Зачем вертолету специальная аппаратура радиоуправления?

Выбор аппаратуры

Выбор аппаратуры для радиоуправляемого вертолета в основном зависит:

• от целей, которые вы преследуете, решив заняться радиоуправляемыми вертолетами
• от конструкции и возможностей модели вертолета

Вся современная аппаратура управления моделью вертолета имеет ряд специфических функций, перечень которых примерно одинаков. В первую очередь это:

• функция совместного управления шагом основного ротора и оборотами двигателя (дросселем), которая обычно называется «функция кривых шаг-газ»
• функция микширования шага хвостового ротора с управлением дросселя, в оригинале часто – Revo или ATS
• функция ограничения положения дросселя не ниже определенного, в оригинале Idle-up, что в дословном переводе – выше холостого хода
• функция удержания дросселя в определенном положении – Hold

Вертолетная радиоаппаратура всех типов и марок отличается между собой в основном количеством и формой реализации указанных функций, а так же наличием дополнительных микшеров. Поэтому всю аппаратуру можно разделить на три класса:

1. Дешевая (до 250$), как правило выполнена по модульному принципу, без использования микропроцессора и обладающая минимальным количеством функций, позволяющих выполнять висение и простой пилотаж.
2. Средняя, дороже на несколько сот долларов, отвечающая запросам большинства моделистов, выполненная на базе микропроцессорной техники, позволяющая выполнять простой и довольно сложный пилотаж.
3. Элитная (>1000$), отвечающая самым высоким требованиям и позволяющая выполнять любой пилотаж и приспосабливать модель к различным погодным условиям.

Основная цель использования дополнительных вертолетных функций заключается в обеспечении безопасного и максимально упрощенного управления моделями вертолетов для всех предполагаемых видов полетов. Теоретически управлять радиоуправляемым вертолетом можно и без этих функций, но практика показала, что такой путь обходится очень дорого (и по затратам времени на освоение, на ремонт и восстановление модели). Обычно, все возможные типы полетов вертолета, в которых существенно изменяется характер поведения модели, делят на четыре типа:

1. Висение и нормальный полет.
2. Полет с выполнением «бочки», боевого разворота, «мертвой петли» и т. п. маневров с тангажем и креном более 90 (в отечественной терминологии – высший пилотаж).
3. Инверсный пилотаж, т. е. полет «вверх ногами» (в зарубежной терминологии – 3D).
4. Авторотация.

Основное отличие таких полетов заключается в разных диапазонах изменений общего шага основного винта. Так, например, для висения общий шаг достаточно изменять в пределах 0...+5, для нормального полета и высшего пилотажа – от -3 до 10, для 3D пилотажа от -10 до +10, для авторотации от -4 до +14. Следует отметить, что эти цифры усредненные, зависят от характеристик модели и уточняются опытным путем.

Некоторые спросят, а нельзя сразу установить один диапазон от -10 до +14? В принципе можно, но управлять таким вертолетом практически невозможно. Кроме того, для обеспечения необходимой управляемости, для всех режимов требуется поддержание оптимальных оборотов несущего ротора (1500-1800 оборотов в минуту). А если учесть необходимость удержания определенного курса модели, при неизбежных изменениях вращающего момента, то становиться понятным, что без автоматических функций аппаратуры не обойтись.

Функции кривых шага и газа

Основное правило совмещенного управления шагом и газом радиоуправляемого вертолета заключается в поддержании постоянных оборотов основного винта в пределах 1400-1800 оборотов в минуту. Для нормально полета и высшего пилотажа кривую шага принимают в виде прямой линии с координатами от -3 при нижнем положении ручки управления до +10 при верхнем положении ручки.

В зависимости от возможностей аппаратуры, эту кривую вводят в виде координат трех, пяти и более точек, в зависимости от положения ручки управления. Кривая газа для висения и нормального полета, как правило представляет собой прямую линию или ломанную.

Координаты этой кривой подбираются опытным путем так, чтобы обороты несущего винта в любом положении ручки управления не превышали вышеуказанный диапазон, а модель начинала отрыв в среднем положении ручки при шаге 4-5. Для облегчения подбора этого режима в некоторой аппаратуре имеются специальная функция и ручки триммирования кривых шага и газа при висении.

