Радиоаппаратура

Принятые обозначения:

Пульт (передатчик) - мобильное устройство, предназначенное для управления моделью, посредством радиопередачи или иного вида связи.

Приёмник (борт) - устройство монтирующееся на корпус модели и принимающее команды с Пульта, для последующего управления моделью.

Частота передачи радиосигнала - колебания в определённом диапазоне спектра радиоволн, для передачи радиосигналов Приёмникам, настроенным на эти колебания или частоты.

Стик  - рукоятка управления на пульте.

Одно из восхитительных изобретений в авиамоделизме – это возможность управлять вертолётом на расстоянии. Но это удовольствие сопровождается многочисленными нюансами. Я не буду вдаваться в разнообразие технических моментов различных модификаций радиопередающей аппаратуры, тем более, что с каждым днём появляются новые модернизации. Радиопередатчики могут быть синтезированные (самостоятельно настраивать радиоканал в заданном диапазоне) и с фиксированной частотой передачи (за счёт использования кристалла датчика частоты). Лучше выбирать синтезированные, так как они удобнее и надёжнее. Различные технические моменты передачи и удержания каналов связи вы можете подробно узнать у специалистов, но если вы не разбираетесь в данных вопросах, то лучше именно им доверить эти нюансы. От качественной радиосвязи зависит не только безопасность полёта вашей модели, но и ваша безопасность со всеми рядом вас окружающими людьми. Перед запуском модели, обязательно проверьте наличие помех на вашей частоте. Это может быть работа другой модели или работы других радиоизлучающих устройств. Перед запуском в группе, обязательно сверьте ваши частоты, во избежание пересечения радиочастот. Обязательно отключайте мобильные телефоны !!! , так как они создают активные радиопомехи. В обычном режиме мобильник может не представлять угрозы, но в случае вызова или принятия звонка, происходит усиление сигнала и как следствие появления активных помех. Самым жёстким методом отгоняйте зрителей подальше от себя, как минимум на 10 – 20 метров, ибо у них могут быть мобильники. Существуют специальные устройства сканирования рабочего радиодиапазона на предмет помех – очень полезная штука. На модели устанавливайте радиоприёмники в чётко рекомендованные места, подальше от двигателя, так как контактное зажигание свечи и прочие трущиеся металлические детали создают радиопомехи. Антенну нужно крепить вдоль корпуса, избегая её обрыва или повреждений. Если антенну обрезать даже на пару сантиметров – она теряет мощность передачи. Утверждают, что лучший приём достигается, когда антенны Пульта и Приёмника находятся параллельно относительно друг друга. Избегайте полётов над автомагистралями, вблизи жилых домов и пешеходных дорожек.

Внимательно следите за зарядом бортовой радиоаппаратуры !!!

Преждевременное и аварийное отключение приёмников на борту модели – частая ошибка приводящая к авариям. На холоде ёмкость батарей падает, что приводит к преждевременному отключению приёмника. Лучше перезаряжайте заранее бортовые батареи с небольшим запасов ёмкости – так надёжнее. На бортовой аккумулятор модели лучше установить датчик заряда (вольтметр), показывающий в реальном времени оставшийся заряд батареи. Помните, что вольтметр не сразу показывает истинный заряд батареи, а через несколько минут эксплуатации. Крепите провода в места избегающих обрыва, оплавления от двигателя и прочих механических помех. Кристаллы радиочастот боятся ударов и требуют бережного хранения и эксплуатации. На пульте всегда выдвигайте антенну на всю длину – от этого зависит качество радиосвязи. Следите за зарядом аккумуляторных батарей и на всякий случай имейте запасную батарею. Не допускайте попадания снега и дождя на пульт и приёмник. В случае намокания, обязательно раскройте и просушите устройство в течении суток. При переносе из холода в тепло, на пульте может образоваться конденсат, тогда откройте и просушите пульт в течении 1 - 2 часов. При замене батареи – не допускайте прохождение проводов электропитания в непосредственном контакте с микросхемами – произойдет замыкание или разбалансировка электроники. В случае неправильного подключения полюсов батареи, пульт может сгореть. Надёжно соединяйте штекеры устройств в радиоаппаратуре. Приёмник лучше надёжно закрепить на борту модели, обязательно положив под него кусочек поролона, для создания воздушной подушки для гашения вибрации. Никогда не оставляйте включённым приёмник на модели с выключенным пультом – это может привести к самопроизвольному запуску модели, так как пульт во включенном состоянии оберегает приёмник от радиопомех.

