При виборі апаратури радіоуправління, як і при виборі моделі вертольота у моделістів-початківців виникає велика кількість питань. Наприклад:
- можна використовувати для початку літакову апаратуру?
- навіщо для управління вертольотом потрібні додаткові функції, які необхідні?
Слід зазначити, що загальні принципи вибору апаратури для авіамоделей, добре освітлені у загальних статтях, для гелікоптерів справедливі всі 200%. Тому не повторюватимемо про необхідність розумної достатності, "економії" на безпеці тощо. До описаного можна лише додати, що вибір апаратури для радіокерованого вертольота насамперед залежить:
- від конструкції та можливостей моделі вертольота
- від цілей, які ви переслідуєте, вирішивши зайнятися вертолітами радіокерованих
- зрештою, від "товщини" вашого гаманця та ступеня "відданості" модельізму
Конструктивні особливості моделей гелікоптерів та принципи їх вибору були розглянуті у статті "Радіокерований вертоліт. Купувати чи будувати?". І якщо ви вирішили зупинити свій вибір на фірмових апаратах, то про літакову апаратуру забудьте. Така апаратура застосовувалася на перших вертольотах, з фіксованим кроком основного ротора, здатних виконувати тільки висіння та горизонтальні польоти, та й то після тривалого навчання пілотуванню. Вся сучасна апаратура управління моделлю вертольота має низку специфічних функцій, перелік яких приблизно однаковий. Насамперед це:
- функція спільного керування кроком основного ротора та оборотами двигуна (дросселем), яка зазвичай називаю кривими "крок-газ"
- функція мікшування кроку хвостового ротора з керуванням дроселя, в оригіналі часто – Revo або ATS
- функція обмеження положення дроселя не нижче визначеного, в оригіналі Idle-up, що в дослівному перекладі – вище холостого ходу
- функція утримання дроселя у визначеному положенні – Hold
Вертолітна радіоапаратура всіх типів і марок відрізняється між собою переважно кількістю і формою реалізації зазначених функцій, а також наявністю додаткових мікшерів. Тому всю апаратуру можна поділити на три класи:
- Дешева (до 250 $), як правило, виконана за модульним принципом, без використання мікропроцесора і має мінімальну кількість функцій, що дозволяють виконувати висіння і простий пілотаж.
- Середня, дорожча на кілька сотень доларів, що відповідає запитам більшості моделейстів, виконана на базі мікропроцесорної техніки, що дозволяє виконувати простий і досить складний пілотаж.
- Елітна (>1000$), що відповідає найвищим вимогам і дозволяє виконувати будь-який пілотаж та пристосовувати модель до різних погодних умов.
Вибирати вам, але перш зупинимося докладніше на особливостях вертолітних функцій та їх необхідності, що вибір був усвідомлений. Основна мета використання додаткових функцій полягає у забезпеченні безпечного та максимально спрощеного керування моделями вертольотів для всіх передбачуваних видів польотів. Теоретично керувати радіокерованим вертольотом можна і без цих функцій, але практика показала, що такий шлях обходиться дуже дорого (і за витратами часу на освоєння, ремонт та відновлення моделі).Іншими словами, необхідність додаткових функцій полягає у забезпеченні достатнього ступеня керованості вертольота для виконання польоту, яка б не залежала від виду пілотажу та визначалася аеродинамічними особливостями вертольота, які були розглянуті у першій статті "Поговоримо про теорію". Зазвичай, всі можливі типи польотів вертольота, у яких суттєво змінюється характер поведінки моделі, поділяють на чотири типи:
- Висіння та нормальний політ.
- Політ із виконанням "бочки", бойового розвороту, "мертвої петлі" тощо. маневрів з тангажем та креном понад 90 (у вітчизняній термінології – вищий пілотаж).
- Інверсний пілотаж, тобто. політ "вгору ногами" (у зарубіжній термінології – 3D).
- Авторотація.
