Главная

Воздушные змеи

Воздушные шары

Модели парашютов

Бумажные модели самолётов

Модели планеров

Модели ракет

Резиномоторные модели самолётов

Кордовые модели самолётов

Таймерные модели самолётов

Радиоуправляемые модели самолётов

Модели самолётов с двигателем на СО2

Модели ракетопланов

Модели вертолётов

Самодельные самолеты

Самодельные вертолеты

Самодельные дельтапланы дельталеты

Двигатели для авиамоделей , самолетов, вертолетов, дельталетов

Самодельная аппаратура радиоуправления моделями

Мастерская авиамоделиста

Летательные аппараты-почему и как они летают

О воздухоплавании и воздухоплавателях

О планерах и планеристах

О самолётах и лётчиках

О вертолётах и вертолётчиках

Атлас профилей для авиамоделей

Ссылки на другие ресурсы

АЗБУКА RC ВЕРТОЛЕТЧИКА

(часть -1)

Радиоуправляемые модели вертолетов (rc вертолеты) популярны во многих странах мира. Это направление спортивного моделизма возникло в 70-х годах и очень быстро развивается. RC-вертолетам не нужны аэродромы, их полет вызывает восхищение у публики. По своим летным возможностям модели обогнали полномасштабных «собратьев».

На современном этапе модели вертолетов создаются с использованием современных композитных материалов, последних достижений микроэлектроники и компьютерных технологий. Например, появление компьютерных тренажеров существенно помогло освоению непростого управления моделями. Подключив свой радиопередатчик к компьютеру, теперь можно без риска поломки реальной модели экспериментировать с регулировками управления, отрабатывать навыки начального или сложного пилотажа.

Предварительные замечания

Теория аэродинамики rc вертолета довольна сложна и для ее полного понимания требуется знание большого ряда физико-математических дисциплин. Но, как показывает опыт, для успешного занятия авиамоделизмом нет необходимости досконально осваивать эти науки. Начинающему моделисту достаточно просто понимать явления и процессы, происходящие во время полета модели вертолета, чтобы успешно освоить технику пилотирования. Поэтому приведенные примеры и объяснения будут носить общий характер, но они окажутся достаточными для понимания особенностей поведения rc вертолета.

При чтении этих материалов хорошо иметь рядом модель вертолета и радиоаппаратуру, чтобы познавать теорию по реакции лопастей и рычагов на действия ручек управления. Это поможет понять, что происходит с моделью вертолета в воздухе, и как это связано с действиями пилота. Вначале мы познакомимся с системой сил и моментами, действующими на вертолет, находящейся в висении, а затем рассмотрим, как эти силы изменяют положение вертолета в пространстве.

Сразу отметьте для себя, что понятие «система сил» означает совокупность всех аэродинамических сил и сил гравитации, воздействующих на вертолет и перемещающих его вниз, вверх и в стороны. Так, например, если вертолет находится в висении, все силы должны компенсировать друг друга, чтобы модель оставалась неподвижной. Если же система сил окажется не уравновешена, то результирующее усилие переместит вертолет (что дает нам возможность управлять моделью).

Режим висения

Рис. 1. Силы действующие на вертолет. Вид сбоку в режиме висения.

Стрелка, направленная на рисунке прямо вниз, показывает силу веса вертолета. Ей противодействует подъемная сила несущего винта. В устойчивом висении подъемная сила равна силе веса и вертолет не поднимается и не снижается. В полете мы не в состоянии изменять вес вертолета. Мы можем, управляем подъемной силой (силой тяги) несущего винта за счет изменения угла установки лопастей (общего шага) или числа его оборотов. Поэтому существуют две различные системы управления.

Первая - с общим (или коллективным) шагом несущего винта. При этой системе управление тягой осуществляется изменением угла установки лопастей. Вторая система - с фиксированным шагом, в которой управление тягой винта осуществляется только изменением числа оборотов несущего винта при постоянном значении установочного угла. Каждая система имеет свои достоинства и недостатки. Применение системы с фиксированным шагом снижает сложность конструкции головки несущего ротора, упрощает эксплуатации и наладку.

