Радиоуправляемый вертолёт

Электрический Align T-rex 450SE

В качестве силовой установки обычно используются 2-тактные калильные двигатели внутреннего сгорания (далее ДВС) или электрические бесколлекторные двигатели в связке с литий-полимерными аккумуляторными батареями. Электрический вариант на данный момент более распространён в связи с простотой использования и относительной дешевизной установки. Также, на РУ вертолёты устанавливают бензиновые и газотурбинные двигатели.

ДВС (работающий на смеси нитрометана, метанола и касторового/синтетического масла) вертолёты делятся на классы, в зависимости от объёма двигателя:

• 30 класс, объём двигателя 0,30 куб. дюйма (5,5 см³)
• 50 класс, объём двигателя 0,50 куб. дюйма (8,2 см³)
• 60 класс, объём двигателя 0,6 куб. дюйма (10 см³)
• 90 класс, объём двигателя 0,9 куб. дюйма (15 см³)

Чем больше объём двигателя, тем длиннее лопасти он может раскрутить, следовательно и сама модель крупнее. Время полёта таких вертолётов от 7 до 14 минут, в зависимости от объёма двигателя, тюнинга и стиля пилотирования.

Вертолёты с бензиновой силовой установкой являются довольно неплохой заменой калильным ДВС, к плюсам можно отнести:

• Меньший расход топлива.
• Дешевизну бензина (примерно в 20 раз дешевле) относительно топлива для калильных ДВС.
• Относительную «чистоту» выхлопа (вертолёт и его оборудование остаётся достаточно чистым после полётов).
• Высокую продолжительность полётов.

К минусам же можно отнести:

• Большие размеры: вертолёты с бензиновым ДВС — это модели класса 90 ввиду больших размеров установки.
• Не очень большая тяговооружённость: бензиновый двигатель гораздо тяжелее калильного, а прибавка в мощности не столь велика. Так что при размерах 90 класса, модель получается довольно вялая.
• Сложность конструкции в целом и, зачастую, необходимость переделки рамы для установки двигателя.

Большое количество минусов с лихвой покрывают эти плюсы, поэтому модели с бензиновым ДВС не обрели столь широкую популярность среди моделистов.

Долгое время электрические вертолёты использовали в основном в помещении ввиду малого размера и отсутствия выхлопа. Затем появились большие модели электровертолётов, предназначенных для полёта на открытых пространствах и исполнения сложных манёвров. ДВС вертолёты также возможно оборудовать электродвигателем с помощью специальных наборов (китов) или вручную.

Самый маленький РУ электровертолёт в мире — Silverlit Nano Falcon[4] (надо заметить, что этот вертолёт управляется при помощи инфракрасного излучения, а не радиоволн).

Различают классы вертолётов:

• 100: длина лопасти основного ротора 70-190 мм, полётный вес модели 50-150 грамм;
• 250: длина лопасти основного ротора 200—210 мм, полётный вес модели 250—350 грамм;
• 400: длина лопасти основного ротора 230—250 мм, полётный вес модели 300—500 грамм;
• 450: длина лопасти основного ротора 290—350 мм, полётный вес модели 800—1200 грамм;
• 500: длина лопасти основного ротора 420—450 мм, полётный вес модели 1700—2200 грамм;
• 550 (30-й класс): длина лопасти основного ротора 550—570 мм, полётный вес модели 2500-3500 грамм;
• 600 (50-й класс): длина лопасти основного ротора 600—620 мм, полётный вес модели 3300-4000 грамм;
• 700 (60-й класс): длина лопасти основного ротора 690—720 мм, полётный вес модели >4000 грамм;

В моделях вертолётов, так же могут использовать и турбореактивные двигатели. В целом устройство довольно просто: поток воздуха от турбины попадает на крыльчатку винта, который в свою очередь передаёт крутящий момент на основной ротор. Но проблема заключается в том, что для правильной работы турбины, необходимо установить большое количество дорогостоящей электроники для управления подачей топлива, температурой, оборотами и дросселем. Ввиду этих фактов, турбины используют в вертолётах крайне редко и в основном в копийных моделях, для создания большей реалистичности.

