Радиоуправляемый вертолет (также RC вертолет ) — это модель самолета , которая отличается от RC самолета различиями в конструкции, аэродинамике и летной подготовке. Существует несколько основных конструкций RC вертолетов, некоторые из которых (например, с управлением общим шагом ) более маневренны, чем другие. Более маневренные конструкции часто сложнее в управлении, но выигрывают за счет больших возможностей для выполнения фигур высшего пилотажа . [1]
Средства управления полетом позволяют пилотам управлять коллективом (или дросселем, на вертолетах с фиксированным шагом), циклическим управлением ( тангаж и крен ) и хвостовым винтом ( рыскание ). [2] Управление ими одновременно позволяет вертолету выполнять те же маневры, что и полноразмерные вертолеты, такие как зависание и полет назад, а также многие другие маневры, которые полноразмерные вертолеты не могут выполнять, такие как перевернутый полет (где управление коллективным шагом обеспечивает отрицательный шаг лопастей, чтобы удерживать вертолет в перевернутом положении, а средства управления тангажем/рысканием должны быть изменены пилотом). [3]
Различные элементы управления вертолетом осуществляются с помощью небольших серводвигателей , обычно называемых сервоприводами. Твердотельный гироскопический датчик обычно используется на хвостовом винте ( рысканье ) для противодействия движению хвоста, вызванному реакцией ветра и крутящего момента. [4] Большинство новых вертолетов также имеют гиростабилизацию на других 2 осях вращения ( тангаж и крен ). Такой 3-осевой гироскоп обычно называется контроллером без флайбара , так как он устраняет необходимость в механическом флайбаре . [5]
Обычно двигатели представляли собой двухтактные двигатели, работающие на метаноле, но электрические бесщеточные двигатели в сочетании с высокопроизводительной литий-полимерной батареей (LiPo) теперь более распространены и обеспечивают улучшенную эффективность, производительность и срок службы по сравнению с щеточными двигателями, в то время как снижение цен делает их доступными для любителей. Также используются бензиновые и реактивные турбинные двигатели. [6]
Как и полноразмерные вертолеты, роторы моделей вертолетов вращаются на высокой скорости и могут стать причиной серьезных травм. Несколько человек погибли, некоторые совсем недавно, в 2013 году.
Обычными источниками энергии для вертолетов с дистанционным управлением являются тлеющее топливо (также называемое нитротопливом, нитрометаном - метанолом ), электрические батареи, бензин (бензин) и газотурбинные двигатели. В течение первых 40 лет вертолеты на тлеющем топливе были наиболее распространенным типом производимых. Однако за последние 10 лет вертолеты с электрическим приводом достигли такой степени зрелости, что мощность и время полета стали лучше, но, как правило, не такими продолжительными, как у вертолетов на тлеющем топливе.
Существовало два основных типа систем управления главными роторами: механическое микширование и электронное циклическое/коллективное микширование шага (eCCPM). Большинство ранних вертолетов использовали механическое микширование. Сегодня почти все вертолеты R/C используют eCCPM. [7]
Практические электрические вертолеты появились недавно, но быстро развивались и стали более распространенными, обогнав вертолеты на тлеющем топливе в общем использовании. Турбинные вертолеты также становятся все более популярными, хотя высокая стоимость делает их недоступными для большинства людей.
Первые радиоуправляемые вертолеты были оснащены двигателями внутреннего сгорания ( топливом Glow fuel , или нитро , а также газом или бензином в качестве источника топлива). Первоначальные «классы» вертолетов основывались на размере двигателя. Например, вертолет с двигателем объемом 0,30 куб. дюйма (4,9 см 3 ) относился к классу 30 , а вертолет с двигателем объемом 0,90 куб. дюйма (14,7 см 3 ) назывался вертолетом класса 90. Чем больше и мощнее двигатель, тем больше лопасть несущего винта, которую он может вращать, и, следовательно, тем больше самолет в целом. Типичное время полета для вертолетов с нитро составляет 7–15 минут в зависимости от размера двигателя и настройки.
