Helikopter sterowany radiowo
Helikopter sterowany radiowo (także helikopter RC ) to model samolotu , który różni się od samolotu RC ze względu na różnice w konstrukcji, aerodynamiki i wyszkoleniu w locie. Istnieje kilka podstawowych konstrukcji helikopterów RC, z których niektóre (takie jak te ze zbiorczą kontrolą pochylenia) są bardziej zwrotne niż inne. Bardziej zwrotne konstrukcje są często trudniejsze w pilotażu, ale zapewniają większe możliwości akrobacyjne .
Sterowanie lotem umożliwia pilotom sterowanie zbiorczym (lub przepustnicą w helikopterach o stałym skoku), sterowaniem cyklicznym ( pochylenie i przechylenie ) oraz śmigłem ogonowym ( odchylenie ). Jednoczesne sterowanie nimi umożliwia helikopterowi wykonywanie tych samych manewrów, co pełnowymiarowe helikoptery, takich jak zawis i lot do tyłu, a także wiele innych manewrów, których pełnowymiarowe helikoptery nie są w stanie wykonać, takich jak lot odwrócony (gdzie zbiorcza kontrola pochylenia zapewnia ujemne nachylenie łopatek do przytrzymaj heli w pozycji odwróconej, a sterowanie pochyleniem/odchyleniem musi zostać odwrócone przez pilota).
Sterowanie helikopterem odbywa się za pomocą małych serwomotorów , powszechnie znanych jako serwa. Półprzewodnikowy żyroskopowy jest zwykle używany w sterowaniu ( odchyleniem ) śmigła ogonowego, aby przeciwdziałać ruchowi ogona wywołanemu reakcją wiatru i momentu obrotowego. Większość nowszych helikopterów posiada stabilizację żyroskopową również na pozostałych 2 osiach obrotu ( pochylenie i przechylenie ). Taki 3-osiowy żyroskop nazywany jest zwykle kontrolerem flybarless , tak zwanym, ponieważ eliminuje potrzebę stosowania mechanicznego flybara .
Kiedyś były to silniki dwusuwowe zasilane metanolem, ale obecnie coraz powszechniejsze są elektryczne silniki bezszczotkowe w połączeniu z wysokowydajnym akumulatorem litowo-polimerowym (LiPo), które zapewniają lepszą wydajność, wydajność i żywotność w porównaniu z silnikami szczotkowymi, przy jednoczesnym zmniejszeniu ceny sprawiają, że są one w zasięgu hobbystów. Stosowane są również silniki benzynowe i turbinowe.
Podobnie jak pełnowymiarowe helikoptery, wirniki modeli helikopterów obracają się z dużą prędkością i mogą powodować poważne obrażenia. Dopiero w 2013 roku doszło do kilku zgonów.
Rodzaje helikopterów zdalnie sterowanych
Typowymi źródłami zasilania zdalnie sterowanych helikopterów są paliwo jarzeniowe (zwane także paliwem nitro, nitrometanem – metanolem ), akumulatory elektryczne, benzyna (benzyna) i silniki turbinowe. Przez pierwsze 40 lat najczęściej produkowanym typem helikopterów były helikoptery na paliwo jarzeniowe. Jednak w ciągu ostatnich 10 lat helikoptery o napędzie elektrycznym osiągnęły taki poziom, że moc i czas lotu są lepsze, ale zazwyczaj nie tak długie, jak helikoptery na paliwo żarowe.
Istnieją dwa główne typy systemów sterowania głównymi wirnikami: mieszanie mechaniczne i elektroniczne mieszanie cykliczne/zbiorcze (eCCPM). W większości wcześniejszych helikopterów stosowano mieszanie mechaniczne. Obecnie prawie wszystkie helikoptery zdalnie sterowane korzystają z eCCPM.
Praktyczne helikoptery elektryczne są nowym rozwiązaniem, ale szybko się rozwinęły i stały się coraz bardziej powszechne, wyprzedzając powszechnie używane helikoptery na paliwo żarowe. Coraz większą popularność zyskują także helikoptery turbinowe , chociaż wysoki koszt sprawia, że są one poza zasięgiem większości ludzi.