Аппаратура для радиоуправления моделями

Уже много лет я использую аппаратуру немецкой фирмы Multiplex и посему все примеры будут рассматривать на базе этого устройства. Однако, из-за принятой международной стандартизации основных параметров управления радио моделей, скорее всего все нижеописанное вполне может быть применено и на пультах других производителей.

Настройка управления силовой установкой вертолёта

Взлёт вертолёта происходит за счёт изменения угла атаки лопастей и согласованного увеличения тяги основной силовой установки. Грамотная настройка этого электронного взаимодействия (микшера) является залогом комфортного управления вертолётом и безопасности полётов. Итак рассмотрим в деталях основные принципы настройки подъёмной силы свободно парящей модели с учётом её аэродинамики. Естественно, у электрических двигателей и внутреннего сгорания ДВС отличаются настройки управления и рассматриваться они будут отдельно. Обычно на пульте существует возможность нескольких настроек полётных режимов:

1 - Стартовый

2 - Базовый полёт в горизонтальной плоскости

3 - 3D пилотаж

Удобно установить их на тумблере справа сбоку пульта.

Стартовый

Электрический вертолёт. Кривая газа устанавливается на 0 % на всё движения стика, а угол наклона лопастей минус 2 градуса. Это делается для того, чтобы можно было мгновенно отключить электродвигатель и прижать вертолёт к земле отрицательным наклоном лопастей (воздушные потоки уходят вверх от земли) для предотвращения колебаний и заваливания. Электродвигатель быстро заводится и представляет опасность для пилота - всегда нужно иметь экстренный механизм его отключения. Если есть возможность на контроллере - установите запуск двигателя с минимальных оборотов с плавным запуском - это позволит вам предотвратить случайный запуск без последствий ... у вас будет время отключить движок.

ДВС. Кривая газа устанавливается на 0 % на начало движения стика и до 50% газа до конца движения стика. Это позволяет быстро закрыть дроссель двигателя и отключить его, а 50% газа более чем достаточно для прогрева движка. Угол наклона лопастей должен начинаться от минус 2 градуса до 0 градусов и не должен позволять взлететь вертолёту на максимуме стика в 50% газа.

Базовый

Свои вертолёты я настраиваю по следующей методике.

Угол атаки (наклона) лопастей должен изменяться от 0 градусов до +12 градусов на протяжении всего хода стика тяги мощности двигателя. Причём кривая угла атаки лопастей должна быть строго линейная без колебаний. Обычно на пульте выставляется параметр минимальный (0 градусов) и максимальный (+12 градусов), остальные параметры выставляются ровно по линии. Идея в том, что при 40% тяги двигателя, вертолёт должен взлететь и зависнуть над землёй 0,5 метра без колебаний. В этом случае, у вас будет запас мощности, который предотвратит перегрев двигателя. Если ваш ДВС поднимает вертолёт от 50% газа и выше - настраивайте рабочую смесь ... либо у вас слишком много топлива льётся в цилиндр и движок захлёбывается, либо наоборот топлива не хватает для создания тяги. Имейте в виду, что на больших оборотах двигатель перегревается. Это приводит к зажиму поршня в цилиндре и как следствие потере мощности и повышенному износу. Кривая газа двигателя должна быть линейной от 20% до 100%, чтобы при низком уровне стика газа двигатель не отключался на 20%. У ДВС основной параметр настройки - это качество топливной смеси.

На электрических двигателях контроллер уже выдаёт линейную мощность. Потому подберите такие обороты двигателя, на которых 40% стика газа поднимут вертолёт и удержат его. Конечно на электрических движках тоже есть проблема перегрева, но они более приспособлены к этой проблеме. Может получиться так, что 40% стика газа, будет соответствовать 60 - 80 % мощности электро двигателя- хороший повод задуматься о ёмкости ваших батарей. Основной параметр настройки электрички - это количество тока выдаваемого на двигатель.

Все эти параметры актуальны, если лопасти соответствуют заявленному классу вертолёта с правильно подобранным передаточным числом основной несущей шестерни.

