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遙控直昇機初學入門:遙控直昇機手冊

遙控直昇機初學入門:遙控直昇機手冊

直昇機有別於傳統的飛機,能夠前進、後退、橫移、停懸 . .等,甚至R/C直昇機能倒著飛,一般的飛機叫定翼機,直昇機又叫迴旋翼機,顧名思義直昇機的翅膀是轉個不停,功用相當於定翼機的主翼。旋翼轉動後產生對空氣速度,附以翼型和攻角就產生昇力,其昇力是垂直向上的,但這只能使直昇機上升下降,又如何能使直昇機前後左右的移動,可見有水平的力量產生。直昇機飛行主要是靠力的合成與分解,直昇機停懸時昇力等於重力,當前進時原來的昇力傾斜分成垂直和水平兩分力,水平分力使直昇機前進,垂直分力抵消重力使直昇機不下墜,但原來的昇力分為水平和垂直兩分力後,垂直分力必小於重力,使直昇機往下掉,所以必須加大垂直分力,這也是推降舵前進時需加一點油門使直昇機不下墜的原因。其他如後退、橫移也都是同一個道理,只是方向不同罷了。尾旋翼的功用是平衡主旋翼的反扭和改變機身的方向。

直昇機飛行原理
直升機的前飛
直升機的前飛,特別是平飛,是其最基本的一種飛行狀態。直升機作為一種運輸工具,主要依靠前飛來完成其作業任務。為了更好地瞭解有關直升機前飛時的飛行特點,從無側滑的等速直線平飛人手,有關上升率Vy不為零的前飛(上升和下降)留在下一節介紹。 直升機的水平直線飛行簡稱平飛。平飛是直升機使用最多的飛行狀態,旋翼的許多特點 在乎飛時表現得更為明顯。直升機平飛的許多性能決定於旋翼的空氣動力特性,因此需要首 先說明這種飛行狀態下直升機的力和旋翼的需用功率。
平飛時力的平衡
相對於速度軸系平飛時,作用在直升機上的力主要有旋空拉力T,全機重力 G,機體的廢阻力 X身及尾槳推力T尾。前飛時速度軸系選取的原則是: X鈾指向飛行速度V方向; Y軸垂直於X軸向上為正,2軸按右手法則確定。保持直升機等速直線平飛的力的平衡條件為(參見圖2.1—43) 。

X軸:T2=X身
Y軸: T1=G
Z軸:T3約等於T尾
其中 Tl, T2, T3分別為旋翼拉力在 X, Y,Z三個方向的份量。 對於單旋翼帶尾槳直升機,由於尾槳軸線通常不在旋翼的旋轉平面內,為保持側向力矩 平衡,直升機稍帶坡度角 r,故尾槳推力與水平面之間的夾角為 y,T尾與T3方向不完全 一致,因為 y角很小,即cosr約等於1,故Z向力採用近似等號。

平飛需用功率及其隨速度的變化
平飛時,飛行速度垂直份量Vv=0,旋翼在重力方向和Z方向均無位移,在這兩個方向的分力不做功,此時旋翼的需用功率由 三部分組成:型阻功率——P型;誘導 功率——P誘;廢阻功率——P廢。其中第三項是旋翼拉力克服機身阻力所消 耗的功率。
  從上圖可以看出,旋翼拉力的 第二分力 T2可平衡機身阻力 X身。對旋翼而言,其分力T2在X軸方向以速度V作位移。顯然旋翼必須做功,P =T2V或P廢=X身V,而機身廢阻X身 在機身相對水平面姿態變化不大的情況 下,其值近似與V的平方成正比,這樣 廢阻功


平飛需用功率隨速度的變化
率P廢就可以近似認為與平飛速 度的三次方成正比,如上圖中的點劃線所示。
   平飛時,誘導功率為P誘=TV,其中T為旋翼拉力, vl為誘導速度。當飛行重量不變 時,近似認為旋翼拉力不變,誘導速度271隨平飛速度 V的增大而減小,因此平飛誘導功率 P誘隨平飛速度V的變化如上圖中細實線所示。
  平飛型阻功率屍型則與槳葉平均迎角有關。隨平飛速度的增加其平均迎角變化不大。所以P型隨乎飛速度V的變化不大,如圖中虛線所示。
  圖中的實線為上述三項之和,即總的平飛需用功率P平需隨平飛速度的變化而變化。 它是一條馬鞍形的曲線:小速度平飛時,廢阻功率很小,但這時誘導功率很大,所以總的乎 飛需用功率仍然很大。但比懸停時要小些。在一定速度範圍內,隨著平飛速度的增加,由於 誘導功率急劇下降,而廢阻功率的增量不大,因此總的平飛需用功率隨乎飛速度的增加呈下 降趨勢,但這種下降趨勢隨 V的增加逐漸減緩。速度繼續增加則由於廢阻功率隨平飛速度 增加急劇增加。平飛需用功率隨 V的增加在達到平飛需用功率的最低點後增加;總的平飛 需用功率隨 V的變化則呈上升趨勢,而且變得愈來愈明顯。