Spalanie wewnętrzne (nitro, gaz)
Pierwsze helikoptery RC napędzane były silnikami spalinowymi ( źródłem paliwa było paliwo jarzeniowe lub nitro , a także gaz lub benzyna). Oryginalne „klasy” helikopterów opierały się na wielkości silnika. Na przykład helikopter z silnikiem 0,30 cu in (4,9 cm 3 ) był zaliczany do klasy 30 , a helikopter z silnikiem 0,90 cu in (14,7 cm 3 ) był określany jako klasa 90 śmigłowiec. Im większy i mocniejszy silnik, tym większą może obracać się główna łopata wirnika, a co za tym idzie, tym większy jest cały samolot. Typowy czas lotu helikopterów nitro wynosi 7–15 minut, w zależności od wielkości silnika i strojenia.
Elektryczny
W połowie lat 90. pojawiły się dwa małe helikoptery elektryczne. Były to Kalt Whisper i Kyosho EP Concept, latające na akumulatorach NiCad 7–8 × 1,2 Ah z silnikami szczotkowymi. Jednakże silniki szczotkowe wielkości 540 miały maksymalny pobór prądu, często 20–25 A w przypadku silników o większej mocy, stąd częste były problemy ze szczotkami i komutatorem.
Najnowsze postępy w technologii akumulatorów sprawiają, że latanie na napędzie elektrycznym jest bardziej wykonalne pod względem czasu lotu. Baterie litowo-polimerowe (LiPo) są w stanie zapewnić wysoki prąd wymagany do wykonywania akrobacji o wysokich osiągach, a jednocześnie pozostają bardzo lekkie. Typowy czas lotu wynosi 4–12 minut, w zależności od stylu latania i pojemności akumulatora.
W przeszłości helikoptery elektryczne były używane głównie w pomieszczeniach zamkniętych ze względu na niewielkie rozmiary i brak spalin. Większe helikoptery elektryczne, odpowiednie do lotów na świeżym powietrzu i zaawansowanych akrobacji, stały się w ciągu ostatnich kilku lat rzeczywistością i cieszą się dużą popularnością. Ich cicha praca sprawiła, że stały się one bardzo popularne w przypadku lotów w pobliżu obszarów mieszkalnych oraz w miejscach takich jak Niemcy , gdzie obowiązują surowe ograniczenia dotyczące hałasu. Helikoptery nitro zostały również przekonwertowane na napęd elektryczny za pomocą zestawów komercyjnych i domowych.
Najmniejszym wyprodukowanym zdalnie sterowanym modelem helikoptera (Księga Rekordów Guinnessa 2014) jest Silverlit Nano Falcon XS sprzedawany w wielu sklepach z zabawkami (chociaż jest to sterowany na podczerwień, a nie radio), sklepach z elektroniką i sklepach internetowych, kosztuje około 30 dolarów (28 funtów). . Następnym najmniejszym jest Nano Falcon, który wcześniej był rekordzistą w kategorii najmniejszego helikoptera zdalnie sterowanego.
O tytuł najmniejszego, nieprodukcyjnego zdalnie sterowanego helikoptera ubiega się kilka modeli, w tym rodzina mikro helikopterów Pixelito, rodzina Proxflyer i latający robot Micro .
Współosiowy
Najnowszą innowacją są współosiowe helikoptery elektryczne. Proste sterowanie kierunkiem systemu i brak odchyleń wywołanych momentem obrotowym sprawiły, że w ostatnich latach stał się on dobrym kandydatem w małych modelach do użytku dla początkujących i/lub w pomieszczeniach zamkniętych. Modele tego typu, podobnie jak w przypadku pełnowymiarowego helikoptera, eliminują moment obrotowy i mogą charakteryzować się niezwykle szybką reakcją sterowania, co jest bardzo widoczne w modelu CCPM . Większość tańszych modeli nie ma tarczy sterującej, ale zamiast tego wykorzystuje trzeci wirnik na ogonie, aby zapewnić kontrolę pochylenia. Helikoptery te nie mają kontroli przechyłu i mają ograniczoną mobilność.