Основна відмінність таких польотів полягає у різних діапазонах змін загального кроку основного гвинта. Приміром, для висіння загальний крок досить змінювати не більше 0 . +5, для нормального польоту та вищого пілотажу – від -3 до 10, для 3D пілотажу від -10 до +10, для авторотації від -4 до +14. Слід зазначити, що це цифри усереднені, залежить від показників моделі і уточнюються досвідченим шляхом. Деякі запитають, а чи не можна відразу встановити один діапазон від -10 до +14? У принципі можна, але керувати таким гелікоптером практично неможливо. Крім того, для забезпечення необхідної керованості для всіх режимів потрібна підтримка оптимальних оборотів несучого ротора (1500-1800 оборотів в хвилину). А якщо врахувати необхідність утримання певного курсу моделі, при неминучих змінах моменту, що обертає, то ставати зрозумілим, що без автоматичних функцій апаратури не обійтися.
Функції кривих кроку та газу
Необхідність поєднаного керування кроком і газом вертольота радіокерованого розглянута в статті "Лопаті несучого гвинта". Основне правило цього поєднання полягає у підтримці постійних оборотів основного гвинта в межах 1400-1800 оборотів за хвилину. Для нормального польоту та вищого пілотажу криву кроку приймають у вигляді прямої лінії з координатами від -3 при нижньому положенні ручки управління до +10 при верхньому положенні ручки. Залежно від можливостей апаратури, цю криву вводять як координат трьох, п'яти і більше точок, залежно від положення ручки управління. Криву газу для висіння та нормального польоту, як правило, являє собою пряму лінію (рис.1) або ламану.
Координати цієї кривої підбираються досвідченим шляхом так, щоб обороти несучого гвинта в будь-якому положенні ручки управління не перевищували вищевказаний діапазон, а модель починала відрив у середньому положенні ручки при кроці 4-5. Для полегшення підбору цього режиму в деякій апаратурі є спеціальна функція та ручки тримування кривих кроку та газу під час висіння.
Для виконання заходу на посадку в звичайному горизонтальному польоті, не кажучи про виконання вже вищого пілотажу, виникає необхідність зменшення загального кроку гвинта, що несе, до значних негативних значень, при досить великих оборотах несучого гвинта. Якщо в цьому режимі ми використовуватимемо криву, показану на малюнку 1, то обороти двигуна при негативних значеннях різко знизяться, що призведе до втрати керування. Особливість існуючої схеми управління циклічним кроком моделей гелікоптерів, полягає в тому, що чутливість управління і стійкість по крену і тангажу прямо пропорційна числу обертів несучого гвинта моделі.Для цього вводяться додаткова функція утримання дроселя вище холостого ходу (Idle-up). При включенні цієї функції крива дроселя набуває наступного вигляду:
Тепер, при відхиленні ручки крок-газ повністю на себе, обороти двигуна практично не знижуються і гелікоптер може робити, наприклад, різкий низхідний маневр без втрати керування (при заході на посадку і т.п.). Для забезпечення різкішого маневру, на деяких моделях, дросель не тільки утримується на 40%, але й збільшується до 50-60% при відхиленій ручці повністю на себе. Іншими словами крива дроселя змінює свій вигляд за допомогою функції Idle-up, яка по суті є регулятором, що обмежує нижнє переміщення дроселя при одночасному керуванні кроком без обмежень.
Для виконання 3D польоту, коли крок змінюється в межах від -10 до +10, крива дроселя повинна набувати V-подібного характеру (див. рис.3). Мета такої кривої – у підтримці необхідних оборотів несучого гвинта та виконанні, як низхідних, так і висхідних маневрів перевернутого польоту. Для активізації такої кривої дроселя знову ж таки використовують функцію Idle-up, яка від попередньої зазвичай відрізняється номером (Idle-up-2). Точність установки таких кривих залежить від можливостей апаратури. На режимі авторотації, дросель взагалі виводитиметься на стійкий холостий хід і практично не бере участі в управлінні моделлю.
Слід зазначити, що чутливість вертикального керування при включенні Idle-up-2 дуже висока, і перехід на такий вид польотів можливий тільки після оволодіння попередніми видами польотів.
Таким чином, функції кривих крок-газ і утримання дроселя вище холостого ходу тісно пов'язані один з одним і в залежності від класу апаратури можуть відрізнятися тільки кількістю і способом завдання. У найпростішої апаратури радіоуправління зазвичай є одна функція Idle-up, другий клас апаратури – таких функцій буває до двох, а вищого класу – понад три. Це означає, що за наявності однієї функції Idle-up ви можете виконувати висіння та горизонтальний політ, при двох можна додати вищий і 3D пілотаж, при трьох додатково можна виділити, наприклад, перевернутий політ.