直升機的後飛

相對氣流不對稱,引起揮舞及槳葉迎角的變化
直升機的側飛
側飛是直升機特有的又一種飛行狀態,它與懸停、小速度垂直飛行及後飛 一起是實施某些特殊作業不可缺少的飛行性能。一般側飛是在懸停基礎上實施 的飛行狀態。其特點是要多注意側向力 的變化和平衡。由於直升機機體的側向 投影面積很大,機體在側飛時其空氣動 力阻力特別大,因此直升機側飛速度通 常很小。由於單旋翼帶尾槳直升機的側 向受力是不對稱的,因此左側飛和右側 飛受力各不相同。向後行槳葉一側側飛,旋翼拉力向後行槳葉一例的水平份量大於向前行槳葉一側的尾槳推力,直 升機向後方向運動,會產生與水平份量反向的空氣動力阻力Z。當側力平衡時,水平份量等於尾槳推力與空氣動力 阻力之和,能保持等速向後行槳葉一側側飛。向前行槳葉一例側飛時,旋翼拉 力的水平份量小於尾槳推力,在剩餘尾槳推力作用下,直升機向民槳推力方向一例運動,空氣動力阻力與尾槳推力反向,當側力平衡時,保持等速向前行槳葉一側飛行。

直昇機練習篇
練習   練習   再練習 !
努力是必要的
    各位玩直升機的同好們,不知道你們每個禮拜是不是都能抽出固定的時間在玩直升機嗎?不管是颳風下雨(當然颱風跟暴雨是例外的)都勤練不輟.....? 直升機的飛行技術要進步的話,除了練習之外,還是練習......。相信許多同好都知道這個道理;想要達到更高的境界,就必需付出更加倍的努力。要做到隨心所欲,操控自如,唯有「練習」唯一途徑。 RCT接觸過不少國內F3C的高手,在閒聊之時得知,他們在平常時候的練習,一天吃掉8公升的燃油是一件常有的事......用大量的燃油燒出熟練的飛行技術。誠心建議正在讀這篇報導的「青蛙跳」初學者抱著堅定的決心來練直升機。雖然這是很累的一件事,但如果能努力連續飛行用掉1~2公升的話,相信經過1~2個小時之後,就可以自由在地操控機體了。
    從青蛙機到直升機
相信再怎麼忙的人,一個禮拜當中也該可以抽出2~3個小時來做飛行練習飛吧。只要有連續性的練習時間,飛「青蛙機」的初學者也應該不久就可以進入到能夠長時間遙控直升機飄浮在空中才對。    「青蛙跳」飛行是讓初學者在一開始的時候令他們人提心吊膽的事,但在持續的練習中便也漸漸習慣了,除了飛行高度能夠稍微升高一點,並且浮在空中的時間也加長了,然而粗學大意的話,還是會摔機的,為何會摔機呢?    覺得自己笨嗎?別灰心!從現在起,「笨」字將離你遠去。理想的情形是在不使直升機摔落時,一邊練習一邊變得順手。在一開始的時候就能夠做觔斗的人幾乎沒有(但有練習直升機的過程中,一次也沒摔就會觔斗的大有人在),剛開始的時候就做這樣的要求也許是很困難的,但如果可以連續在空中浮超過5分鐘以上的話,就能夠達成不摔機就學會飛直升機的境界,現在,RCT把這個秘密教給看這篇報道的讀者;也請看過的讀者保守這個秘密!
    不著陸就不會壞?
為什麼直升機會摔落?這是直升機撞擊到地面的緣故,如果能夠繼續飛行在空中的話,機體應該就不會摔壞.......。哈!在反覆的「青蛙跳」練習中,副翼打右舵,機體會出現右傾,升降舵打上舵,機頭將往上抬起來。這是機體一連串的正常反應動作。然後就想慢慢延長機體浮的時間,這是人之常情。但就算知道如此,還是會發生摔機。為什麼會這樣呢?因為,打錯舵啦!大多數的初學者在打錯舵之後,在還沒確切掌握當時的情況下,就會緊急地拉下油門搖桿,讓發動機進入低速狀態。本能直覺悟的搶救動作,結果反而演變成機體摔落地面的慘劇。為了防止這樣的情況發生,「青蛙跳」練習飛行時,與其莫名其妙粗暴地操作油門搖桿讓機體起降,還不如把心思放在接下來的可能會發生的事,以減少突如其來的錯愕感;或盡可能把損壞減少到最低限度:

   
1.常保持機體與地面完全平行,呈現垂直於地面的起降姿態,並注意著陸的動作(請參閱圖1)。  2.讓機體慢.......慢的上升,慢......慢地著地。 3.讓機體稍微稍程往前滑行的方式著陸(請參閱圖2)。如果能夠做到保持垂直姿態的話,就沒這個必要。4.逆風飛行(機頭迎著風吹來的方向)。記著以上4個重點來練習吧,尤其是第1跟第2點最重要。不要懷疑!就算是被極為「高手」的玩家,能漂漂亮亮的完成這兩點的也不多見。剛開始練習直升機的人,只要常將這兩點銘記在心,未來一定有機會成為真正的直升機飛行高手!說到這裡,RCT原以「莫忘初學」這四個字來跟所有直升機同好互勉。因為,我們常常可以見到高手在技術成長之後,忘記了初學的一些基本功,以至於在竟賽時,終是給人一種基礎不夠紮實的感覺,這樣子怎麼能贏得裁判的青睞呢! 從直徑1.2公尺的圓形起降區垂直起飛至眼睛高度,停息10秒.再垂直降落於直徑1.2公尺的起降區中心(請參閱圖3)。如果能做到這樣的境界,這才具有高手的基本條件;但如果還做不到.....「高手」二字還需要多多磨練了。