Максимальный угол атаки лопастей можно установить +14 градусов, но при наличии мощного движка.

Если ваш вертолёт не в состоянии подняться при вышеописанных настройках - скорее всего двигатель слишком слабый или уже изношен. Купите что-нибудь позабористее - вертушкам нравятся такие подарки ;)))

3D пилотаж

Теоретически, если вы достигли уровня пилотирования на 3D, то должны уже владеть системой его настройки, потому затрону только теоретическую часть. Лопасти вертолёта могут менять наклон лопастей от положительного до отрицательного угла. Соответственно, если мы переворачиваем вертолёт и даём отрицательный угол атаки лопастей, то верт полети ввёрх от земли, что является одной из базовых технологий 3D пилотажа. Достигается это V образной кривой газа, где нижняя точка рукоятки газа выдаёт 100% газа и максимально допустимый отрицательный угол атаки лопастей, а в верхней точке рукоятки газа со 100% тягой мы устанавливаем максимально допустимый положительный угол атаки лопастей. По середине рукоятки газа у нас установлена величина стандартного висения вертолёта в пространстве. Таким образом, мы может принудительно подбрасывать и просаживать вертолёт в пространстве, причём меняя геометрию полёта. Если вертолёт перевёрнут, то опуская ручку газа вниз мы его поднимаем вверх и наоборот.

Специфика несущих лопастей

Чтобы понять как работают законы аэродинамики - то есть способность воздушных потоков огибать различные поверхности с созданием подъёмных сил в различных участках этих поверхностей, достаточно взять в руки лёгкий продолговатый предмет (кусок длинного пенопласта, картона или линейку) и быстро вращая её по горизонтали - изменять угол её наклона. В зависимости от наклона поверхности будет изменяться её подъёмная сила. Если учесть, что у радиоуправляемого вертолёта скорость движения края несущей лопасти равен примерно 200 км в час, то изменение на 1 градус даёт ощутимый прирост аэродинамической нагрузки.

Угол атаки лопастей - это предмет серьёзных научных дискуссий и экспериментов. Подъёмная тяга вертолёта зависит от угла наклона лопасти, где различный профиль лопасти формирует направленный аэродинамический поток, а в зависимости от оборотов двигателя сила этого потока регулируется. Вот некоторые аэродинамические закономерности:

Чем длиннее лопасть, тем больше подъёмная поверхность винта, но выше нагрузка на двигатель и если силовая установка слабая - она сможет только раскрутить лопасть и под нагрузкой двигатель выдохнется или даже сгорит. Не стоит на маленькие и слабые модели ставить большие лопасти более высокого класса - результат будет слабый, если верт вообще полетит.

Чем короче лопасть, тем она мобильнее крутится в полёте и способствует манёвренности, но увы требует хорошей раскрутки и повышенных оборотов двигателя с расходом энергии. Если вы стремитесь к 3D пилотажу, то нужны лопасти манёвренные, которые при изменении геометрии встречных потоков воздуха, могли эффектно их перемалывать, а не цепляться концами создавая завихрения и ненужную нагрузку на всю поверхность винта. Естественно, чем выше обороты, тем выше частота отражающихся воздушных потоков от лопастей и их опора на воздушные массы. Воздух имеет массу и плотность, которая сопротивляется воздействию динамических поверхностей через них проходящих - на этом базируются фигуры высшего пилотажа, когда вертолёт буквально парит и отскакивает от невидимой стены.

Чем шире лопасть, тем устойчивее полёт по горизонтали, но он будет мешать маневренности винта, создавая дополнительные вихревые потоки с отрицательным давлением на поверхностях лопастей. Если вам не нужен 3D пилотаж и вы стремитесь к устойчивости полёта (копийные модели, аэрофотосъемка или обучение), то широкие лопасти создадут дополнительную опорную поверхность «воздушную подушку» на подобии парашюта. Однако маневрировать таким широким лопастям будет нелегко, так как повышенная опорная поверхность будет мешать им быстро перемещаться в пространстве.  Мой Predator на 800 лопастях способен буквально неподвижно парить в нескольких сантиметрах над землёй при весе в 5 кг.