Электрический E-flite Blade 400 3D

Существует несколько основных конструкций РУ вертолётов, отличающиеся стабильностью или манёвренностью. Маневренность даёт больше возможностей для исполнения сложного пилотажа, но добавляет сложности в управлении.

• Классическая схема (несущий винт + рулевой винт) с управлением коллективным шагом.
• Классическая схема (несущий винт + рулевой винт) без управления коллективным шагом.
• Соосная схема: пара разнонаправленных несущих винтов на одной оси. Данный вид моделей обладает гораздо большей стабильностью по сравнению с классической схемой, что делает модель идеальной для новичков и/или полётов в закрытом помещении. Но у этой схемы есть минусы:
  • большинство таких моделей обладают фиксированным шагом, что значительно упрощает модель, но ухудшает управление модели по курсу
  • невозможность полётов на улице в ветреную погоду.
• Многовинтовая схема (мультикоптер): всё большую популярность при создании самостабилизирующихся микровертолётов и микровертолётов с автопилотом набирает многовинтовая схема (на жаргоне моделистов — «мультикоптер»), а чаще всего — квадрокоптер — схема с четырьмя винтами, расположенными на концах осесимметричной крестовины. При этом используется как схема Х так и +. Помимо квадрокоптеров используются схемы с 3, 6, 8 лучами. На каждом луче может устанавливаться как один, так и два винта.
• Другие (например, продольная схема: два разнонаправленных несущих винта).

Ввиду сложности механического управления, вертолётные передатчики должны обладать функцией микширования каналов, к примеру: «кривая» шаг/газ.

Цены на передатчики варьируются от $100 до $2000. Самые известные производители радио аппаратуры: JR, Spektrum, Futaba, Hitec, Sanwa (так же известна как «Airtronics» в Северной Америке). Более бюджетные Turnigy.

Передатчики излучают ЧМ сигнал в двух видах модуляции.

PPM дешевле, чем PCM, и в основном используется в дешёвых моделях вертолётов. Большая вероятность помех не позволяет установку такого оборудования на крупные модели ввиду высокой опасности в случае помехи. Передатчики высокого класса предоставляют как PCM-, так и PPM-модуляцию для большей совместимости с большим количеством приёмников.

Импульсно-кодовая модуляция — схема, в которой требуемое положение для каждой сервомашинки передаётся в виде закодированного числа. Производители используют свой собственный метод кодирования этого числа с разным количеством бит и точностью. JR использует Z-PCM (10 бит, 512 значений) затем S-PCM (11 бит, 1024 значений).

Импульсно-позиционная модуляция — схема, в которой для каждой позиции сервомашинки передаётся определённая длительность импульса.

Spektrum

Методы расширения спектра — система, основанная на смене частоты в канале 2,4 ГГц, вместо использования разных частот в мегагерцовом диапазоне, эта система не использует только одну частоту, а меняет её на протяжении всего полёта.

Аппаратура управления даёт возможность изменять коллективный шаг и подачу воздушно-топливной смеси в двигатель (посредством так называемых кривых в графиках, также может использоваться гувернёр для контроля за дроссельной заслонкой), коллективный шаг и шагом хвостового ротора. Такая аппаратура позволяет радиоуправляемому вертолёту исполнять все манёвры, на которые способен настоящий вертолёт, такие как висение и полёт хвостом вперёд, а также огромное количество манёвров, на которые обычные вертолёты не способны.

За управление на самом вертолёте отвечают так называемые сервомоторы (сервомашинки или просто серво). Сервомашинки связаны с тарелками автоматов перекоса несущего винта (1-4 шт), отвечая за коллективный и циклический шаг несущего винта (или винтов); и рулевого винта (1 шт).