保持決不放棄的的理念
       早年曾聽聞過一件事,話說國內某位F3C級的選手,在某年全國賽的開賽前,邀請擔任該次全國賽裁判的友人來做賽前指導,結果機體才一離陸,該名裁判友人即大呼:「降落!」正當F3C選手一頭霧水之際,該名裁判友即說到:「如此不堪入目的起降動作,到了正式比賽,裁判怎麼會有好印象......。接不來的動作就別指望取得高分了!就這樣,那位FC選手花了整整一禮拜的時間,什麼樣課目的動作都有沒練,只有在做垂直起降的練習...........。 事隔多年,RCT蔡總編要去比「89年度全國直升機甲、乙、丙組技能檢定賽」的丙組賽事。為此他卯足了力氣想直升機穩穩地停息在同一個位置。不過,他的師父葉富田可不這麼認為,他要求蔡總編從基礎的垂直起降重新練起,並要他全神慣注他細觀察機體的姿態變化,輕微的移動都要察覺到。這真的是苦了蔡總編,才一個早上的時間練下來,推油門的右手姆指差點就被搖桿給扎破個洞;而眼睛也差一點就 「拓窗」。說真的,有時候想一想,起降整個飛行基本中的基本,但卻也是最難學精的。想學好直升機飛行技術的初學者,不打好這個困難的起降基礎是不行的,一旦解決這個困難,往後的操控學習將變得簡單。請銘記在心,保持決不放棄的信念,持續地練習下去吧......。
    從靜止到慢慢移動
    許多初學者在一桶燃料裡可不著陸連續停息將近10分鐘時,終會在心裡頭激動地說;「我終於學會了停息!已經學會停息的同好,如果你回頭過去那段從」青蛙跳」到停息的往日時光,肯定是五味俱全。雖然說,接下來要進入上空飛行的練習並沒那麼簡單,直升機要重複練習來累積技術,而非一朝一夕可成的。目前為止,我們只考慮到讓機體,「靜止」的停息練習,但接下來則要開始「移動」了。 現在,站在直升機的正後方,絕對不能讓機體的側面或正面對著你,請面向機尾,然後慢慢地...慢慢地先向右側移動約5公尺,保持機體既有的方向,這時候你就能看到機體左側面,並且在這個位置上讓機體靜止,接下來,再開始慢慢地向左側移動約10公尺。OK!機體在此靜止,這時候你已經看到一大半的機體右側面了。以上的飛行練習如果能確實掌握的話,這就已經具備參加,「直升機丙組檢定賽」的資格了。接下來,再把機體橫移到距離自己約20公尺處的位置。這時候機乎已經可以完全看到機體的整個側面了。請參閱圖5。

對初學者而言,會導致摔機的原因,90%是來自於緊張所帶來的思緒混亂,造成舵面操作錯誤。而剩下的10%則是機體裝備上的總問題;或是」NO」控(電波失去控制)。
    學習不如習慣
       就算是搖搖擺擺能夠長時間持續機體停息的人,也應該說是已經瞭解操控的意義。上空飛行時,副翼稍向左邊傾斜並沒什麼,很快地就可以習慣了。剛才的練習也是,一連串的操控,不論機體的遠近應該都是一樣的。隨著距離愈來愈遠,就會愈容易看到直升機,於是乎心跳加速........一開始的時候,還是近一點的距離練起,就從1公尺開始好好練習吧!現在,我們以20公升的燃油來挑戰這個目標,對有些同好來說,這已經足夠了,當然,有些時候可能是不足的。但不管如何,最重要的是,萬一在這個階段發生摔機,請千萬別氣別灰心,繼續奮鬥吧,相信很快地你會發覺遙控直升機真的很好玩;尤其是動了想要參加比賽的念頭時。
    參加比賽很有趣味
    練習了這麼久,相信總是希望能有機會跟更多的同好互相切搓技術吧!沒問題!比賽是一個十分恰當的場合,就從這裡著手。不要擔心,也不要害怕,只要全力拿出你平時的練習水準,就算是輸掉名次,也不須自責,但如果能拿到獎盃的話,相信你會終身熱愛遙控直升機的。讓我們一起練習,互相加油吧。加油、加油、加油.......!!!