Chociaż model współosiowy jest bardzo stabilny i można nim latać w pomieszczeniach nawet w ciasnych pomieszczeniach, taki helikopter ma ograniczoną prędkość do przodu, zwłaszcza na zewnątrz. Większość modeli ma stały skok, co oznacza, że zbiorczego skoku łopatek, a ponadto sterowanie cykliczne dotyczy tylko dolnego wirnika. Kompensacja nawet najmniejszego podmuchu wiatru powoduje, że model nawet przy pełnym zastosowaniu cykliczności raczej wznosi się niż leci do przodu . Bardziej zaawansowane konstrukcje współosiowe z dwiema tarczami sterującymi i/lub kontrolą pochylenia (wspólne dla pełnowymiarowych helikopterów współosiowych , takich jak Kamovs ) zostały zrealizowane jako modele w indywidualnych projektach, ale od 2014 roku nie trafiły na rynek masowy.
Modele helikopterów wielowirnikowych
Niedawno konstrukcje wielowirnikowe stały się popularne zarówno w hobby RC, jak i w badaniach nad bezzałogowymi statkami powietrznymi (UAV). Pojazdy te wykorzystują elektroniczny system sterowania i elektroniczne czujniki do stabilizacji statku powietrznego. Wielowirnikowce są generalnie tańsze, łatwiejsze w budowie i prostsze w obsłudze niż helikoptery RC. Dzięki temu samoloty wielowirnikowe stały się atrakcyjną platformą do amatorskich projektów modeli samolotów i fotografii lotniczej.
Klasy wielkości
Helikoptery Nitro RC są podzielone na następujące klasy:
- Rozmiar 30: silnik 0,3 cala sześciennego, główne ostrza 550-600 mm
- Rozmiar 50: silnik 0,5 cala sześciennego, główne ostrza 600-620 mm
- Rozmiar 60: Silnik 0,6 cala sześciennego
- Rozmiar 90: silnik 0,9 cala sześciennego, ostrza główne 690–710 mm
Nowoczesne helikoptery RC są ogólnie klasyfikowane według długości głównych łopat (z nielicznymi wyjątkami). Typowe klasy to:
- Mikro (główne ostrza poniżej 200 mm)
- Mini (ostrza 240-420mm) - klasycznie zwane 300-450.
- 500 (425-500 mm)
- 600 (600 mm)
- 700 (standardowy rozmiar konkursowy)
- 800
Sprzęt radiowy
Nadajnik
Helikoptery RC zazwyczaj wymagają od 3 do 7 kanałów do sterowania (chociaż istnieją również mikrohelikoptery wykorzystujące 2-kanałowy system sterowania na podczerwień). Małe helikoptery o stałym skoku korzystają z 4-kanałowego radia ( przepustnica , ster wysokości , lotka , ster ); podczas gdy modele o skoku zbiorczym wymagają minimum 5 kanałów ( przepustnica , skok zbiorczy , ster wysokości , lotka i ster) ). Szósty kanał jest często używany do wzmocnienia żyroskopu. Siódmy kanał powszechnie używany do sterowania regulatorem silnika w modelach zasilanych paliwem. Ze względu na normalną interakcję różnych mechanizmów sterujących, zaawansowane radia zawierają regulowane funkcje miksowania, takie jak przepustnica/zbiornik i przepustnica/ster. Ceny radia wahają się od 50–3000 USD.
Wczesne systemy sterowania radiowego do przesyłania sygnałów wykorzystywały modulację amplitudy (AM). Pod koniec lat 70. modulacja częstotliwości (FM) stała się bardziej powszechna.
Rozszerzać zakres
Począwszy od systemu nadajników Spektrum DX6 dla ulotek parkowych w 2006 roku, loty RC rozpoczęły odejście od różnych niższych częstotliwości, które były podatne na zakłócenia i były mniej niezawodne niż nowe protokoły widma rozproszonego. Systemy takie jak Spektrum i JR wykorzystują metodę DSM2, a później DSMX, rozproszonego widma bezpośredniej sekwencji (DSSS), w której transmitują na parze stałych kanałów wybranych po włączeniu radia i odbiornika. Wszelkie kolejne systemy będą unikać korzystania z tych kanałów i będą kontynuować wyszukiwanie kolejnej, nieużywanej pary kanałów.
Systemy takie jak widmo rozproszone z przeskakiwaniem częstotliwości (FHSS) używane przez Futabę wykorzystują przeskakiwanie częstotliwości w paśmie 2,4 GHz zamiast różnych częstotliwości w dolnych zakresach MHz. Zaletą jest to, że radiotelefony nie korzystają już podczas lotu ze stałej częstotliwości, co zmniejsza ryzyko zakłóceń na tej stałej częstotliwości.
