Una Bicicleta De Hidroala

¿Alguna vez has visto una bicicleta de hidroala? Diría que la mayoría de las personas nunca ha visto una, pero ahora se van poniendo cada vez más populares con estudiantes y profesores. Estudiantes y profesores las hacen porque requieren planos complejos y ellos están intentando perfeccionar el diseño de la hidroala. Hay un video en YouTube que muestra a un hombre manejando una bicicleta sobre el agua. No pedaleaba muy rápido pero que viajaba a una velocidad bastante rápida. Una bicicleta se alimenta mediante el pedaleo que gira una cadena que trasmite la fuerza desde los pedales a las ruedas. Un hidroala tiene alas (hidroplanos) que levantan la máquina por encima del agua, reduciendo la fricción. No hay ruedas, pero las cadenas y una hélice impulsan la bicicleta.

Step 1: Partes Y Materiales Necesarios

Todas los materiales deben ser reciclados/donados/viejos para evitar desperdicios
1. (1) Kayak

2. Sistema de engranajes de 90 grados (para trasmitir fuerza desde lo vertical a lo horizontal)

3. Varias hélices

4. Tren motriz de bicicleta (bastidor, pedales, cadena, y rueda dentada (piñon))

5. Varias piezas de acero cuadrado

6. Cinta métrica

7. Lápiz

8. (1) tubería de PVC de 10 pies de largo

9. (4) tapones de PVC

10. adhesivo/pegamento estructural

11. Varias cuerdas elásticas

12. Lubricante en aerosol (WD-40)

13. Por lo menos 15 botellas de 2L

Step 2: Se Necesita Acceso A:

1. una soldadora

2. varias sierras distintas

3. una lijadora

4. un lago

Step 3: La Unidad De Flotación

Mi papá donó un kayak de 27 años.
• Ligero (hecho de fibra de vidrio)
• Tiene un timón baja la popa
• Es diseñado para ir rápido (barco de regatas).
• Necesita unas parches para prevenir fugas

Step 4: Reuniendo Componentes

Reuniendo componentes para usarlos posiblemente para "la fuente de alimentación" y "la fuente de propulsión".
Busqué materiales reciclados en las tiendas de barcos y de bicicletas, en Craigslist, etc
• un sistema de engranajes de 90 grados lo donó el taller mecánico de la University of Southern CA, además de un par de hélices.

• Compré una hélice para un avión a escala de Landing Products en California. ($12.95 + gastos de envío)
• Bicicleta para el tren motriz (cuadro, pedales, cadena, y piñones) rescatada de una pila de basura en Florence, AL

Step 5: Reuniendo Componentes (cont.)

Reuniendo componentes para la "fuente de poder" y la "fuente de propulsión". (cont.)

• Cato Power Equipment de Columbia, Carolina del Sur, donó un eje flexible de una desbrozadora

• el taller mecánico de la University of Southern CA donó sus servicios fabricar el conector de rodamiento entra la hélice y el eje flexible.

Step 6: La Medición

Medimos la circunferencia del kayak en varios puntos para estimar el área transversal media, y ese cálculo lo usamos para estimar el volumen sumergido del kayak . La medición de la longitud de la cadena que se utiliza para estimar la circunferencia a distancias diferentes a lo largo de la longitud.

Step 7: Preparando El Armazón

Midiendo las longitudes de metal de repuesto donadas por mi tío Ronnie.
Las barras de acero cuadradas se usan para hacer el bastidor de la bicicleta y la pontón.
El aluminio hubiera sido mejor (ligero pero fuerte) pero mi tío Ronnie tenía chatarra de acero, por lo que la economía primó) Lijando los extremos cortados de las barras de metal a fin de prepararlas para ser soldadas juntas. (Mi abuelo me está ayudando a sostener la barra).

Step 8: El Lijado

Lijando los extremos cortados. Juntando los extremos de las barras para prepararlas para la soldadura.
La soldadura es una técnica de unir piezas de metal por derretir el metal. Al enfriar las piezas se unen y forman una pieza. Es un proceso peligroso, así que lo observaba llevando puesta una máscara de soldadura que tiene una ventana oscura para proteger los ojos.

Step 9: Instalando El Bastidor

Transfiriendo el bastidor de bicicleta al armazón de metal. El bastidior fue soldado a la base del armazón de metal.
La bicicleta es de 40 años, de marca Sears. Mi abuelo la donó.

Step 10: Probando Las Hélices

Probando hélices para ver cuál proporcionaría la mayor fuerza de propulsión.
Estrategia: unimos cada hélice a una barra de acero larga, que estaba unido a un taladro de velocidad variable. Cuando el taladro giraba a velocidades lentas, la hélice gira en el agua. Los diferentes diseños de hélice producían diferentes fuerzas de "propulsión" a velocidades diferentes. Una vez que habíamos probado las hélices, elegimos la más eficiente y la sujetamos con pernos al armazón
En la foto, se ve una hélice de 14" con 4 aletas de un avión a escala donado. Al fin, opté por una de 16" con 2 aletas porque parecía producir más fuerza a velocidad lenta.