遙控直昇機上空飛行 —— 航線
直升機的動作目前有兩種流行趨勢,一種為驚險刺激的3D飛行,其飛行中絕大部分進行令人眼花繚亂的真直升機完全做不到的倒、退飛中夾雜橫滾、斤斗、死亡螺旋等動作,使直升機始終在臨界負荷狀態下飛行,精神高度緊張,稍有疏忽,摔機後損失慘重,所以適合3D飛行的飛機都力求簡單、易維修、便宜。另外一種是多年延續下來的3C飛行,它受正規嚴謹的訓練,力求動作準確優雅,充分展示直升機不同於其它形式飛機的飛行特點,對飛機器材等要求較高,有國際航聯規定的多套動作可作訓練、比賽。其缺點為練習時需多人互相促進,動作練習時未免枯燥乏味。它的比賽動作分為靜動作和高空動作,高空動作又以上空飛行的航線練習為基礎之基礎,下面就為大家講一下航線的練習方法。   
我們在八十年代中後期練習航線時,當時的飛機還不完善,舵機、陀螺(那時哪有鎖頭陀螺!)等各部分安裝調整的問題很多、差別很大。現在好了,直升機經過多年大浪淘沙、推陳出新,器材方面各廠模型性能都比較好,只要組裝模型正確、各活動關節滑快,飛行時發動機工作正常,適當調整就可以進行上空飛行的練習。這裡重點給大家介紹一些練習方法。  
上空飛行之前要有紮實的左右側懸停基礎,可先進行側懸停平視高度左右平移並逐漸加快平移速度的練習,這種練習主要是練習控制飛機速度的能力,此種練習要達到既可將飛機加速飛行,也可以以準確的桿量將快速飛行的飛機機速控制住,還能減速將飛機停下來。  
初次上空飛行可採取圖一的形式,(順便講明,直升機在慢速前進時,因直升機機體本身與風相對運動也產生一些升力,所以直升機只比懸停時稍加一點油門,就可以升空慢速跑航線了)逐漸加大距離。返回的路線為原路退回。在逐漸熟悉飛機在高空姿態觀察以後可以按圖二的航線飛行。在爬升轉彎以後可以稍加速。圖三解釋的是順時針單旋翼直升機在加速飛行時,因旋翼每旋轉一周分頂風、順風面,會產生一個升力差,速度越大越明顯會機體往右傾斜,需壓左副翼修正,同樣,機體本身有自律安定性,克服反扭力矩的右尾槳舵也顯偏大,機頭要修左來糾正(現在多數的陀螺帶鎖頭功能,也就很不明顯了)。
   
圖一


圖二

圖三


圖四


圖五


圖六


好了,現在我們可以上天了。圖四所畫的是直升機標準的轉彎航線。開始的時候逐漸壓右副翼、右尾槳稍微拉一點升降舵使飛機剛剛能轉過彎即可,圖中列舉了兩種過度打尾槳和尾槳舵量不夠的情況,需要注意的是開始的時候以慢機速前進,轉彎時副翼、尾槳舵量要小,使飛機以緩坡度大半徑轉彎。一旦直升機在沒有機速或是機速很小的情況下副翼量過大的話,將會導致直升機側滑甚至摔機。在有機速的前提下直升機依靠慣性就可以像固定翼那樣打副翼、拉桿轉彎了(圖五)。剛上天的愛好者如果場地允許可以採取圖六的方式讓飛機以一個方向繞著操縱者進行小航線體會飛機在天上時的各種桿量-------需要講明的是這僅是一個權宜之計,每個人在練習飛行時都會有一個方向(或左或右)順手,一個方向怎麼飛都彆扭,進行任何一個新動作的練習時不妨先從順手的那一面練習,掌握一些了再舉一反三,從另一面加強練習,達到兩面都『順手』的程度,圖十三是容易犯的毛病,應仔細對照克服。  
好了,飛機已經上天了,但它怎樣才能安全返回著陸呢?從練習懸停的那天起就盼著上天,真的上天飛行的時候千萬不要緊張,腦子裡一定要將提前考慮好的地面練習的航線、舵量等清醒地、清楚地再現,並從手上的操縱中體現出來。千萬不要腦子裡一片空白,一通亂給桿------不摔才怪! 著陸航線可以按著圖二所示航線的反向軌跡,逐漸減油門降低高度著陸,此種方式也為權宜之計(讓初次上空飛行的人克服心理障礙,先能夠安全地上去、安全地返回)。實際飛行中應用最廣泛的方法是圖七所示直升機以中高機速30~50米高度飛行,在頂風飛到差30度角至正前方時,1.逐漸減小油門使飛機以柔和的角度慢速下滑,2.著陸動作開始,拉桿逐漸減小飛機前進速度並適當加一些油門,3.飛機前進速度為零時推桿至水平並加油門到懸停點懸停。這個動作要經過反覆練習才能逐漸掌握飛機向高度、速度、拉推桿時機等等。千萬不要急於求成,否則事倍功半。圖十二為容易犯的錯誤(稍有誇張),這樣會減少旋翼轉數,操縱不靈、摔機。

圖七

  
圖八

  
圖九

  
圖十

  
圖十一

  
圖十二

  
圖十三

  
圖八所示為各種著陸角度進入軌跡,請初次練習者對號入座看看自己屬於哪一種狀態,有針對性地糾正。初次練習高空飛行的人容易走兩個極端,一是飛得太快,最終控制不住方向、控制不住機速而導致摔機。一種是飛得太慢變成運距離高空懸停,打副翼側滑也容易摔機。還有一種是如圖九所示,處理不好在平視高度的桿量減速懸停不當。  
高空航線稍有熟練、能安全起降後就應按圖十所示規範自己的站位、動作軌跡、飛機速度等,達到次次飛出高質量的動作。高空航線、軌跡都飛行熟練的前提下可試著按F3C練習、比賽時轉彎練習——失速倒轉轉彎180度加速。圖十一右面為理想飛行軌跡,左面為容易犯的錯誤。這種方式的轉彎必須有足夠的機速、熟練的上空操縱技術、膽大心細才能完成。它的動作質量直接影響每一個動動作的完成。  
總之高空飛行對於練習直升機來說是一個頗具挑戰的重要階段,它和剛開始的懸停練習有一定的關聯,但又是一個嶄新的領域,掌握了高空航線飛行可以將飛機飛得更高、更快、更具觀賞性,可以使自己的飛行興趣更濃,打好了高空航線的基礎、使用精心調整的高精度飛機,F3C的規定動作的練習將易如反掌。