W przypadku obu metod wiele radiotelefonów może nadawać jednocześnie, nie zakłócając się nawzajem. Systemy Futaba zmieniają częstotliwość mniej więcej co dwie milisekundy, więc nawet jeśli dwa nadajniki korzystają z tego samego kanału, nie robią tego przez długi czas. Pilot nie zauważy żadnego nieprawidłowego zachowania modelu w ciągu 1/500 sekundy, w której przeszkadza. Daje to tę zaletę, że włącza nadajnik bez względu na kanały aktualnie używane przez radia innych pilotów.
Wadą częstotliwości 2,4 GHz jest konieczność zachowania środków ostrożności podczas instalacji, ponieważ niektóre materiały, takie jak włókno węglowe, mogą maskować sygnał. W niektórych przypadkach konieczne jest użycie odbiorników satelitarnych z antenami wtórnymi, aby zachować lepszą widoczność z nadajnikiem radiowym . Kolejną wadą jest to, że standard 2,4 GHz nie ewoluował jeszcze, aby możliwe było łączenie odbiorników i nadajników niezależnie od ich producenta.
Sterownica
Nauka latania helikopterem RC o skoku zbiorczym wymaga czasu i praktyki. Wielu modelarzy dołącza do klubu, aby móc uczyć się od doświadczonych pilotów RC lub korzystać z przewodników on-line.
Helikoptery RC zwykle mają co najmniej cztery elementy sterujące: przechylenie - cykliczne nachylenie, ster wysokości (cykliczne nachylenie przód-tył), ster (odchylenie) i nachylenie/przepustnica (zbiorczy skok/moc). W przypadku prostego lotu radio jest zwykle skonfigurowane w taki sposób, że nachylenie wynosi około -1 stopień przy drążku przepustnicy 0% i około 10 stopni przy drążku przepustnicy 100%. Konieczne jest również modulowanie przepustnicy w połączeniu ze skokiem, aby model utrzymywał stałą prędkość wirnika. Jest to korzystne dla spójnego i płynnego lotu.
Jeśli pożądane są akrobacyjne osiągi „3D”, wówczas używany jest tryb lotu z automatyczną przepustnicą lub trybem biegu jałowego . W tym trybie skok zbiorczy waha się od ujemnego limitu przy wejściu drążka przepustnicy 0% do dodatniego limitu przy drążku przepustnicy 100%. Z drugiej strony przepustnica jest modulowana automatycznie w celu utrzymania stałej prędkości wirnika i zwykle ma najniższą wartość, gdy drążek przepustnicy jest wyśrodkowany, a nachylenie wynosi 0. Ten tryb umożliwia wirnikowi wytwarzanie ciągu w górę (przy użyciu ujemnego pochylenia), który, gdy model jest odwrócony, umożliwia ciągły lot odwrócony. Zwykle do tego rodzaju latania używa się bardziej zaawansowanego radia komputerowego, które umożliwia dostosowanie miksu przepustnicy i zbiorczego.
Sterowanie cykliczne i odchyleniem z definicji nie różnią się w tych dwóch trybach, chociaż piloci 3D mogą skonfigurować swoje modele tak, aby były znacznie bardziej responsywne.
Budowa
Konstrukcja jest zazwyczaj wykonana z tworzywa sztucznego, tworzywa sztucznego wzmocnionego włóknem szklanym, aluminium lub włókna węglowego. Łopaty wirnika są zwykle wykonane z drewna, włókna szklanego lub włókna węglowego. Modele są zwykle kupowane w formie zestawów od jednego z kilkunastu popularnych producentów, a ich całkowity montaż zajmuje od 5 do 20 godzin.
Te modele helikopterów zawierają wiele ruchomych części, analogicznych do tych w pełnowymiarowych helikopterach, od tarczy sterującej po wirnik i wszystko pomiędzy.
Konstrukcja helikopterów musi być bardziej precyzyjna niż modeli stałopłatów, ponieważ helikoptery są podatne na nawet najmniejsze drgania, co może powodować problemy podczas lotu śmigłowca.