Кроме того, она не требует очень дорогой аппаратура управления. Основной недостаток этой системы заключается в большой инерционности и нелинейности вертикального управления вертолетом. Изменять число оборотов модельных двигателей достаточно быстро невозможно. Кроме того, тяга винта пропорциональна квадрату числа оборотов двигателя. В этой ситуации очень сложно удерживать вертолет в неподвижном висении. Летать такой вертолет, конечно, будет, но его освоение потребует дополнительного времени.

Рис.2. Результирующая подъемная сила действует из центра диска основного ротора.

Система с коллективным шагом обеспечивает лучшее управление вертолетом, поскольку тяга лопастей почти пропорциональна шагу, который может изменяться почти мгновенно. Однако такая система требует согласованного управления шагом и мощностью двигателя. Это приводит к тому, что для управления таким вертолетом требуется более сложная аппаратура, в которой одной ручкой передатчика можно одновременно изменять шаг лопастей несущего ротора и мощность двигателя.

Необходимость такого согласование вызвано тем, что момент сопротивления, следовательно и мощность, требуемая для вращения лопастей, пропорциональна шагу лопастей. Иначе, при увеличении шага могут упасть как обороты, так и тяга винта. Обратите внимание на два важных момента, показанных на рисунке. Первый, - суммарная подъемная сила показывается «выходящей» прямо из вала несущего винта.

Конечно, в действительности вал не создает подъемную силу. Она возникает от вращения лопастей, но результирующая сила действует от них так, как если бы она была направлена из центрального вала ротора, как показано на рисунке 2. Второй момент -подъемная сила, произведенная лопастями ротора всегда перпендикулярна диску несущего винта (плоскости вращения лопастей).

Рис.3. Реактивный вращающий момент поворачивает фюзеляж вертолета в направление, противоположном вращению лопастей несущего винта.

Этот рисунок показывает вертолет в том же режиме висения, но сверху. Отметьте для себя, что и здесь все силы, действующие на вертолет в этом ракурсе, должны быть скомпенсированы, чтобы вертолет оставался неподвижен. Показан вертолет с правым направлением вращения несущего винта (по часовой стрелке). Если лопасти вашей модели вращаются в другую сторону, то рисунок необходимо зеркально перевернуть. Согласно третьего закона механики, при вращении винта по часовой стрелке, фюзеляж вертолета должен вращаться против нее. Стремление фюзеляжа к вращению вызывается реактивным вращающим моментом.

Причем любое изменение мощности двигателя и коллективного шага приводит к соответствующему изменению этого момента. Задача хвостового винта - скомпенсировать реактивный вращающий момент. Когда тяга хвостового винта создает момент, равный реактивному моменту от несущего винта, модель неподвижна. Если же тяга хвостового ротора возрастает, вертолет поворачивается вокруг вертикальной оси (вала несущего винта), заставляя нос идти вправо. Аналогично, уменьшение тяги хвостового винта, заставит реактивный вращающий момент повернуть хвост вправо, а нос влево. Обороты хвостового винта зависят от оборотов двигателя, которые должны быть постоянными при висении. Тяга хвостового винта изменяется увеличением или уменьшением угла атаки лопастей хвостового ротора.

Управление эти параметром осуществляется, как правило, левой ручкой передатчика. Посмотрите на хвостовой винт модели с левой стороны вертолета, - при этом вид он обычно вращается вправо (по часовой стрелке). Теперь переместите левую ручку передатчика вправо. Вы заметите, как угол атаки лопастей увеличивается. В полете это заставит лопасти захватывать больше воздуха и хвост повернется влево (по направлению к вам).