充電池的基礎知識
充電電池的基本認識
A、鎳鎘電池(Ni-Cd)
電壓:1.2V                          使用壽命為:500次
放電溫度為:-20度~60度            充電溫度為:0度~45度
備註:耐過充能力較強。

B、鎳氫電池(Ni-Mh)
電壓:1.2V                           使用壽命為:1000次
放電溫度為:-10度~45度             充電溫度為:10度~45度
備註:目前最高容量是2100mAh左右。

C、鋰離子電池(Li-lon)
電壓:3.6V                          使用壽命為:500次
放電溫度為:-20度~60度            充電溫度為:0度~45度
備註:重量比鎳氫電池輕30%~40%,容量高出鎳氫電池60%以上。但是不耐過充,如果過充會造成溫度過高而破壞結構=>爆炸。

D、鋰聚合物電池(Li-polymer)
電壓:3.7V                          使用壽命為:500次
放電溫度為:-20度~60度            充電溫度為:0度~45度
備註:鋰電的改良型,沒有電池液,而改用聚合物電解質,可以做成各種形狀,比鋰電池穩定。

E、鉛酸電池(Sealed)
電壓:2V                            使用壽命為:200~300次
放電溫度為:0度~45度              充電溫度為:0度~45度
備註:就是一般車用電瓶(它是以6個2V串聯成12V的),免加水的電池使用壽命長達10年,但體積和最量是最大的。

新買電池充電的名詞解釋
A、充電率(C-rate)
   C是Capacity的第一個字母,用來表示電池充放電時電流的大小數值。
例如:充電電池的額定容量為1100mAh時,即表示以1100mAh(1C)放電時間可持續1小時,如以200mA(0.2C)放電時間可持續5小時,充電也可按此對照計算。

B、終止電壓(Cut-off discharge voltage)
   指電池放電時,電壓下降到電池不宜再繼續放電的最低工作電壓值。
   根據不同的電池類型及不同的放電條件,對電池的容量和壽命的要求也不同,因此規定的電池放電的終止電壓也不相同。

C、開路電壓(Open circuit voltage OCV)
   電池不放電時,電池兩極之間的電位差被稱為開路電壓。
電池的開路電壓,會依電池正、負極與電解液的材料而異,如果電池正、負極的材料完全一樣,那麼不管電池的體積有多大,幾何結構如何變化,起開路電壓都一樣的。

D、放電深度(Depth of discharge DOD)
   在電池使用過程中,電池放出的容量佔其額定容量的百分比稱為放電深度。
   放電深度的高低和二次電池的充電壽命有很深的關係,當二次電池的放電深度越深,其充電壽命就越短,因此在使用時應盡量避免深度放電。

E、過放電(Over discharge)
   電池若是在放電過程中,超過電池放電的終止電壓值,還繼續放電時就可能會造成電池內壓升高,正、負極活性物質的可逆性遭到損壞,使電池的容量產生明顯減少。
F、過充電(Over charge)
   電池在充電時,在達到充滿狀態後,若還繼續充電,可能導致電池內壓升高、電池變形、漏夜等情況發生,電池的性能也會顯著降低和損壞。
G、能量密度(Energy density)
   電池的平均單位體積或質量所釋放出的電能。
   一般在相同體積下,鋰離子電池的能量密度是鎳鎘電池的2.5倍,是鎳氫電池的1.8倍,因此在電池容量相等的情況下,鋰離子電池就會比鎳鎘、鎳氫電池的體積更小,重量更輕。

H、自我放電(Self discharge)
   電池不管在有無被使用的狀態下,由於各種原因,都會引起其電量損失的現象。   若是以一個月為單位來計算的話,鋰離子電池自我放電約是1%-2%、鎳氫電池自我放電約3%-5%。
I、充電循環壽命(Cycle life)
充電電池在反覆充放電使用下,電池容量回逐漸下降到初期容量的60-80%。
J、記憶效應(Memory effect)
   在電池充放電過程中,會在電池極板上產生許多小氣泡,時間一久,這些氣泡會減少電池極板的面積,也間接影響電池的容量。

認識伺服機
前言
伺服機是遙控模型控制動作的動力來源,不同類型的遙控模型所需的伺服機種類也隨之不同。如何審慎地選擇經濟且合乎需求的伺服機,也是一門不可輕忽的學問。
本文章主要探討適合各等級直升機各工作部位所使用的伺服機,至於其它種類的模型,如飛機、車、船,則不在本篇文章討論範圍之內。