Малый угол наклона лопастей или тем более нулевой по плоскости вращения, создаёт вихревые потоки с обоих сторон лопасти и как следствие высокие колебательные нагрузки - лопасти начинают вибрировать без векторной нагрузки. Интересное физическое явление - поставьте лист бумаги ровно горизонтально перед собой на расстоянии и быстро подуйте на него - он начнёт вибрировать. Если измените угол - вибрации прекратятся. Это происходит из-за равномерного воздействия аэродинамических потоков на обе поверхности листа - стараясь стабилизироваться, лист перемещается от одного потока к другому с колебательной частотой. Как только вы изменили угол наклона в одну сторону - колебания гасятся возникшей аэродинамической нагрузкой на поверхность. Это очень важный момент !!!  При нулевом угле атаки лопастей, эти лопасти могут начать вибрировать, а вертолет испытывать повышенные вибрации. Как только вертолёт прикоснулся к земле - лопасти должны перейти в отрицательный угол -2 градуса, чтобы прижать винтами корпус к земле.

Высокий угол наклона лопастей создаёт широкий участок с повышенным отражающим эффектом аэродинамических потоков, то есть ветер не поднимает лопасть по скользящей поверхности воздуха, а ударяясь тормозит лопасть. Это очень важный расчётный момент ... поверните поверхность против движения под 90 градусов - у вас будет максимальное торможение вместо подъёмной силы. Естественно, хорошая силовая установка может вытянуть лопасть под большим углом атаки, создав высокую подъёмную силу, что является основным условием при расчёте аэродинамики мощных моделей вертолётов для 3D пилотажа.

Материал из которого изготовлена несущая лопасть тоже влияет на аэродинамику. Карбон как лёгкий и прочный на разрыв материал, способен выдерживать высокие нагрузки при минимальном весе - идеальное сочетание для 3D. Недаром современные боевые самолёты и беспилотники разрабатываются на базе композитных материалов с применением карбона с усиленной нанокристаллической решёткой - такой материал прочнее стали. Однако цена карбона велика и он кране хрупок при точечном повреждении и естественно не ремонтируется. Углепластик так же способен выдерживать высокие нагрузки, хотя может и уступает в весе и гибкости материала. Деревянные лопасти достаточно надёжные, но их профиль уступает в аэродинамических свойствах (для этого их обклеивают плёнкой, так как шлифованное дерево не гладкое и быстро повреждается) и сейчас они практически ушли из продажи. Лопасти вертолёта - это сложное высокотехнологичное устройство, которое стоит немалых денег. В случае серьёзного повреждения лопасти - её нужно заменить, так как высокие нагрузки неминуемо приведут к дальнейшему разрушению в полёте. На некачественных китайских лопастях, иногда происходит расслоение по линии спайки. Мне приходилось склеивать эти половинки хорошим клеем Поксипол холодная сварка и они нормально летали. Однако, если лопасть надломилась по несущей поверхности (не по шву) - использовать её нельзя, даже если на вид она неплохо держится. У лопастей на заводе имеются острые углы и я обычно их аккуратно закругляю - аэродинамика не меняется, зато не поцарапают при эксплуатации. Когда будете устанавливать лопасти, не перепутайте их направление по вращению основного вала. Если будете наклеивать различные этикетки - делайте это качественно и закругляйте края, а лучше вообще ничего не клейте - они могут оторваться в полёте приводя к разбалансировке. С давних времён новые лопасти калибруют, вешая их на балансир и доклеивая изоленту для баланса, но на хороших лопастях эта балансировка обычно выполнена на заводе и сами лопасти помечены одинаковыми инвентарными номерами. Крепёжные болты должны соответствовать диаметру отверстий на лопастях и зазоры в держателях должны заполняться алюминиевыми шайбами для предотвращения любых нежелательных люфтов и колебаний. Сами крепёжные болты не нужно сильно крепко затягивать - лопасть должна свободно двигаться в креплении, но не болтаться !!!

Настройка уровня атаки лопастей

В классическом варианте, нужно чётко установить величины с математической точностью ... если вы конечно знаете нужные параметры.

Проблема в том, что в инструкциях по сборке вертолёта, не всегда указываются установочные углы наклона лопастей, ибо этот параметр зависит от типа лопастей, силовой установки, передаточного числа кардана и прочих математических закономерностей. К тому же сам пилот решает, какой тип пилотирования ему выбирать и настраивает систему под себя. Однако, давайте рассмотрим стандартную систему настройки угла атаки несущих лопастей на вертолёте с сервоосью классической схемы:

В основе лежит принцип свободно висящего автомата перекоса в пространстве, расположенного под прямым углом к вектору гравитации.