По мере же перемещения ручки влево угол атаки уменьшится, и реактивный момент переместит хвост вправо (от вас). Необходимо подчеркнуть другой важный момент. Левая ручка передатчика изменяет угол атаки лопастей хвостового ротора и перемещает хвост вправо или влево. Но направление перемещения хвоста противоположно перемещениям ручки. Причина этого в том, что мы пилотируем модель не «по хвосту». Мы должны управлять положением носа модели.

Попытки пилотировать модель вертолета по хвосту очень грубая ошибка и вы ее должны избегать!

Рис.4. Вертикальная составляющая подъемной силы компенсирует вес вертолета. Горизонтальная составляющая подъемной силы компенсирует тягу хвостового ротора. В момент висения вертолет необходимо немного наклонять вправо для компенсации тяги хвостового ротора.

Здесь изображен вертолет при виде сзади, с существенно увеличенным (для наглядности) наклоном вправо. Как вы уже знаете, для удержания вертолета в устойчивом висении все силы должны быть скомпенсированы. Но теперь обратите внимание на то, что ротор немного наклонен вправо. При этом подъемная сила винта по-прежнему будет перпендикулярна диску ротора и также наклонена вправо. Подъемная сила может быть разложена на две составляющие - вертикальную и горизонтальную. Чтобы удержать вертолет на постоянной высоте, вертикальная компонента подъемной силы должна равняться весу модели.

А для чего наклон? На рисунке, кроме подъемной силы, изображен вектор тяги хвостового ротора, который заставил бы вертолет двигаться влево, если не был бы скомпенсирован другой силой. Именно для этого диск несущего винта слегка наклоняют вправо. Появившаяся горизонтальная составляющая подъемной силы будет компенсировать тягу хвостового винта и удержит вертолет от «дрейфа» влево. Таким образом, при наклоне вертолета вертикальная компонента подъемной силы компенсирует силу веса, а горизонтальная - тягу хвостового винта. Если все силы уравновешены, вертолет останется в неподвижном висении.

Подъем и снижение rc вертолета

Обратимся снова к рисунку 1, где подъемная сила лопастей ротора равна весу вертолета (следовательно вертолет поддерживает постоянную высоту висения). Для подъема вертолета увеличивают подъемную силу так, что она стала больше, чем вес. Скорость подъема модели зависит от величины разности между силой тяжести и подъемной силой несущего винта, развиваемого им на максимальной мощности двигателя в первый момент времени. Если сказать более точно, то скороподъемность вертолета пропорционально отношению разности между максимальной мощностью двигателя и мощностью, необходимой для висения модели, к весу модели.

Рис.5. Взлет вертолета со склона холма. Горизонтальная составляющая подъемной силы (ГПС) вызовет перемещение вертолета влево.

Очень важный момент, который необходимо учитывать при выполнении отрыве от земли, поясняет рисунок 5. Там изображена модель, которая взлетает с наклонной поверхности земли (для наглядности угол наклона преувеличен). Раньше подчеркивалось, что подъемная сила несущего винта ротора всегда перпендикулярна диску вращения лопастей. Поскольку в этой ситуации диск вращения наклонен вместе с вертолетом, то вектор подъемной силы из-за наклона раскладывается на вертикальную и горизонтальную составляющие.

Горизонтальная составляющая заставит вертолет переместиться влево, как только он оторвется от земли. Поэтому, если вы попытаетесь взлететь с неровной поверхности, то вертолет всегда будет дрейфовать в направление наклона поверхности земли. Поэтому лучше взлетать с горизонтальной поверхности.

Если же вы вынуждены запускать вертолет с неровной поверхности, диск ротора необходимо наклонить в противоположную сторону для обеспечения вертикального отрыва вертолета от земли. То есть ручка управления автоматом перекоса должна быть отклонена перед отрывом от земли вправо, и затем, как только вертолет окажется в воздухе, быстро переведена обратно в нейтраль. Так удастся обеспечить взлет без бокового перемещения.

Перемещения по горизонту

Рис.6. Горизонтальный полет модели осуществляется при увеличении подъемной силы (ПС) лопасти, проходящей над хвостовой балкой.

