности (например, по луже), с переходом на абсолютно другую поверхность, например на землю? И ответ будет: конечно, судно на воздушной подушке!

Именно за это такое судно и ценится: может перемещаться по любой поверхности, с высокой скоростью, а, при движении по водной глади, — имеет и минимальную усадку (можно даже сказать, что нулевую), что позволяет такому судну перемещаться даже по очень мелким водоёмам, к тому же, поросшим травой — что для такого судна не является абсолютно никакой проблемой, оно идёт по такой поверхности, «аки по суху»...

Ещё один любопытный момент заключается в том, что это абсолютно небанальный аппарат, который очень редко делают энтузиасты. 

Почему редко делают? Вопрос интересный, я бы тоже хотел это знать...:-D 

Предположу, что многие просто не особо хотят разбираться во всех нюансах, а также опасаются браться за такое «сложное» (на первый взгляд) дело. 

Тем не менее, дело это абсолютно реальное, и даже простое! И ниже, я опишу основные принципиальные моменты, чтобы, если вы захотите заняться постройкой, вам было проще...

Сразу отмечу, что вся информация ниже — это не теория, а практика, и все эти пункты я проходил в прошлом самостоятельно, собирая подобные аппараты.

Ещё чем хорошо судно на воздушной подушке — по известным причинам, со сборкой летательных аппаратов сейчас туго, а для плавающих надо найти ещё водоём; просто ездящие — тоже проблема (грязь, камни, пересечённая местность); в то же время как судно на воздушной подушке позволяет легко разрубить этот Гордиев узел — оно легко проедет и по воде и по грязи, и по камням и по примятой траве, да и вообще по чему угодно (в разумных пределах).

Ну и, немаловажный фактор (по крайней мере, для меня) — как выяснилось, в результате тестов, когда такое самодельное судно взлетает, и начинает скользить, как по льду, по пересечённой местности, передвигаясь на достаточно больших скоростях — это действительно завораживает...

Впрочем, хватит вступлений!

Материал корпуса

Что нам потребуется, в первую очередь? Нам необходимо изготовить корпус самого судна. 

Корпус должен удовлетворять двум взаимоисключающим требованиям: быть лёгким и быть прочным (а ещё и недорогим, насколько возможно). 

В полной мере этим требованиям удовлетворяет очень интересная штука, которая обычно широко представлена в хозяйственных магазинах — полистироловая потолочная плитка. Например, такая. 

Что это такое по своим свойствам: нечто, похожее на пенопласт, такое же вспененное, и имеющее обычно размеры около 500×500×5 мм.

Однако, по опыту, эта штука выгодно отличается от пенопласта тем, что не крошится, в явном виде, на отдельные пузырьки, и гораздо прочнее. 

Такая плитка из полистирола очень легко и удобно режется канцелярским ножом и отлично склеивается термоклеевым пистолетом. 

В итоге, можно создавать очень легко и быстро весьма сложные конструкции с большой прочностью и очень лёгкие. 

Таким образом, это самый оптимальный вариант для быстрой постройки корпуса судна (какого типа конкретно строить корпус — об этом мы ещё поговорим ниже, так как перед этим нужно рассмотреть ещё несколько вопросов).

Конструкции корпуса

В своё время, когда я разбирался с возможными конструкциями судна на воздушной подушке, я нашёл два варианта. 

Первый вариант: две отдельных силовых установки, где одна обеспечивает подъёмную силу судна, а вторая — служит для создания воздушного потока, с помощью которого судно и передвигается. 

Как вариант, может быть использован не один вентилятор для обеспечения подъёмной силы, а несколько (если судно большое и тяжёлое): 

Второй вариант: единый вентилятор, для создания, как подъёмной силы, так и для движения вперёд:

Мне в своё время этот вариант показался гораздо более интересным, так как в целом конструкция получается более простой и легкой. 

А каким же образом обеспечивается подъёмная сила в этом случае? 

Здесь в конструкцию привносится простая и эффективная штука: в задней части судна, в той части, куда дует вентилятор для движения — устанавливается раструб захвата части потока воздуха, направляющий этот воздух вниз, под судно:

Сразу скажу, что это весьма критическая штука и, от размеров этого раструба зависит очень многое... 

Поэтому, по опыту, могу сказать, что делать раструб раз и навсегда зафиксированного размера сразу не стоит: нужно сначала собрать всё судно, после чего, установить на него всю аппаратуру, после чего уже и экспериментировать с размером раструба (т. е. его шириной и высотой), чтобы добиться устойчивого подъёма судна с таким весом, а также, не забирать слишком много воздуха – воздух то нужен ведь ещё и для движения! :-) 

Вообще, со временем, у меня появилась идея, что неплохо бы поэкспериментировать с раструбом переменной размерности, динамической подстройки… 

Такого ещё никто не делал и это будет, как минимум, интересный эксперимент!