Dodatkowo mały rozmiar i niska waga helikopterów zdalnie sterowanych i ich komponentów oznacza, że sygnały sterujące, zwłaszcza cykliczne (pochylenie i przechylenie), mogą mieć bardzo szybką reakcję i powodować prędkość obrotową znacznie większą niż równoważny sygnał wejściowy mógłby wytworzyć na pełnowymiarowy samolot. Taka szybka reakcja może niepotrzebnie utrudnić latanie modelem. Z tego powodu większość modeli helikopterów jest wyposażona w drążek lub elektroniczny sprzęt stabilizujący.
Aby zmniejszyć złożoność mechaniczną i zwiększyć precyzję sterowania tarczą sterującą, niektóre modele helikopterów wykorzystują cykliczne/zbiorcze mieszanie skoku .
Konkurs
Loty helikopterem akrobacyjnym historycznie były zgodne z przepisami Fédération Aéronautique Internationale , które w przypadku helikopterów są oznaczone etykietą F3C. Należą do nich z góry określona procedura zawisu i akrobacji.
Zaawansowana forma latania helikopterem RC nazywa się 3D. Podczas latania 3D helikoptery wykonują zaawansowane akrobacje , czasem w formie freestyle, lub w ustalonym z góry zestawie ruchów opracowanym przez organizatorów zawodów. Na całym świecie odbywa się wiele zawodów 3D, z których dwa najbardziej znane to 3D Masters w Wielkiej Brytanii i eXtreme Flight Championship (XFC) w Stanach Zjednoczonych.
W 2008 roku Międzynarodowa Federacja Lotnicza (Fédération Aéronautique Internationale) wprowadziła klasę F3N jako tymczasową klasę do międzynarodowych zawodów 3D, a w 2010 roku na posiedzeniu plenarnym CIAM F3N uzyskała formalną zgodę na udział w zawodach obowiązującą od 1 stycznia 2011 roku.
Zasady F3N mają na celu zapewnienie spójnego standardu sędziowania na całym świecie i umożliwienie krajom wystawienia drużyny na mistrzostwa świata organizowane co dwa lata. F3N jest prowadzony w podobny sposób jak 3D Masters i 3DX, z 3 typami rund składającymi się z manewrów setowych, lotu freestyle i lotu do muzyki.
Aplikacje komercyjne
Chociaż niektóre firmy korzystają z multikopterów RC do wykonywania zdjęć lotniczych z małych wysokości , filmowania, działań policyjnych oraz zdalnych obserwacji lub inspekcji, helikoptery RC nie są powszechnie wykorzystywane do celów komercyjnych. Godnym uwagi wyjątkiem jest opryskiwanie upraw przy użyciu dużych helikopterów RC, takich jak Yamaha R-MAX .
Federalnej Administracji Lotniczej Stanów Zjednoczonych z 2006 r. uziemiające wszystkie komercyjne modele RC i loty bezzałogowych statków powietrznych (UAV) zostały zaktualizowane tak, aby wymagały formalnego certyfikatu FAA przed zezwoleniem na lot na dowolnej wysokości w Stanach Zjednoczonych. Wszyscy właściciele komercyjni muszą zarejestrować się w FAA, a także zdać test wiedzy. Operatorzy niekomercyjni muszą zarejestrować się tylko wtedy, gdy latające modele ważą więcej niż 0,55 funta (250 g).
Metody kontrolowania
Sterowanie radiowe
Większość helikopterów RC wykorzystuje ręczny nadajnik z anteną, która wysyła sygnały do odbiornika helikoptera, zwykle na częstotliwości radiowej 27 MHz, 49 MHz lub 2,4 GHz. Niektóre modele wykorzystują także radio na podczerwień. Radia na podczerwień mają tę wadę, że mogą być zakłócane przez światło słoneczne lub światła fluorescencyjne, co czyni je bardziej odpowiednimi dla helikopterów RC znajdujących się w pomieszczeniach.
Sterowanie radiowe zazwyczaj ma dwa drążki używane do sterowania ruchem helikoptera. W nadajniku 4-kanałowym istnieją cztery różne tryby, w których można ustawić drążki sterujące:
- Tryb 1 – lewy drążek steruje ruchami pochylenia i odchylenia, prawy drążek steruje ruchami przepustnicy i przechyłu.