В середине 1990-х годов появились два небольших электрических вертолета. Это были Kalt Whisper и Kyosho EP Concept, летавшие на 7–8 × 1,2 А·ч NiCad батареях с щеточными двигателями. Однако щеточные двигатели размера 540 были на пределе потребления тока, часто 20–25 ампер на более мощных двигателях, поэтому проблемы со щетками и коммутатором были обычным делом.
Последние достижения в области аккумуляторных технологий делают электрические полеты более осуществимыми с точки зрения времени полета. Литий-полимерные (LiPo) батареи способны обеспечить высокий ток, необходимый для высокопроизводительных фигур высшего пилотажа, оставаясь при этом очень легкими. Типичное время полета составляет 4–12 минут в зависимости от стиля полета и емкости батареи.
Раньше электрические вертолеты использовались в основном в помещениях из-за небольших размеров и отсутствия паров. Более крупные электрические вертолеты, подходящие для полетов на открытом воздухе и продвинутого высшего пилотажа, стали реальностью за последние несколько лет и стали очень популярными. Их бесшумность сделала их очень популярными для полетов вблизи жилых районов и в таких местах, как Германия , где действуют строгие ограничения по шуму. Нитровертолеты также были преобразованы в электрические с помощью коммерческих и самодельных наборов.
Самая маленькая модель вертолета с дистанционным управлением (Книга рекордов Гиннеса 2014 г.) — Silverlit Nano Falcon XS, продающаяся во многих магазинах игрушек (хотя она управляется по инфракрасному каналу, а не по радио), магазинах электроники и интернет-магазинах, ее стоимость составляет около 30 долларов (28 фунтов). Следующая по размеру — Nano Falcon, которая ранее удерживала рекорд самого маленького вертолета с дистанционным управлением.
На звание самого маленького несерийного дистанционно управляемого вертолета претендуют несколько моделей, в том числе семейство микровертолетов Pixelito, семейство Proxflyer и летающий робот Micro .
Недавнее новшество — это соосные электрические вертолеты. Простое управление направлением системы и отсутствие рыскания, вызванного крутящим моментом, в последние годы сделали ее хорошим кандидатом на небольших моделях для начинающих и/или использования в помещении. Модели этого типа, как и в случае полномасштабного вертолета, устраняют вращательный момент и могут иметь чрезвычайно быструю реакцию управления, оба из которых очень выражены в модели CCPM . Большинство более дешевых моделей не имеют автомата перекоса, но вместо этого используют третий ротор на хвосте для обеспечения управления по тангажу. Эти вертолеты не имеют управления по крену и имеют ограниченную подвижность.
В то время как соосная модель очень устойчива и может летать в помещении даже в тесных помещениях, такой вертолет имеет ограниченную скорость движения вперед, особенно на открытом воздухе. Большинство моделей имеют фиксированный шаг, то есть общий шаг лопастей не может контролироваться, плюс циклическое управление применяется только к нижнему ротору. Компенсация даже самого легкого ветра заставляет модель подниматься, а не лететь вперед даже при полном применении циклического . Более продвинутые соосные конструкции с двумя тарелками перекоса и/или управлением шагом (распространенные для полномасштабных соосных вертолетов, таких как Камовы ) были реализованы в качестве моделей в отдельных проектах, но не вышли на массовый рынок по состоянию на 2014 год [обновлять].