伺服機的構造
伺服機主要是由外殼、電路板、無核心馬達、齒輪與位置檢測器所構成。其工作原理是由接收機發出訊號給伺服機,經由電路板上的IC判斷轉動方向,再驅動無核心馬達開始轉動,透過減速齒輪將動力傳至擺臂,同時由位置檢測器送回訊號,判斷是否已到達定位。
位置檢測器其實就是可變電阻,當伺服機轉動時電阻值也會跟著改變,測量電阻值便可知轉動的角度。
一般的伺服馬達是將細銅線纏繞在三極轉子上,當電流流過線圈時便會產生磁場,與轉子外圍的磁鐵產生排斥作用,進而產生轉動的作用力。依據物理學原理,物體的轉動慣量與質量成正比,因此要轉動質量愈大的物體,所需的作用力也愈大。伺服機為求轉速快、耗電小,於是將細銅線纏繞成極薄的中空圓柱體,形成一個重量極輕的五極中空轉子,並將磁鐵置於圓柱體內,這就是無核心馬達。






為了適合不同的工作環境,有防水及防塵設計的伺服機。並且因應不同的負載需求,伺服機的齒輪有塑膠及金屬的區分。較高級的伺服機會裝置滾珠軸承,使得轉動時能更輕快精準。滾珠軸承有一顆及二顆的區別,當然是二顆的比較好。
目前新推出FET伺服機,主要是採用FET(Field Effect Transistor)場效電晶體。FET具有內阻低的優點,因此電流損耗比一般電晶體少。



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技術規格
廠商所提供的伺服機規格資料,都會包含外形尺寸(cm)、扭力(kg/cm)、速度(秒/60。)、測試電壓(V)及重量(g)等基本資料。扭力的單位是kg-cm,意思是在擺臂長度1公分處,能吊起幾公斤重的物體。這就是力臂的觀念,因此擺臂長度愈長,則扭力愈小。速度的單位是sec/60。,意思是伺服機轉動60。所需要的時間。電壓會直接影響伺服機的性能,例如Futaba S-9001在4.8V時扭力為3.9kg、速度為0.22秒,在6.0V時扭力為5.2kg、速度為0.18秒。若無特別註明,JR的伺服機都是以4.8V為測試電壓,Futaba則是以6.0V作為測試電壓。
所謂天下沒有白吃的午餐,速度快、扭力大的伺服機,除了價格貴,還會伴隨著高耗電的特點。因此使用高級的伺服機時,務必搭配高品質、高容量的鎳鎘電池,能提供穩定且充裕的電流,才可發揮伺服機應有的性能。



選擇伺服機
標準的直升機需搭配5顆伺服機,分別控制油門、副翼、升降舵、螺距及尾舵。
油門
油門是所有動作中負載最輕的部位,且負載不會受到外在因素的影響而改變,所以選擇油門伺服機時,扭力不是問題(1kg就綽綽有餘),速度才是關鍵。因為直升機的油門與螺距作混控,故油門與螺距伺服機的速度最好要一致,才不會發生螺距伺服機已到達定位,油門伺服機卻姍姍來遲的情況。尤其作劇烈的3D飛行時,油門與螺距的變化量極大,若油門與螺距伺服機的速度不協調,會發生馬力延遲的狀況。
油門伺服機的速度並不是愈快愈好,因為還要考慮引擎的反應時間。引擎必須經過吸氣、壓縮、爆炸、排氣這一連串的步驟,尤其直升機用的引擎並不屬於高轉速型,因此伺服機的速度如果太快,就會產生引擎運轉速度跟不上伺服機的動作,進而出現油氣混合比不適當的狀況。建議採用速度為0.19~0.24秒的伺服機。

副翼及升降舵
30級及46級的直升機選擇扭力3kg以上的伺服機,60級的直升機則選擇扭力5kg以上的伺服機。副翼及升降舵的反應速度,主要是由主旋翼轉速及平衡翼片的重量所控制,與伺服機的速度快慢,較無明顯且直接的關聯,所以不需使用太快的伺服機。建議採用速度為0.20~0.26秒的伺服機。
螺距
直升機的主旋翼螺距是出了名的重負載,因此螺距伺服機的扭力一定要夠,最好能選擇扭力5kg以上的伺服機。建議採用速度為0.19~0.24秒的伺服機。
尾舵
尾舵伺服機的扭力不需太大,3kg就已經足夠了。請依據您所使用的陀螺儀等級來搭配尾舵伺服機。機械式陀螺儀因為反應速度較慢,因此無需使用高速伺服機。壓電式陀螺儀需搭配高速伺服機,才能發揮陀螺儀的性能。高級的陀螺儀都會指明建議使用的伺服機,例如JR 5000T陀螺儀建議搭配NES-8700G伺服機,Futaba GY-501陀螺儀建議搭配S-9205伺服機。若您使用的壓電式陀螺儀並無特別指明伺服機的類型,建議您購買速度愈快的伺服機愈好。
如何以最經濟的方式購買合用的伺服機,請三考下列步驟:

1.       先決定螺距伺服機,選擇扭力5kg以上的伺服機,再依據預算的多寡決定伺服機的速度。
2.       依照螺距伺服機的速度,選擇同速度但扭力小的伺服機,作為油門伺服機。
3.       依據直升機的級數大小,選擇扭力為3kg或5kg以上,速度為0.20~0.26秒的伺服機,作為副翼及升降舵伺服機。
4.       依據陀螺儀的等級來決定尾舵伺服機的速度,愈高級的陀螺儀才需使用高級的伺服機。