Маленькая подсказка, как выглядит, если у вас раз раструб не того размера, который нужен:

• Слишком маленький раструб: воздуха под днищем не хватает, подъёмная сила недостаточно велика, а, соответственно, и судно заваливается на какой-либо бок;

• Слишком большой раструб: судно стремится взлететь и перевернуться кверху днищем.

Соответственно, вам нужно стремиться, чтобы две обозначенные ситуации не происходили...

Именно поэтому, когда я экспериментировал с такими судами, у меня появлялись мысли о динамическом изменении размера раструба: когда обороты винта маленькие — судно проседает, когда обороты большие и несёмся на полной скорости — судно стремится перевернуться, так как слишком много воздуха винт задувает под судно...

Говоря о конструкции судна, мы ещё не обсудили такую важную деталь, как юбка! 

Да-да, именно юбка — так называется гибкая полоса вокруг судна, идущая от жёсткой платформы — до поверхности, по которой перемещается судно. Она нужна для удержания зоны повышенного давления под судном. 

Юбка должна быть достаточно прочной, но и, в то же время, достаточно гибкой. 

Обычно её делают из резины, но, в хобби целях, я пошёл по самому простому пути: просто-напросто брал полиэтиленовый пакет из продуктового магазина, отрезал от него О-обратное кольцо, вставлял между двумя пластинами платформы (которые затем были приклеены одна к другой с помощью термоклея), после чего, по периметру всё было прошито толстой ниткой:

Чтобы юбка получилась несколько сужающейся к низу, как на настоящих судах — она была просто-напросто обмотана понизу скотчем:

Как показали тесты, судно вполне себе хорошо, ездит, без особых повреждений, если только не ездить по сухой изломанной траве. 

По крайней мере, по поздне-осеннему газону, асфальту, лужам - такая штука ездит вполне себе неплохо…

Если же вы хотите получить натуральный вездеход, и не заботится о потенциальных повреждениях юбки — следует продумать и установить нечто более прочное, чем полиэтиленовый пакет.

С другой стороны, с помощью полиэтиленового пакета можно собрать лёгкую и миниатюрную версию такого судна и ездить по дому (как вариант, установив туда FPV-камеру). ;-)

Однако, постройка судна не ограничивается только обеспечением только подъёмной силы - необходимо ещё и как-то рулить им! 

Для этого, устанавливают на судно, позади раструба — рули направления, обычно два, чтобы захватывать больше воздуха и отправлять в нужную сторону.

По опыту, могу сказать, что я, для упрощения, пробовал ставить один руль - в принципе, всё работает, однако существенно увеличился радиус поворота из-за уменьшения эффективности руля.

Как обычно устроены такие рули: устанавливаются вертикальные планки на платформу, где каждая планка состоит из двух полистироловых пластин, склеенных между собой, между которыми вклеены кусочки прозрачного пластика, отрезанного от обычной бутылки с водой (1,5-2 л.) которые затем ещё и прошиты — они служат в качестве петель, как у дверей, на которых и качаются эти рули направления.

Если рулей два, то обычно они соединяются между собой ещё тягой, чтобы срабатывали синхронно, после чего, один из рулей, оснащается тягой (которая сделана из обычной канцелярской скрепки, самого большого размера), идущей от недорогой и маленькой хобби-сервомашинки, типа sg90. 

Сервомашинка приклеивается к платформе, на тот же самый термоклей. Кроме того, на термоклей приклеивается и скрученная из канцелярской скрепки трубочка, в которой вращается тяга.

В целом, всё это будет выглядеть примерно так (на картинку можно кликнуть, увеличить и рассмотреть детали, если не видно):

Вместо самодельных креплений тяг к плоскостям рулей, — можно использовать покупные их версии — называются «кабанчики»

Ну или распечатать на 3D принтере, если он у вас есть.

Электроника

Часть электроники мы уже немножко захватили выше, где я сказал, что для выбора направления движения, используется сервопривод sg90, для отклонения руля. 