В последнее время конструкции мультироторных летательных аппаратов стали популярными как в хобби RC, так и в исследованиях беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Эти летательные аппараты используют электронную систему управления и электронные датчики для стабилизации летательного аппарата. Мультироторы, как правило, более доступны, просты в сборке и эксплуатации, чем вертолеты RC. Это сделало многороторные летательные аппараты привлекательной платформой для любительских проектов авиамоделирования и аэрофотосъемки. [9] [10]
Радиоуправляемые вертолеты Nitro подразделяются на следующие классы:
Современные радиоуправляемые вертолеты обычно классифицируются по длине главных лопастей (за редкими исключениями). Распространенные классы:
Радиоуправляемым вертолетам обычно требуется от 3 до 7 каналов для управления (хотя существуют также микровертолеты, которые используют 2-канальную инфракрасную систему управления). Небольшие вертолеты с фиксированным шагом используют 4-канальное радио ( дроссель , руль высоты , элероны , руль направления ); в то время как модели с общим шагом требуют минимум 5 каналов ( дроссель , общий шаг , руль высоты , элероны и руль направления ). 6-й канал часто используется для усиления гироскопа. 7-й канал обычно используется для управления регулятором двигателя для моделей с топливным двигателем. Из-за нормального взаимодействия различных механизмов управления, усовершенствованные радиостанции включают регулируемые функции микширования, такие как дроссель/коллектив и дроссель/руль направления. [11] Цены на радио варьируются от 50 до 3000 долларов США.
Ранние системы радиоуправления использовали амплитудную модуляцию (АМ) для передачи своих сигналов. В конце 70-х годов частотная модуляция (ЧМ) стала более распространенной.
Начиная с системы передатчиков Spektrum DX6 park flyer в 2006 году, RC flying начал отходить от различных более низких частот, которые были подвержены помехам и были менее надежными, чем новые протоколы расширенного спектра. Такие системы, как Spektrum и JR, используют метод DSM2 и более поздний метод DSMX с прямой последовательностью расширенного спектра (DSSS), где они передают по паре фиксированных каналов, выбранных при включении радио и приемника. Любые последующие системы будут избегать использования этих каналов и продолжать поиск другой неиспользуемой пары каналов.
Такие системы, как FHSS ( Futaba ) с частотным скачком ( Frequency-hopping spread spectrum ), используют скачкообразное изменение частоты в диапазоне 2,4 ГГц вместо различных частот в нижних диапазонах МГц. Преимущество заключается в том, что радиостанции больше не используют фиксированную частоту во время полета, что снижает риск помех на этой фиксированной частоте.
При любом из этих методов многие радиостанции могут передавать одновременно, не мешая друг другу. Системы Futaba меняют частоту примерно каждые две миллисекунды, поэтому даже если два передатчика используют один и тот же канал, они не делают этого долго. Пилот не заметит никаких ненормальных изменений в поведении модели в течение 1/500 секунды, пока они мешают. Это дает преимущество включения передатчика независимо от каналов, которые в данный момент используются радиостанциями других пилотов.
Один из недостатков 2,4 ГГц заключается в том, что необходимо соблюдать меры предосторожности при установке, поскольку некоторые материалы, такие как углеродное волокно, могут маскировать сигнал. В некоторых случаях необходимо использовать спутниковые приемники с вторичными антеннами для поддержания лучшей прямой видимости с радиопередатчиком . Еще один недостаток заключается в том, что стандарт 2,4 ГГц еще не разработан, поэтому приемники и передатчики можно смешивать независимо от их производителя.
Обучение управлению вертолетом с коллективным шагом RC требует времени и практики. Многие моделисты вступают в клубы, чтобы получать инструкции от опытных пилотов RC или следовать онлайн-руководствам. [12]
Радиоуправляемые вертолеты обычно имеют как минимум четыре элемента управления: крен - циклический шаг, руль высоты (продольный циклический шаг), руль направления (рыскание) и тангаж/газ (общий шаг/мощность). [3] Для простого полета радио обычно настраивается таким образом, что тангаж составляет около −1 градуса при 0% джойстика газа и где-то около 10 градусов при 100% джойстика газа. Также необходимо модулировать газ в сочетании с шагом, чтобы модель поддерживала постоянную скорость ротора. Это полезно для постоянных и плавных летных характеристик.