Функції мікшування кроку хвостового гвинта з дроселем
В англійській транскрипції ця функція часто позначається як REVO або ATS (Anti Torque Compensation), що російською мовою можна перекласти як "компенсація моменту обертання". Необхідність цієї функції для моделі вертольота розглянута у попередній статті. Нагадаю, що ця функція автоматично додає або зменшує крок хвостового гвинта при збільшенні або зменшенні "газу" для компенсації ризику, викликаного змінами моменту, що обертає. Конкретний вид цієї залежності визначається напрямом обертання основного гвинта, конструктивними особливостями моделі та регулюється досвідченим шляхом. Відправною точкою регулювання цієї функції є режим висіння, який зазвичай досягають при середньому положенні ручки керування "крок-газ". У найпростішій апаратурі ця функція має однакове значення величини компенсації, що встановлюється, при рух ручки від себе і до себе від її середнього положення. У дорожчій апаратурі радіоупарвлення величина компенсації "вгору" і "вниз" регулюється окремо.На самій просунутої, можна додатково змінювати точку відліку, тобто. положення ручки, коли він вертоліт висить. Це актуально під час виконання 3D пілотажу або польотів, коли вертоліт висить у положенні ручки 3/4. Якщо ви плануєте освоїти всі види польотів, то в цьому випадку слід врахувати, що при використанні функцій Idle-up необхідно змінювати вид функції ATS. А ця можливість є тільки в апаратури середнього та вищого класу. Слід зазначити, що величина автоматичного кроку, що додається хвостового гвинта при переміщеннях ручки крок – газ максимальна на режимі висіння, при виконанні горизонтальних польотів величину компенсації ризикування зменшують через підвищення стійкості моделі (позначається хвостове оперення) і ефективності рульового гвинта (гвинт працює при косому обдуві ).
Функція утримання дроселя
У зарубіжній літературі ця функція називається Hold. Вона призначена для виконання польоту в режимі авторотації. По суті це окремий тип польоту, коли двигун виводиться на холостий хід, а діапазон зміни загального кроку гвинта, що несе, встановлюють в межах від -4 до +14 і хвостового гвинта в 0o, якщо останній не відключається від трансмісії. Політ на авторотації, тільки на перший погляд, може здатися "вигадками багатих". Якщо врахувати, що у радіокерованого вертольота, на відміну від літака, двигун не лише переміщає модель, а й утримує її у повітрі, то ймовірність мимовільного переходу на такий режим дуже висока.Відносно велике негативне значення загального кроку необхідно для здійснення керованого заходу вертольота з зупиненим двигуном у відповідну точку посадки та підтримки досить високих обертів гвинта, які забезпечать безпечне приземлення в режимі "підриву", коли за кілька метрів від землі різко збільшують крок гвинта, що несе, до 12 – 14 .
Універсальні функції
Окрім вище перерахованих функцій, необхідних тільки для моделей гелікоптерів, сучасна апаратура радіоуправління має велику кількість інших функцій, які використовуються і на моделях літаків та планерів. Немає необхідності докладно розглядати особливості цих функцій, тому що, як правило, моделісти, які вирішили зайнятися вертольотом, добре знайомі з ними. Слід зазначити, що з моделей вертольотів ці функції дуже полегшують пілотування у різних типах польотів і прискорюють режим регулювання. Наприклад, при висінні достатньо переміщення апарата перекосу в межах від 1/2 до 1/3 від ходу. Більший хід апарата перекосу просто збільшує чутливість управління по тангажу та крену, що може призвести до втрати стійкості моделі в цьому режимі недосвідченого пілота. При інших типах польотів, в той же час, вже потрібне повне переміщення апарату перекосу. Тому в каналі управління тангажем і креном використовують функції експоненти та подвоєння ходу кермових машинок. Особливо це корисно модельістам-початківцям, які можуть за допомогою змінюваних параметрів цих функцій отримати дуже стійку модель в режимі висіння. Функція установки величини переміщення кермових машинок прискорює процес узгодження ходу кермових машинок з ходом органів управління, наприклад, дроселя карбюратора.