- Tryb 2 – lewy drążek steruje ruchami przepustnicy i odchylenia, podczas gdy prawy drążek steruje ruchami pochylenia i przechyłu.
- Tryb 3 – lewy drążek steruje ruchami pochylenia i przechylenia, prawy drążek steruje ruchami przepustnicy i odchylenia.
- Tryb 4 – lewy drążek steruje przepustnicą i przechyleniem, prawy drążek steruje ruchami pochylenia i odchylenia.
Nadajniki mogą zawierać trymery dla każdej osi, aby skorygować wszelkie niepożądane ruchy helikoptera.
Do niektórych nadajników radiowych dołączony jest kabel ładujący umożliwiający ładowanie akumulatora helikoptera przy użyciu własnych akumulatorów nadajnika.
Sterowanie telefonem i tabletem
Niektórymi helikopterami RC można sterować za pomocą smartfona lub tabletu . Sterowanie odbywa się zwykle za pomocą aplikacji pobranej od producenta helikoptera i często przypomina fizyczne sterowanie drążkiem w nadajniku lub wykorzystuje akcelerometr wbudowany w urządzenie mobilne.
Helikopterami sterowanymi na podczerwień można sterować za pomocą nadajnika podczerwieni podłączonego do interfejsu audio jack 3,5 mm w urządzeniu mobilnym.
Inną stosowaną metodą komunikacji jest Wi-Fi . Wbudowany komputer helikoptera tworzy własną sieć bezprzewodową , z którą urządzenie mobilne obsługujące Wi-Fi łączy się i komunikuje z helikopterem.
Bezpieczeństwo
„Modelowe” helikoptery mogą być niebezpieczne. Aby zapobiec wypadkom, konieczne są środki ostrożności, właściwa konserwacja oraz zrozumienie mechaniki i charakterystyk lotu modeli. Modelarze latający w miejscach objętych sankcjami mają obowiązek przestrzegać zasad bezpieczeństwa określonych przez krajowe organizacje zajmujące się modelami samolotów. W Stanach Zjednoczonych Akademia Aeronautyki Modelarskiej (AMA) publikuje i aktualizuje zasady bezpieczeństwa dotyczące wszystkich operacji modelarskich, w tym modeli stałopłatów i wiropłatów. W 2014 r. kilka organizacji zainteresowanych bezzałogowymi systemami powietrznymi we współpracy z Federalną Administracją Lotniczą uruchomiła nową kampanię edukacyjną mającą na celu promowanie bezpiecznego i odpowiedzialnego latania oraz zapewnianie wskazówek hobbystom i użytkownikom komercyjnym.
Zgony
Mauensee w pobliżu jego modelu helikoptera znaleziono zwłoki 41-letniego Szwajcara . Miał „ciężkie obrażenia głowy i ramion”.
Incydent, który miał miejsce we wrześniu 2013 r. w Nowym Jorku, uwypuklił możliwe zagrożenia związane ze zdalnie sterowanymi modelami helikopterów, kiedy 19-letni entuzjasta, który miał duże doświadczenie w lataniu zdalnie sterowanymi helikopterami, zmarł po tym, jak jedno z łopat jego helikoptera uderzyło go w głowę.
Miniaturowe helikoptery
Miniaturowe helikoptery to zdalnie sterowane helikoptery o masie od zaledwie kilku gramów do stu gramów. Większość produkowanych to zabawki przeznaczone dla hobbystów i pasjonatów. Ponadto istnieje wiele firm wykonujących prototypy do zastosowań wojskowych i bezpieczeństwa. Miniaturowe helikoptery są popularnym pokazem najnowszych technologii miniaturyzacji .
Przykładami tego typu zminiaturyzowanych modeli są E-Flite Blade CX i CX2 oraz Picoo Z , popularny model konsumencki. Wraz z Proxflyerem jest prototypem i podstawą wielu modeli produkcyjnych. Ostatnim przykładem jest jednorazowy prototyp i element demonstracyjny technologii opracowany przez firmę Seiko Epson i zaprezentowany na Międzynarodowej Wystawie Robotów w Tokio to latający robot Seiko Epson Micro .
Zobacz też
|
Helikoptery i inne wiropłaty
| ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Helikoptery |
|
 |
||||
|
Inne wiropłaty |
|
|||||
| Zagrożenia | ||||||
| Powiązany |
|
|||||