Для выполнения захода на посадку в обычном горизонтальном полете, не говоря о выполнении уже высшего пилотажа, возникает необходимость уменьшения общего шага несущего винта до значительных отрицательных значений, при достаточно больших оборотах несущего винта. Если в этом режиме мы будем использовать кривую, то обороты двигателя при отрицательных значениях резко снизятся, что приведет к потере управления.

Особенность существующей схемы управления циклическим шагом моделей вертолетов, заключается в том, что чувствительность управления и устойчивость по крену и тангажу прямо пропорциональна числу оборотов несущего винта модели. Для этой цели вводится дополнительная функция удержания дросселя выше холостого хода (Idle-up).

Теперь, при отклонении ручки шаг-газ полностью на себя, обороты двигателя практически не снижаются и вертолет может производить, например, резкий нисходящий маневр без потери управления (при заходе на посадку и т. п.). Для обеспечения более резкого маневра, на некоторых моделях, дроссель не только удерживается на 40%, но и увеличивается до 50-60% при отклоненной ручке полностью на себя.

Иными словами кривая дросселя изменяет свой вид с помощью функции Idle-up, которая по существу представляет собой регулятор, ограничивающий нижнее перемещение дросселя при одновременном управлении шагом без ограничений.

Для выполнения 3D полета, когда шаг изменяется в пределах от -10 до +10, кривая дросселя должна приобретать V-образный характер. Цель такой кривой – в поддержании необходимых оборотов несущего винта и выполнении, как нисходящих, так и восходящих маневров перевернутого полета.

Для активизации такой кривой дросселя опять же используют функцию Idle-up, которая от предыдущей обычно отличается номером (Idle-up-2). Точность установки таких кривых зависят от возможностей аппаратуры. На режиме авторотации, дроссель вообще выводиться на устойчивый холостой ход и практически не участвует в управлении моделью.

Следует отметить, что чувствительность вертикального управления при включении Idle-up-2 очень высокая, и переход на такой вид полетов возможен только после полного овладения предыдущими видами полетов.

Таким образом, функции кривых шаг-газ и удержания дросселя выше холостого хода тесно связанны друг с другом и в зависимости от класса аппаратуры могут отличаться только количеством и способом задания. У самой простой аппаратуры радиоуправления обычно имеется одна функция Idle-up, у второго класса аппаратуры таких функций бывает до двух, а у высшего класса – свыше трех.

Это значит, что при наличии одной функции Idle-up вы можете выполнять висение и горизонтальный полет, при двух – можно добавить высший и 3D пилотаж, при трех – дополнительно можно выделить, например, перевернутый полет.

Функции микширования шага хвостового винта с дросселем

В английской транскрипции эта функция часто обозначается как REVO или ATS (Anti Torque Compensation), что можно перевести, как «компенсация момента вращения». Эта функция автоматически добавляет или уменьшает шаг хвостового винта при увеличении или уменьшении «газа» для компенсации рысканья, вызванного изменениями вращающего момента.

Конкретный вид этой зависимости определяется направлением вращения основного винта, конструктивными особенностями модели и регулируется опытным путем. Отправной точкой регулировки этой функции является режим висения, который обычно добиваются при среднем положении ручки управления «шаг-газ».

В самой простой аппаратуре эта функция имеет одинаковое устанавливаемое значение величины компенсации при движение ручки от себя и к себе от ее среднего положения. В более дорогой аппаратуре радиоуправления величина компенсации «вверх» и «вниз» регулируется отдельно. А в самой продвинутой – можно дополнительно менять точку отсчета, т. е. положение ручки, при которой вертолет висит. Это актуально при выполнении 3D пилотажа или полетов, когда вертолет висит в положении ручки 3/4.

Если вы планируете освоить все виды полетов, то в этом случае следует учесть, что при использовании функций Idle-up необходимо изменять и вид функции ATS. А эта возможность есть только у аппаратуры среднего и высшего класса.

Следует отметить, что величина автоматического добавляемого шага хвостового винта при перемещениях ручки шаг-газ максимальна на режиме висения, при выполнении горизонтальных полетов величину компенсации рысканья уменьшают из-за повышения устойчивости модели (сказывается хвостовое оперение) и эффективности рулевого винта (винт работает при косом обдуве).