Step 11: La Hélice Instalda

La hélice instalada.

Step 12: Enero-febrero 2014

Adjuntamos la rueda dentada de la bicicleta a la parte delantera del armazón. (El taller de USC hizo la soldadura)

1. Adjuntamos el engranaje de 90 grados (sacado de un molinillo manual estropeado por mi abuelo)
2. Reemplazamos la silla y la cadena con partes donadas por Harrell's Bike Shop.
3. Comprobamos la velocidad de rotación de la hélice por girar los pedales a mano. El engranaje de los pedales tiene 36 dientes, y la rueda dentada trasera tiene 18--un ratio de 2:1.
4. Modificación: Harrell Bike Shop donó un conjunto de engranajes. Adjuntamos uno de 48 dientes al de 36 dientes. Así que la relación de transmisión de la bicicleta se incrementó a 2,5:1. (soldadura proporcionada por USC).

Parcheamos el fondo y los lados del kayak con cinta adhesiva para tenerlo listo para la prueba en el lago.

Step 13: Pontón

Preparamos el pontón que serviría de flotación - Usamos una tubería de PVC de 6" de diámetro.
• Corte una longitud de 10 pies en dos longitudes de 5 pies. Metimos en la tubería varias botellas de 2L para servir de flotación de emergencia en caso de que la tubería fallase.
• Pegamos tapones de PVC a las tuberías. (insertando las botellas de 2 L en el interior antes de taponarlas)
• Sujetamos con cuerdas las tuberías al armazón como estabilizadores

Step 14: Adjuntando La Flotación

• Sujetamos el kayak al armazón con cuerdas elásticas
(Usamos 3 cuerdas para un costo total de aproximadamente $6)
• Sujetamos los estabilizadores al kayak con cuerdas elásticas

(usamos 4 cuerdas para un costo total de aproximadamente $6)

(Se utiliza 4 cables a un costo total de $ 6)
• Se adjunta los pontones con cuerdas elásticas cortas (4 cada uno)

Step 15: El Timón

Adjunté los cables del timón al perno que atraviesa la horquilla en el frente de la bicicleta. Lubriqué los engranajes y cadena con WD40.

Step 16: Primer Ensayo

Fecha: Sábado, el 22 de marzo de 2014; Hora: 16:00
Mi mamá y mi papá me ayudaron a lanzar la bicicleta en el lago para el primer ensayo.
• Hice una evaluación de flotación antes de montar la bicicleta.
• Poco a poco, comencé a pedalear para que el kayak pudiera aumentar su velocidad
• Desafortunadamente, después de ir solo unos 50 metros el engranaje de 90 grados soltó y ya no pudo girar la hélice.
• Descubrí dos fugas--una donde la hélice se une al kayak, y otra en la parte delantera

Step 17: Arreglas, Otra Prueba

25 de marzo de 2014. Desmonté la caja de cambios y descubrí que la dirección de rotación hizo que el sistema fallase.

Lecciones de la primera prueba:
• Usar una hélice que pueda girar a la izquierda para "empujar" el kayak y evitar que el engranaje de 90 grados falle otra vez.
• (Compré una hélice de avión a escala de Landing Productos en California. (gira a la izquierda) ($19.95 + gastos de envío). Esta hélice tiene un ángulo de ataque de 16:14 (diámetro de 16 pulgadas, con una rotación se desplaza 14 pulgadas en el agua).
• Sella la punta de entrada de la hélice con silicona
• Pon cinta adhesiva en el extremo del kayak
• Llevar a cabo una segunda prueba

Segunda prueba, realizada en Pine Tree Lake, CA.

(1) Comencé pedaleando lentamente
(2) Aumenté la tasa del pedaleo hasta alcanzar el centro del lago, haciendo 30-40 RPM de los pedales (que hace 90-120 RPM de la hélice)
(3) Mi padre marcó el tiempo que tardé en cruzar una distancia determinada, y calculé la velocidad con ΔL/T.

(4) Repetí esta prueba dos veces más y calculé la velocidad media.

26 Las conclusiones basadas en la construcción y las pruebas de esta bicicleta acuática:
(1) Necesito reparar las fugas para que el kayak sea más impermeable
(2) Necesito ajustar el timón para que el kayak pueda girar mejor
(3) Debo usar un armazón de aluminio en vez de acero para reducir el peso y facilitar la transportación
(4) Para conseguir velocidades más altas, tengo que modificar el diseño.