若您使用CCPM的直升機,因為是由副翼、升降舵及螺距伺服機采混控的方式共同來推動十字盤,所以這三個動作要選擇同型號的伺服機。CCPM的優點是連桿數少、傳動直接、虛位小,並且可減輕伺服機的負荷,延長伺服機的使用壽命。
愛惜您的伺服機
一般說來伺服機並不需要特別的保養,只要注意下列重點,就可使您的伺服機長命百歲。
直升機的機械可動部份,不可小於伺服機的行程活動範圍。
不要隨意改變電源電壓,例如接收機用4.8V,請勿為了提升伺服機的性能而改用6.0V。


模型直升機常用專有名詞
模型直升機常用專有名詞
Antenna 天線
發射機及接收機皆有天線,使用時應把發射機天線完全拉出,以利傳送訊號。接收機之天線要利用樹脂管子由機首延伸出機外,不可將接收機天線裁短或捲成一團,以免減少接收距離。
x輔助的 英文auxiliary的縮寫。五動以上的接收機,其第六以上的頻道名稱會以Aux 1、Aux 2來命名。

ATV 行程量
伺服機的左右最大轉動角度。一般而言ATV為100%時,伺服機約可轉動50°,120%時約可轉動60°。
Carburetor 化油器
控制進氣口的節氣閥開口大小,調節燃油與空氣的混合比。
Channel 頻道
頻道的解釋有兩種,一為發射機與接收機所使用的無線電波頻率。二為發射機與接收機所能控制的動作數。
Crystal 晶體
石英振蕩器,用來控制發射機與接收機之無線電波頻率。
Dual rate 大小動作比例
控制搖桿與伺服機行程量的比例,設定為100%時,搖桿打滿舵,伺服機移動總行程量的100%;設為70%時,搖桿打滿舵,伺服機只移動總行程量的70%。
Elevator 升降舵
控制直升機前進後退的方向。
Fail-Safe 失控保護
遇到電波干擾時會自動鎖定伺服機,只有採用PCM編碼的遙控設備才具備此功能。
Gear 起落架
控制機輪的收放。
Ground Effect 地面效應
當機體接近地面時,主旋翼與地面間會產生一股上升的浮力,類似亂流,使機體較不穩定。典型的地面效應其有效高度約等於主旋翼旋轉面的直徑長度。
Gyro 陀螺儀
能偵測機體以主軸為中心點的自轉角速度,並自動修正,保持方向舵的穩定,是方向舵的安定裝置。有機械式、壓電式及機頭鎖定式三種。
Hunting 追蹤現象
若陀螺儀的感度設得太大,當直升機在高速飛行時機尾會產生左右搖擺的現象。解決的方法是降低陀螺儀的感度。
Idle mixture 副油針
又稱低速油針,控制引擎低速運轉時的油氣混合比。
Needle valve 主油針
又稱高速油針,控制引擎中、高速運轉時的油氣混合比。
Ni-Cd battery 鎳鎘電池
可充電式電池,每個單體的電壓為1.2V,由數個單體串接成為電池組。發射機用9.6V,接收機用4.8V。鎳鎘電池的優點是容量大,可提供穩定的電流,缺點是有記憶效應及放電截止電壓。
Pitch 螺距
旋翼回轉平面與翼片翼絃線前緣與後緣連接而成的假想直線所成的夾角。必須用螺距規(Pitch gauge)來測量。
Receiver 接收機
接收由發射機送出之電波訊號,並轉換為控制伺服機之訊號。依編碼方式不同可分為AM、FM(PPM)與PCM。
Revolution Mixing 上下跟軸
主旋翼以順時針方向旋轉的直升機,機體會產生逆時針方向旋轉的扭力,必須藉由尾旋翼產生的作用力來抵消。當主旋翼的轉速或螺距改變時(意指撥動油門搖桿),其產生的扭力大小也會跟著改變,因此必須同時改變尾旋翼的螺距,使其產生的作用力與主旋翼產生的扭力剛好可以互相抵消。一般的陀螺儀並不足以修正此變化量(鎖定式的陀螺儀除外),必須藉由尾舵與螺距作混控來補正。
Rudder 方向舵(尾舵)
控制直升機左右旋轉的方向。
Servo 伺服機
由無核心馬達所構成,可依據接收機發出的指令,轉動至定點的位置,是各個舵面的動力來源。伺服機的規格主要是扭力與速度,扭力的單位是 kg/cm,意指擺臂長度1公分處所能吊起的物重。速度的單位是秒/60°,意指轉動60°所需要的秒數。
Sub-trim 輔助微調
調整伺服機的中立點位置,由遙控器內部的程式設定。
Throttle 油門
控制化油器的節氣閥開口大小,進而控制引擎的轉速。
Transmitter 發射機
俗稱遙控器,發射無線電波之控制訊號給接收機。依編碼方式不同可分為AM(Amplitude Modulation)、FM(Frequency Modulation)與PCM(Pulse Code Modulation)。AM容易被干擾,一般使用於低價位之遙控器,FM無失控保護裝置。發射機與接收機須使用相同的無線電波頻率及編碼方式。
Trim 微調
調整伺服機的中立點位置,由遙控器面板上的滑動開關控制。