РУ вертолёт обладает нулевой собственной стабильностью по оси курса. Для решения этой проблемы применяются электронные пьезо-гироскопы. На основе сигнала полученного с гироскопа электроника демпфирует угловые перемещения модели вокруг оси курса[5]. Таким образом без команды на изменение курса с пульта аппаратуры управления вертолёт либо не изменяет курс, либо устанавливает хвостовую балку по реальному полёту модели. Гироскоп связан с сервомашинкой управляющей шагом рулевого винта в классической схеме либо с «V-tail» микшером обоих двигателей в соосной схеме. В микромоделях классической схемы гироскоп управляет оборотами рулевого винта.

В большинстве своём устройство модели вертолёта схоже с полноразмерными вертолётами. Рынок, однако, предлагает широкое разнообразие упрощённых вариантов. Модели могут различаться по количеству каналов управления:

Heli-Max Axe Micro CX — микровертолёт соосной схемы управления рядом с мобильным телефоном.

2-канальные. Управляется посредством изменения оборотов несущего винта (винтов) и вращением вокруг собственной оси. Последнее реализуется либо с помощью изменения оборотов рулевого винта, либо (в соосной схеме) изменением скорости вращения одного (или обоих) из несущих винтов. Модель балансируется так, чтобы при полёте она с небольшой скоростью шла вперёд по курсу.

3-канальные. В отличие от 2-канальных моделей, добавлена возможность управлением тангажом. Реализуется либо автоматом перекоса, либо небольшим специальным винтом, расположенным на балке и направленным вверх.

4-канальные. В отличие от 3-канальных моделей, добавлена возможность управлением креном. Управление по каналам тангажа и крена реализуется автоматом перекоса (Например, E-sky Lama).

5-канальные. В отличие от 4-канальных моделей, добавлена возможность управления коллективным шагом несущего винта. Управление хвостовой балкой осуществляется путём изменения шага рулевого винта.

6-канальные. В отличие от 5-канальных моделей, добавлена возможность управления чувствительностью гироскопа.

7-9-канальные. Более шести каналов требуют пилотажные модели вертолётов. Как правило, один канал требуется для управления иглой карбюратора (регулировка смеси) и пара каналов для управления гувернером. Последний требуется для поддержания заданных оборотов ротора вне зависимости от значения шага. Для выполнения большинства фигур пилотажа удобнее сохранение постоянных оборотов ротора, поскольку при смене оборотов заметно меняется реакция на ручку шаг-газ. Гувернер, измеряя обороты основного ротора, управляет дроссельной заслонкой так, чтобы обороты оставались неизменными.

Независимо от перечисленного радиоуправляемые вертолёты могут иметь каналы управления дополнительными, не относящиеся непосредственно к управлению полётом, функциями (уборка/выпуск шасси, прожекторы, огни, камеры и прочее). Эти каналы, как правило, дискретные.

Наиболее популярные радиоуправляемые вертолёты обычно имеют 4 и более каналов:

• Элероны (Крен — Циклический шаг);
• Элеватор (Тангаж — Циклический шаг);
• Руддер (Рысканье);
• Коллективный Шаг/Дроссель(Шаг/Газ).

Для исполнения сложного пилотажа необходимо настроить специальный режим «idle». В этом режиме диапазон шага начинается в его максимальном отрицательном шаге и заканчивается в максимально положительном (обычно от −10° до +10°). С другой стороны кривую газа настраивают так, что в крайних положениях ручки шаг/газ заслонка открыта на максимум, а в центре заслонка открыта на своё минимальное необходимое значение. Такая настройка позволяет менять направление тяги создаваемой основным ротором с целью получения возможности пилотировать модель в перевёрнутом состоянии.

В случае с циклическим шагом и рысканием, пилоты обычно не применяют никаких изменений при переключения из нормального режима полёта в режим «idle». При необходимости, современные аппаратуры управления позволяют изменять и подстраивать их под свой стиль пилотирования.