Корисно для моделей вертольотів застосування додаткових програмованих мікшерів, які на апаратурі середнього та вищого класу бувають більше двох. Мета застосування цих мікшерів полягає у підвищенні стійкості обертів двигуна, отже у підвищенні стійкості моделі. Наприклад, при збільшенні та зменшенні кроку хвостового гвинта змінюється навантаження на двигун і, отже, його обороти. Тому для компенсації зміни обертів двигуна мікшують керування хвостовим гвинтом та газом. Другий випадок, при керуванні тангажем і креном, апарат перекосу змінює навантаження на двигун, а отже і оберти несучого гвинта. Особливо це помітно позначається в режимі висіння, при роботі ручками тангажу і крену вертоліт постійно "просідає". Для зменшення цього впливу мікшують канали управління циклічним кроком та дроселем двигуна.
В апаратурі високого класу можна зустріти додаткову функцію реверсування, яка застосовується для полегшення пілотування вертольота у перевернутому положенні. Особливість цього режиму польотів у тому, що в перевернутому становищі, на відміну від нормального становища, вертоліт реагує на вплив ручок керування крок-газ, тангаж і нишпорення у протилежному напрямку (канал керування креном не змінює напрямок) Іншими словами, при переміщеннях ручки крок газ на себе, гелікоптер почне підніматися, а від себе – знижуватися тощо. При активізації цієї функції, за допомогою одного тумблера, цього не відбувається і вертольотом можна керувати звичайним способом.
Наприкінці слід зазначити, що з підвищення стійкості і керованості вертольота, крім спеціальних функцій використовують додаткові устрою.Це гіроскопи та стабілізатори оборотів двигуна. Реалізацію всіх можливостей цих пристроїв забезпечує лише комп'ютерна апаратура середнього та елітного класу. Але принципи роботи та використання цих пристроїв – це окрема тема, яка виходить за рамки цієї статті.
Чи знаєте ви, навіщо гелікоптеру потрібен хвостовий гвинт? Дехто вважає, щоб рухатися вперед. Тобто гвинт, що несе, піднімає машину вгору, а хвостовий – забезпечує горизонтальний рух. Насправді, це не так. Якщо спробувати полетіти на гелікоптері з одним гвинтом, він починає крутитися на місці. Саме для того, щоб компенсувати це обертання, і потрібен хвостовий гвинт. Як же вертоліт летить уперед? Чи може він літати тому? Чому він не може забратися вище за хмари? І що в міру вгодований чоловік із пропелером приховав від Маля? На ці запитання відповіли експерти програми "Чи знаєте ви, що?" з Олексієм Іванченком на РЕН ТВ.
Фігури вищого пілотажу
Спільний політ винищувача Су-30СМ та ударних вертольотів Мі-28Н. Кілька хвилин бойові машини тримають у повітрі рівний лад. На перший погляд, нічого незвичайного. Але насправді це один із найскладніших прийомів групового пілотажу.
"Це швидкість близько 220 кілометрів на годину. І особливість – витримування ладу. Тому що, якщо, скажімо, у літаків всі частини нерухомі і вони можуть практично крило в крило летіти, то для вертольота політ строєм – це політ на мінімальних відстанях з лопатями, що обертаються. ", – відзначив заслужений льотчик-випробувач РФ Володимир Хорев.
Дозаправка вертольота у повітрі
Але навіщо винищувачеві летіти зі швидкістю вертольота? Під час таких тренувань наші льотчики відточують майстерність пілотування, а іноземні відпрацьовують навички виконання дозаправки в повітрі.
Пілоту гвинтокрилої машини потрібно тримати однакову швидкість з літаком-заправником і дотримуватися мінімальної дистанції. Один неправильний рух – і лопаті переб'ють паливний шланг.
"Ви не уявляєте, як це складно для всіх – і для вертольота, і для літака. Вертоліт наздоганяє літак, у нього є довжелезна штанга. Заправний шланг закінчується спеціальною парасолькою, куди гелікоптер повинен цією штукою потрапити", – пояснив викладач Московського фізико-технічного інституту Дмитро Кузякін.
Завдяки чому вертоліт летить уперед?
Як злітає вертоліт – зрозуміло. Потік повітря, що набігає, тисне на лопаті, які обертаються зі швидкістю до 350 обертів на хвилину. Але завдяки чому він летить уперед? За горизонтальний рух машини відповідає автомат перекосу.
Він змінює кути нахилу лопатей та розподіляє підйомну силу. Якщо тяга більша в носовій частині, вертоліт летить уперед. Якщо змістити її до хвоста – машина полетить назад.