Функция удержания дросселя

В зарубежной литературе эта функция называется Hold. Она предназначена для выполнения полета в режиме авторотации. По существу это отдельный тип полета, когда двигатель выводиться на холостой ход, а диапазон изменения общего шага несущего винта устанавливают в пределах от -4 до +14 и хвостового винта в 0o, если последний не отключается от трансмиссии.

Полет на авторотации, только на первый взгляд, может показаться «причудами богатых». Если учесть, что у радиоуправляемого вертолета, в отличие от самолета, двигатель не только перемещает модель, но и удерживает ее в воздухе, то вероятность непроизвольного перехода на такой режим весьма высока.

Относительно большое отрицательное значение общего шага необходимо для осуществления управляемого захода вертолета с остановленным двигателем в подходящую точку посадки и поддержания довольно высоких оборотов винта, которые обеспечат безопасное приземление в режиме «подрыва», когда за несколько метров от земли резко увеличивают шаг несущего винта до 12-14.

Универсальные функции

Кроме выше перечисленных функций, необходимых только для моделей вертолетов, современная аппаратура радиоуправления имеет большое количество других функций, которые используются и на моделях самолетов и планеров. Нет необходимости подробно рассматривать особенности этих функций, потому что, как правило, моделисты, решившие заняться вертолетом, с ними хорошо знакомы.

Следует отметить, что для моделей вертолетов эти функции очень облегчают пилотирование в разных типах полетов и ускоряют режим регулировки. Например, при висении достаточно перемещения аппарата перекоса в пределах от 1/2 до 1/3 от полного хода. Больший ход аппарата перекоса просто увеличивает чувствительность управления по тангажу и крену, что может привести к потере устойчивости модели в этом режиме у неопытного пилота.

При других типах полетов, в тоже время, уже необходимо полное перемещение аппарата перекоса. Поэтому в канале управления тангажем и креном используют функции экспоненты и удвоения хода рулевых машинок. Особенно это полезно начинающим моделистам, которые могут с помощью изменяемых параметров этих функций получить очень устойчивую модель в режиме висения. Функция установки величины перемещения рулевых машинок ускоряет процесс согласования хода рулевых машинок с ходом органов управления, например, дросселя карбюратора.

Полезно для моделей вертолетов применение дополнительных программируемых микшеров, которые на аппаратуре среднего и высшего класса бывает больше двух. Цель применения этих микшеров заключается в повышении устойчивости оборотов двигателя, следовательно в повышении устойчивости модели. Например, при увеличении и уменьшении шага хвостового винта, изменяется нагрузка на двигатель и, следовательно, его обороты. Поэтому для компенсации изменения оборотов двигателя микшируют управление хвостовым винтом и газом.

Второй случай, при управлении тангажем и креном, аппарат перекоса изменяет нагрузку на двигатель, следовательно и обороты несущего винта. Особенно это заметно сказывается в режиме висения, при работе ручками тангажа и крена вертолет все время немного «просаживается». Для уменьшения этого влияния микшируют каналы управления циклическим шагом и дросселем двигателя.

В аппаратуре высокого класса можно встретить дополнительную функцию реверсирования, которая применяется для облегчения пилотирования вертолета в перевернутом положении. Особенность этого режима полетов в том, что в перевернутом положение, в отличие от нормального положения, вертолет реагирует на воздействие ручек управления шаг-газ, тангаж и рысканье в противоположном направлении (канал управления креном не изменяет направление). Иными словами, при перемещениях ручки шаг газ на себя, вертолет начнет подниматься, а от себя – снижаться. При активизации же этой функции, с помощью одного тумблера, этого не происходит и вертолетом можно управлять обычным способом.

В заключении необходимо отметить, что для повышения устойчивости и управляемости вертолета, кроме специальных функций используют дополнительные устройства. Это гироскопы и стабилизаторы оборотов двигателя. Реализацию всех возможностей этих устройств обеспечивает только компьютерная аппаратура среднего и элитного класса.

Автор: Владимир Ковальчук