Для этого установим вертолёт на ровной поверхности. К балке серволопасти привяжем (приклеим) колбочку с водой и маленьким пузырьком воздуха внутри (уровень) и настроим уровень оси ровно горизонтально к вектору гравитации (пузырёк воздуха ровно по середине колбочки). Жёстко скотчем зафиксируем сервоось в таком сбалансированном положении.

Наденем на лопасть специальный отвес с такой же колбочкой и пузырьком воздуха внутри.

Установим на отвесе величину скажем минус 2 градуса (отсчёт от нуля вверх положительно и вниз отрицательно).

Включим передатчик и с помощью рукоятки газа повернём лопасть так, чтобы пузырёк на уровне встал ровно посередине. В таком положении угол наклона лопасти примерно равняется минус 2 градуса. Обязательно проследите, чтоб пузырьки были посередине в обоих колбах: на сервооси и на лопасти.

Существуют и другие методы настройки угла лопастей, отличительной чертой которых является метод фиксации серволопастей. Можно с помощью зажима, жёстко зафиксировать сервоось и теоретически расположить её в плоскости стабильного вращения. Можно жёстко зафиксировать сам автомат перикоса, к примеру стяжкой или зажимом и так же задать горизонтальное положение сервооси. Однако нужно помнить, что стол на котором стоит вертолёт может не соответствовать уровню гравитации и искажения отразятся на настройках лопастей. Выбирать и летать вам. Однако колбочки с пузырьками, чётко устанавливают горизонтальные параметры, ибо ориентируются на гравитационный вектор пространства, который будет воздействовать на ваш вертолёт в любой точке нашей планеты вплоть до суборбитального пространства. К сожалению в невесомости вышеописанный метод не применим, да и выше 12 км вертолёт скорее всего не полетит, ибо крутить в разряженном воздухе при - 50 С будет нечего и скорее всего батарейки быстро сядут ;)))

Из истории вертолётостроения

Абсолютный рекорд высоты в подклассе Е-1 – 10984 м – удерживался 14 лет и был превзойден 12 июня 1972 года тем же Жаном Буле. Летчик достиг высоты 12 442 м на максимально облегченном легком многоцелевом вертолете «Лама». Винтокрылый аппарат являлся развитием вертолета «Алуэтт II» и предназначался для эксплуатации на больших высотах. Вертолет «Лама» имел более мощный ГТД «Артуст ШВ» (735 л.с.) и усовершенствованный несущий винт с улучшенными несущими свойствами. Его разработку вели по заказу правительства Индии, с обязательным условием, что вертолет должен садиться с полезной нагрузкой 200 кг на площадку, расположенную на высоте 6000 м.
В рекордном полете из-за низкой температуры окружающего воздуха (-63 °С) у вертолета заглох двигатель. Все попытки запустить его оказались безуспешными. Жану Буле пришлось совершить самое длительное по времени снижение на режиме самовращения (авторотации) несущего винта. Рекордная высота полета 12442 м в последующие годы не была превзойдена и остается до сих пор абсолютным мировым рекордом высоты для вертолета.

Настройка угла наклона лопастей на автомате перекоса CCPM (Cyclic-Collective Pitch Mixing)

Но перед настройкой, обязательно сбалансируйте нитральный уровень обоих лопастей. Для этого, вышеописанным методом установите обе лопасти в угол наклона +6 градусов (на этой величине вертолёт должен стабильно зависать в пространстве) - расхождение между углами обоих лопастей не должно превышать один градус, иначе получится рассинхронизация, которая приводит к вращению лопастей в разных несущих плоскостях и вызывает так называемый «эффект бабочки». Если потребуется, докрутите нужный уровень тягами крепления от сервомашинок. Уровень наклона лопастей находится в диапазоне хода автомата перекоса на валу и нужно следить, чтоб при больших угловых показателях, автомат перекоса не задевал корпус вертолёта (ограничительные шайбы на валу).

На Flybarless применяется немного другая система настройки угла наклона лопастей из-за отсутствия сервооси

И почему я не пошёл учиться в МАИ ??? :)))