Такой сервопривод управляется с помощью ШИМ сигнала, пример кода для которого приведён ниже. Это же код можно использовать не только для серв, но и в качестве заготовки, для управления вращением бесколлекторным двигателем, через ESC (что это такое — об этом подробно будет ниже):

#include "esp32-hal-ledc.h"

// параметры ШИМ сервы:
 #define SERVO_LOW 1638
 #define SERVO_HIGH 7864
 #define WIDTH 16


void setup() 
{
   ledcSetup(2, 50, WIDTH); // канал 2, частота 50 Hz, 16-bit
   ledcAttachPin(18, 2);   // GPIO 18 приписан ко 2 каналу
}

void loop() 
{
   for (int i=SERVO_LOW ; i < SERVO_HIGH ; i=i+100)
   {
      ledcWrite(2, i); // повернуть серву в одну сторону
   }

   delay (1000);
   
   for (int i=SERVO_HIGH ; i >=SERVO_LOW  ; i=i-100)
   {
      ledcWrite(2, i); // повернуть серву в другую сторону
   }
}

Код выше - просто пример, для переделки и встраивания в ваше решение.

В коде выше применён ШИМ-канал 2 из 16 возможных. Вот тут:
ledcSetup(2, 50, WIDTH)
ledcAttachPin(18, 2)
ledcWrite(2, i)

Для сервы и для бесколлекторного двигателя — это должны быть разные каналы!
То есть: если вы серву повесили на 2 канал, то бесколлекторный двигатель вешайте на любой другой из оставшихся 15.
Почему: иначе и серва будет поворачиваться — вместе с разгоном/торможением двигателя. :-))

Как ШИМ сигнал и сервоприводы связаны между собой, можно почитать, например, более подробную теорию вот тут. 

Также, мимо осуществления поворотов, необходимо каким-то образом обеспечить мощный поток воздуха. 

По опыту, могу сказать, что в качестве такого источника потока воздуха хорошо использовать авиамодельные бесколлекторные двигатели, широко имеющиеся на известном китайском сайте. 

Они достаточно мощные и оборотистые, где интересным параметром является маркировка их определённым числом, с буквенным индексом KV. Например, на фотографии ниже мы видим 2200 KV: 

Что это означает: под этим скрывается, что «каждый вольт поданного напряжения питания, приведёт к увеличению количества оборотов этого двигателя на 2200 об/мин.»

При прочих равных, рекомендация примерно такая: или мы берём двигатель с большим значением KV и ставим относительно маленького диаметра винт, который вращается быстро, или, берём двигатель с относительно малым значением KV, и ставим большой винт, который будет вращаться относительно медленно. 

В общем, суть в том, чтобы обеспечить большой поток воздуха. А как вы именно это будете обеспечивать — за счёт большого или малого винта, это уже зависит от той конструкции, которую вы проектируете. 

Может быть, вам просто некуда впихнуть большого диаметра винт, и, вынужденно придётся использовать маленький и оборотистый... То есть, смотрите по ситуации...

Кроме того, для питания такой системы понадобится и мощный источник электричества. 

В качестве подобного хорошего подходят литий-полимерные аккумуляторы. Где, они бывают разного размера, и состоящие из разного количества секций. 

От количества секций зависит и напряжение аккумулятора:

Таким образом, если вы хотите поставить двигатель с большим KV (т.е. более оборотистый), то лучше поставить и более высокого напряжения аккумулятор (чтобы разогнать до больших оборотов винт, если уж мы решили пойти по этому пути).

Впрочем, у нас здесь не авиация, поэтому это всё не строго ;-)

Далее, для управления бесколлекторным двигателем потребуется специальный контроллер, который называется обычно сокращённо «ESC» — именно под таким названием вы его и встретите в большинстве магазинов, например, на алиэкспресс. Расшифровывается как «Electronic Speed Controller». 

Очень удобен тем, что это полностью готовое решение:

• К нему, с одной стороны, подключается литий-полимерный аккумулятор,

• С другой — от него запитывается и управляющий микроконтроллер (который обеспечивает радиосвязь) и, непосредственно сам двигатель, который крутит винт:

Как можно видеть, обычно ESC содержит три немаркированных вывода для подключения двигателя.

Как подключать двигатель к ESC, ведь их выводы не маркированы?
Ответ: как попало. :-)))

Нет, на самом деле так, не шучу: просто подключаете, подсоединяете управляющий микроконтроллер, и смотрите, в какую сторону крутится двигатель. 