Если требуется пилотажная 3D-модель, то используется режим автоматического дросселя или холостого хода. В этом режиме общий шаг изменяется от отрицательного предела при 0%-ном входе ручки газа до положительного предела при 100%-ном положении ручки газа. С другой стороны, дроссель автоматически модулируется для поддержания постоянной скорости ротора и обычно находится на самом низком значении, когда ручка газа находится в центре, а шаг равен 0. Этот режим позволяет ротору создавать тягу вверх (используя отрицательный шаг), что, когда модель перевернута, обеспечивает устойчивый перевернутый полет. Обычно для такого типа полета используется более продвинутое компьютерное радио, которое позволяет настраивать микс дросселя и общего шага.
Циклическое управление и управление рысканием по определению не различаются в этих двух режимах, хотя пилоты 3D могут настроить свои модели так, чтобы они были гораздо более отзывчивыми.
Конструкция обычно изготавливается из пластика, стеклопластика, алюминия или углеродного волокна. Лопасти ротора обычно изготавливаются из дерева, стекловолокна или углеродного волокна. Модели обычно приобретаются в виде набора у одного из примерно дюжины популярных производителей, и на полную сборку уходит от 5 до 20 часов.
Эти модели вертолетов содержат множество подвижных частей, аналогичных тем, что есть на полноразмерных вертолетах, от автомата перекоса до ротора и всего, что находится между ними.
Конструкция вертолетов должна быть более точной, чем у моделей самолетов с фиксированным крылом, поскольку вертолеты подвержены даже самым незначительным вибрациям, которые могут вызвать проблемы во время полета вертолета.
Кроме того, небольшой размер и небольшой вес вертолетов R/C и их компонентов означает, что управляющие входы, особенно циклические (тангаж и крен), могут иметь очень быструю реакцию и вызывать вращение со скоростью, намного превышающей скорость эквивалентного ввода, которую может вызвать полноразмерный самолет. Такая быстрая реакция может сделать модель излишне сложной в управлении. По этой причине большинство моделей вертолетов имеют либо флайбар , либо электронное стабилизирующее оборудование.
Для уменьшения механической сложности и повышения точности управления автоматом перекоса в некоторых моделях вертолетов используется микширование циклического/общего шага .
Пилотажные полеты на вертолетах исторически следовали правилам Международной авиационной федерации , которые для вертолетов обозначены как F3C. Они включают в себя предопределенную процедуру зависания и высшего пилотажа.
Продвинутая форма полетов на радиоуправляемых вертолетах называется 3D. Во время 3D-полетов вертолеты выполняют сложные фигуры высшего пилотажа , иногда в свободной форме или в заранее определенном наборе движений, составленном организаторами соревнований. В мире проводится ряд 3D-соревнований, два из самых известных — 3D Masters в Великобритании и eXtreme Flight Championship (XFC) в Соединенных Штатах.
В 2008 году Международная авиационная федерация представила класс F3N в качестве временного класса для международных соревнований по 3D, а в 2010 году на пленарном заседании CIAM класс F3N получил официальное одобрение для соревнований, вступивших в силу 1 января 2011 года.
Правила F3N разработаны для обеспечения единого стандарта судейства по всему миру и предоставления странам возможности выставить команду на чемпионате мира, который проводится каждые два года. F3N проводится аналогично 3D Masters и 3DX с 3 типами раундов, состоящими из заданных маневров, свободного полета и полета под музыку.
В то время как некоторые компании используют RC мультикоптеры для аэрофотосъемки на малых высотах , съемок, охраны правопорядка и дистанционного наблюдения или инспекции, RC вертолеты обычно не используются в коммерческих целях. Одним заметным исключением является опрыскивание сельскохозяйственных культур с помощью больших RC вертолетов, таких как Yamaha R-MAX .