"Все за рахунок лопатей. Вертоліт за рахунок лопатей і злітає, і сідає, і вантаж тягне. Навіть більше – він кермує бетонкою перед злетом теж за рахунок лопатей", – зазначив Дмитро Кузякін.
З чого роблять лопаті вертольота?
Лопаті перших гвинтокрилих машин робили з дерева, потім – з надійнішого металу. Нині їх виготовляють із композитних матеріалів. Різні за фізичними властивостями компоненти укладаються шарами та просочуються спеціальною смолою. В результаті з'являється новий матеріал із унікальними властивостями.Композитні лопаті дуже міцні та прослужать набагато довше, ніж металеві.
"Застосовується як технологія спірального намотування, так і технологія викладки. Технологія спірального намотування полягає в намотуванні на спеціальному обладнанні заздалегідь підготовлених стрічок з різних наповнювачів, чи це скляний або гібридний матеріал", – сказала головний металург лопатевого цеху Ростовського вертолітного заводу Марія Міхєєва.
Чому вертоліт не може залізти вище хмар?
А ще такі лопаті за рахунок меншої ваги збільшують підйомну силу вертольота на третину.
Чому вертоліт не може злетіти над хмарами?.. Заважає йому піднятися вище 4 кілометрів над землею?Насправді все досить просто. Оскільки вертоліт не герметичний, їм просто не буде чим дихати.
Спроба підкорити хмари
Втім, спроби заглянути за хмари були Російський важкий багатоцільовий вертоліт Мі-26. Вісім лопат. Керував рятувальною операцією Володимир Хорев, заслужений льотчик-випробувач.
"Для того щоб працювати на цій висоті, нам довелося повністю задні стулки зняти, максимально полегшити гелікоптер. Тобто все, що можна було з гелікоптера прибрати, прибрали – одну з лебідок, якісь кріпильні речі", – сказав Володимир Хорев.
Але й цього виявилося замало. Навіть на максимальних оборотах двигуна машина важко трималася в розрідженому повітрі. Будь-який сильний порив вітру – і лопаті зачеплять скелі. Щоб зробити вертоліт ще легшим, довелося випалити майже все паливо.
"Плавненько протягли вантаж у цей розпад між льодовиком і скелями. Вже червоні лампочки горіли – аварійний залишок палива. Але тим не менш доставили гелікоптер на майданчик базовий благополучно", – зазначив Володимир Хорев.
Можливості вертольота
Вертоліт – ідеальна машина для рятувальних та бойових операцій. Він може злітати з місця, може рухатися у будь-якому напрямку та зависати над землею чи водою. Але що якщо у вертольота відмовить двигуни? Як врятувати екіпаж та пасажирів?
"У вертольота є шалена властивість: навіть якщо вимикаються обидва двигуни, вертоліт залишається придатним для того, щоб на ньому можна було опуститися і спокійно сісти. Називається "режим авторотації". Потік, що приходить знизу, розкручує лопаті гвинта, і ви, розігнавшись при зниженні, можете розкрутити лопаті досить сильно, щоб потім, виходячи в горизонтальний політ, здійснити плавну посадку", – сказав Дмитро Кузякін.
Система катапультування вертольота
Пілотів бойових гелікоптерів із співвісним компонуванням гвинтів, наприклад, Ка-52, врятує система катапультування. Аварійна автоматика за допомогою піропатронів за частки секунди відстрілить лопаті та запустить ракетно-парашютну систему.
"Поки буксирувальний двигун тягне льотчика вгору, парашут розкривається. І практично з нульовою швидкістю і з нульової висоти льотчик може катапультуватися", – пояснив Володимир Хорев.
Сьогодні маленький гелікоптер може дозволити собі кожен.Дрони-безпілотники доставляють піцу, стежать за безпекою та навіть пасуть овець. Але дружити з людьми і є варення поки що жоден дрон не навчився. Як ніхто досі не розгадав і головний секрет Карлсона – людини та вертольота. Якщо у нього лише один гвинт, то чому його не закручує у протилежний бік?
Інсайти інженерної думки, історія, наукова аналітика та таємниці нашої планети – про це та багато іншого дивіться у випусках програми "Чи знаєте ви, що?" з Олексієм Іванченком.