Если он крутится не в ту сторону, в какую нужно (например, винт дует воздух от себя, а должен на себя — такова ваша конструкция и способ установки двигателя с винтом, например) — нужно просто поменять местами два любых провода, идущих до двигателя:

СРАЗУ ПРЕДОСТЕРЕГУ: ПОДОБНОГО ТИПА ДВИГАТЕЛЬ И ВИНТ — ЭТО ДАЛЕКО НЕ ИГРУШКИ — ОН ОЧЕНЬ МОЩНЫЙ, НЕСМОТРЯ НА МИНИАТЮРНЫЕ РАЗМЕРЫ И ОН ЛЕГКО ПОРУБИТ ВАШИ ПАЛЬЦЫ И ПЛОТЬ «В КАПУСТУ», ЕСЛИ ВЫ БУДЕТЕ НЕОСТОРОЖНЫ!!!

ЭТО — НЕ ДЕТСКАЯ ИГРУШКА!!! 

Поэтому, нужно всегда работать с ним осторожностью, запуская, только находясь от него на безопасном расстоянии, желательно, защитив глаза очками или, даже лицо — щитком, с очками под ним (на случай поломки винта и отлёта кусков на большой скорости, во все стороны) — это как минимум (помимо плотной одежды и перчаток).

ESC управляется с помощью ШИМ сигнала, подаваемого с управляющей электроники (например, микроконтроллера), подключенной с помощью шлейфа, который мы видели на фото выше.

Для проведения экспериментов удобно использовать не микроконтроллер, так как его надо программировать, настраивать — что, во время отладки, часто не слишком удобно, а маленькое устройство — тестер сервоприводов, который предназначен специально для тестирования сервоприводов и генерирует ШИМ сигнал, при вращении ручки потенциометра сверху:

Штука невероятно удобная, для проведения разных быстрых тестов: включить/выключить двигатель, раскрутить его на разных оборотах; повращать сервопривод руля (вместе с рулём)... 

По поводу управляющего микроконтроллера: удобно использовать esp32 из-за его беспроводных интерфейсов, а также, большого количества пошаговых мануалов, для настройки таких интерфейсов, которые можно найти, например, вот здесь. 

В качестве же пульта управления, удобно использовать смартфон, а на esp32, поставить веб-сервер с интерфейсом, доступным по ip-адресу. 

При этом, логика подключений может быть следующей: вы на смартфоне запускаете точку доступа, к которой подключается esp32, после чего, у вас отображается в настройках точки доступа, ip-адрес подключенного клиента. 

Далее, вы этот ip-адрес забиваете в адресную строку веб браузера на смартфоне и попадаете в управляющий интерфейс (по сути, дистанционный пульт для управления судном).

Пример кода (как делать веб-страничку/пульт управления с кнопками), который можно переделать под себя, можно найти, например, здесь.

Интересная и более дешёвая альтернатива, над которой можно поработать и так ещё никто не делал (по крайней мере, для постройки судна на воздушной подушке): вместо бесколлекторного двигателя и соответствующего обвеса с литий‑полимерной батареей (что, обойдётся, не сказать чтобы дёшево, и миниатюрно) — Можно попробовать использовать esp32 C3 supermini — в качестве управляющего микроконтроллера, в качестве драйвера для управления двигателем — взять известный микродрайвер DRV 8833, а в качестве двигателя — также широко известный микро мотор‑редуктор типа N20, например, на 1000 об/мин — он довольно оборотистый и мощный, чтобы тянуть немаленький винт. 

Остаётся запитать это всё от миниатюрного литий-полимерного аккумулятора (или даже просто батарейки/ек) и вуаля: можно собрать миниатюрное судно на воздушной подушке для езды по квартире, за весьма скромные деньги. 

Для уменьшения количество требуемых элементов питания — можно дополнительно установить повышающий DC‑DC преобразователь напряжения MT3608, настроив его где нибудь на 12 Вольт выходного напряжения. 

Я так делал — получается отличный симбиоз: мало аккумов/батареек и высокое выходное напряжение. А в итоге — лёгкая и маленькая система. 

Думается, что это будет увлекательной забавой, как для взрослых так и для детей.:-)

Я специально здесь не привожу полностью готовые решения кода «под ключ», так как полагаю, что вам захочется самим пройти по этому пути, и разработать своё. ;-) 

В любом случае, у вас сейчас есть над чем подумать и обрисованы основные принципиальные моменты этого пути.

Таким образом, если у вас всё получится, то вы сможете увидеть нечто такое в работе:

Как можно видеть в видео выше — здесь судно несколько отличается от того типа, который я строил в своё время. Так что, как вы видите, возможны варианты, — то есть, вы можете приложить свою выдумку и (может быть) даже улучшить существующие конструкции! В любом случае, занятие это весьма увлекательное...

Успехов в сборке и — «путь осилит идущий»! :-)

P.S. И кто знает — может быть, со временем, это выльется в нечто большее? :-)