Правила Федерального управления гражданской авиации США от 2006 года, запрещающие все коммерческие полеты радиоуправляемых моделей и беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), были обновлены и требуют формальной сертификации FAA перед тем, как им будет разрешено летать на любой высоте в Соединенных Штатах. [13] Все коммерческие владельцы должны зарегистрироваться в FAA, а также пройти проверку знаний. Некоммерческие операторы должны регистрироваться только в том случае, если модели, на которых они летают, весят более 0,55 фунта (250 г).
Большинство радиоуправляемых вертолетов используют ручной передатчик с антенной, которая посылает сигналы на приемник вертолета, обычно на радиочастоте 27 МГц, 49 МГц или 2,4 ГГц. [14] Инфракрасные радиостанции также используются в некоторых моделях. Недостатком инфракрасных радиостанций является то, что они могут быть подвержены помехам от солнечного света или флуоресцентных ламп, [15] что делает их более подходящими для внутренних радиоуправляемых вертолетов.
Радиоуправление обычно имеет два джойстика, используемых для управления движением вертолета. На 4-канальном передатчике есть четыре различных режима, в которых могут быть установлены джойстики управления: [16]
Передатчики могут включать триммеры для каждой оси, чтобы исправить любое нежелательное движение вертолета.
В комплект некоторых радиопередатчиков входит зарядный кабель для зарядки аккумулятора вертолета от собственных аккумуляторов передатчика.
Некоторые вертолеты с дистанционным управлением можно контролировать со смартфона или планшета . Управление обычно осуществляется через загруженное приложение от производителя вертолета и часто напоминает физическое управление ручкой на передатчике или использует акселерометр , встроенный в мобильное устройство.
Инфракрасными вертолетами можно управлять с помощью ИК-бластера , подключенного к 3,5-мм аудиоразъему на мобильном устройстве. [17]
Другим используемым методом связи является Wi-Fi . Встроенный компьютер вертолета создает собственную беспроводную сеть , к которой подключается мобильное устройство с поддержкой Wi-Fi и обменивается данными с вертолетом. [18]
«Модельные» вертолеты могут быть опасны. Меры предосторожности, надлежащее обслуживание и понимание механики и летных характеристик моделей необходимы для предотвращения несчастных случаев. [19] Моделисты, которые летают на санкционированных площадках, обязаны соблюдать правила безопасности, установленные национальными организациями авиамоделистов. В Соединенных Штатах Академия модельной аэронавтики (AMA) публикует и обновляет правила безопасности для всех операций с авиамоделями, включая модели с фиксированным и вращающимся крылом. [20] В 2014 году несколько организаций, интересующихся беспилотными летательными аппаратами, в партнерстве с Федеральным управлением гражданской авиации запустили новую образовательную кампанию для пропаганды безопасных и ответственных полетов и предоставления рекомендаций любителям и коммерческим пользователям. [21]
В июле 2013 года 41-летний швейцарец был найден мертвым в Мауэнзее возле своей модели вертолета. У него были «тяжелые травмы головы и руки». [22]
Инцидент, произошедший в сентябре 2013 года в Нью-Йорке, продемонстрировал возможную опасность моделей вертолетов с дистанционным управлением, когда 19-летний энтузиаст, имевший большой опыт в управлении вертолетами с дистанционным управлением, погиб после того, как одна из лопастей его вертолета ударила его по голове. [23]
Миниатюрные вертолеты — это дистанционно управляемые вертолеты весом от нескольких граммов до ста граммов. Большинство из них производятся в виде игрушек, предназначенных для любителей и энтузиастов. Кроме того, существует множество компаний, изготавливающих прототипы для военных и охранных целей. Миниатюрные вертолеты — это популярные демонстрации новейших технологий в области миниатюризации . [24]
Примерами таких типов миниатюрных моделей являются E-Flite Blade CX и CX2 и Picoo Z , популярная потребительская модель. Наряду с Proxflyer , прототипом и основой для многих серийных моделей. Последний пример — это уникальный прототип и демонстрационный образец технологии, разработанный Seiko Epson и продемонстрированный на Международной выставке роботов в Токио, — летающий робот Seiko Epson Micro .