Здесь на рисунке показан вертолет в горизонтальном полете. Общий вектор подъемной силы лопастей несущего винта представляет собой сумму векторов тяги передней и задней лопастей несущего винта. Вектора подъемной силы лопастей несущего винта могут изменяться в зависимости от их положения относительно продольной оси модели.

Таким образом, появляется возможность управлять направлением движения модели в горизонтальной плоскости. Поскольку подъемная сила задней части диска вращения лопастей несущего винта больше, чем подъемная сила передней, то хвост модели поднимается, а ее нос опускается. Вертолет начинает движение вперед.

Рис. 7. Вертикальная составляющая подъемной силы (ВПС) компенсирует вес вертолета, а горизонтальная задает скорость горизонтального полета.

Когда вертолет движется вперед (рисунок 7), вертикальная составляющая суммарного вектора подъемной силы должна продолжать равняться весу вертолета, чтобы удерживать модель на постоянной высоте, а горизонтальная составляющая определяет величину тяги вертолета вперед. Включите радиоаппаратуру и передвиньте правую руку управления автоматом перекоса на передатчике вперед. Вы увидите, что автомат перекоса на модели наклонится вперед. Движение ручки обратно в нейтраль выравнивает автомат перекоса, а движение ручки к себе наклоняет его назад. Эти перемещения автомата перекоса управляют углом наклона продольной оси модели или тангажем. (Движение ручки вперед опускает нос, а движение ручки в обратную сторону поднимает нос.)

Для того, чтобы лучше понять, как это происходит, вновь передвиньте ручку управления вперед, наклоняя автомата перекоса. Пока аппарат перекоса наклонен полностью вперед, выключите приемник и передатчик. Автомат перекоса останется в наклоненном положении. Теперь мы можем проанализировать, как лопасти основного ротора вызывают наклон и горизонтальное перемещение вертолета. Медленно вращая рукой лопасти ротора, понаблюдайте за изменением их шага по азимуту (углу поворота лопастей вокруг вала).

Заметьте, что их шаг не постоянен, а циклически изменяется (поэтому закон изменения шага при вращении лопастей несущего винта вокруг вала называют «циклическим шагом»). Изменение шага лопасти по азимуту приводит к изменению их подъемной силы в зависимости от наклона автомата перекоса. Одна часть диска ротора имеет большую подъемную силу, чем другая. Вращая лопасти по часовой стрелке рукой вы можете ожидать, что для опускания носа модели максимальный циклический шаг лопасть должна принимать над хвостовой балкой вертолета. Но на деле лопасти будут достигать максимального шага на 90° раньше ожидаемого положения. Такое опережающее изменение шага лопастей необходимо из-за эффекта гироскопической прецессии.

Гироскопическая прецессия

Рис.8. Гироскопическая прецессия - сила, приложенная к диску ротора в точке А, проявится в 90 градусах от нее в направлении вращения лопастей (в точке В).

Вращающейся ротор вертолета ведет себя подобно гироскопу. Гироскопическая прецессия вызывает несовпадение вектора его перемещения с вектором силы, воздействующей на ротор-гироскоп. Это расхождение составляет примерно 90 градусов в направлении вращения от точки приложения силы (рисунок 8). Из-за гироскопической прецессии лопасть с возросшим шагом и лопасть с уменьшенным шагом достигнут своего максимального и минимального отклонения от горизонтальной плоскости (взмаха), повернувшись на 90 градусов.

Поэтому, например, для наклона вертолета вперед максимальный угол шага лопасти устанавливается, когда лопасть проходит положение перпендикулярное продольной оси вертолета. Соответственно максимальный ее взмах и тяга возникнет (из-за гироскопической прецессии), когда лопасть будет проходить над хвостовой балкой вертолета.

(Автор: В.Ковальчук, источник: журнал Моделизм спорт и хобби)

Азбука rc вертолетчика продолжение – часть-2