陀螺儀的固定與設置
陀螺儀在模型直昇機上扮演著相當重要的角色,尾舵的安定與否,就全看它的表現。隨著科技的進步,從機械式陀螺儀、壓電式陀螺儀,一直演進到目前最流行的機頭鎖定(Heading Lock)壓電式陀螺儀。雖然設定的方法,會因品牌及型號的不同而有所差異,但基本的觀念都是一樣的。所以只要觀念正確,無論是使用哪一種陀螺儀,應該都可輕鬆上手。
(一)陀螺儀的種類
(1) 由構造來區分
A、 機械式:
感測器採用馬達高速運轉來產生陀螺效應,再利用電磁感應器來偵測偏向速度。優點是價格低廉,缺點是反應慢、準確度低、耗電、壽命短、重量大、怕振動。(例如Futaba 153 BB)
B、 壓電式:
感測器採用壓電晶體。優點是反應快、準確度高、耗電小、壽命長、重量輕,缺點是價格貴。但近年來價格有愈來愈低廉的趨勢。溫度是壓電式陀螺儀的致命傷,會導致中立點偏移,所幸壓電式陀螺儀內部都有溫度自動修正的設計。(例如JR NEJ-900、JR NEJ-3000、Futaba G-301、Futaba G-501)目前更發明鎖定式陀螺儀,強調能使尾舵保持穩定不會偏向,適合3D花式特技使用,但因為沒有"風標效應"(Weathercock Effect),卻不適合F3C的飛行動作。(例如JR 550T、JR 5000T、Futaba GY-501、CSM 360、CSM 540)

(2) 由感度來區分
A、 單段式:
只能設定一種感度,由控制盒上的旋紐來調整感度值。優點是價格低廉,缺點是只有一種感度、無法同時適合靜態飛行及上空飛行。(例如JR G-400、GWS PG-01、CSM 180)
B、 二段式:
能設定二種感度,您的遙控器必須具備切換感度的功能。依調整感度值的方式不同,又可分為以下二種。
1. 由控制盒上的旋紐來調整感度值。H(high)旋紐控制高感度值,L(low)旋紐控制低感度值。(例如Futaba G-501)
2. 控制盒無調整感度的旋紐,必須由遙控器來調整感度值,所以您的遙控器必須具備設定感度的功能。(例如JR G-450、JR NEJ-900、JR NEJ-3000)機械式陀螺儀目前看來已到了日暮西山的地步,若您正準備買陀螺儀,勸您買壓電式的,而且要買二段式感度的陀螺儀。單段式感度的陀螺儀,除了能練練停懸以外,並沒有多大的用處。高級壓電式陀螺儀因為反應快,所以要配合高速伺服機(如JR 2700G、8700G,Futaba 9203、9205)才能發揮最佳效能。
以下的安裝及設定步驟,是以二段式感度的陀螺儀(非鎖定式)為範例。

(二)安裝
1. 將陀螺儀用雙面膠貼在機體預留的陀螺儀座,或振動較小的地方。有人說將陀螺儀安裝在離主軸愈近的位置愈好,這個觀念其實並不正確,因為陀螺儀只會偵測機體自轉的角速度,所以不論將陀螺儀安裝在機體的任何位置,所偵測到的角速度都是一樣的。反倒是一般說來離主軸較近的地方,振動會比較小。
2. 將陀螺儀的Rx Rud接在接收機的尾舵插座,Rx Aux接在控制感度的頻道插座(依遙控器廠牌及型號而有不同,請參閱您的遙控器說明書),將尾舵伺服機接在陀螺儀的Sv Rud插座。
3. 若您的遙控器具備調整感度的功能,請將陀螺儀控制盒上的H旋紐調到100%的位置,L旋紐調到0%的位置。否則請將H旋紐調到70%的位置,L旋紐調到50%的位置。

(三)設定
1. 打開遙控器的電源開關,將尾舵ATV設為140~150%,設定尾舵大小動作比例(Dual Rate),靜態飛行為70%,上空飛行為100%。尾舵微調及上下跟軸歸零。
2. 打開接收機的電源開關。
3. 檢查尾舵伺服機的正逆轉方向。將尾舵搖桿打右舵,尾舵伺服機的擺臂應朝機頭的方向擺動。若伺服機轉動的方向錯誤,請由遙控器設定尾舵伺服機的正逆轉方向。
4. 檢查陀螺儀的正逆轉方向。抬起直昇機將機頭往左擺動,此時尾舵伺服機的擺臂應朝機頭的方向擺動。若伺服機轉動的方向錯誤,請切換陀螺儀控制盒上的正逆轉開關。
5. 檢查尾舵伺服機的擺臂長度,先參考陀螺儀說明書內的建議長度,一般在15㎜左右。高級的陀螺儀有限制尾舵伺服機行程量的旋紐,可分別調整尾舵伺服機左右方向的最大行程量。若尾舵ATV設為140~150%,會超出尾旋翼螺距滑套的活動範圍,不用擔心,因為陀螺儀會抑制遙控器所發出的尾舵指令,雖然在地面測試時會超出尾旋翼螺距滑套的活動範圍,但在實際飛行時,除非將陀螺儀的感度調到很小很小,否則是不會超過的。
6. 檢查遙控器的感度切換開關,確定飛行模式Normal是高感度,飛行模式Idle-up 1及Idle-up 2是低感度。
7. 若您使用的遙控器具備調整感度的功能,請將高感度設為70%,低感度設為50%。

(四)試飛及調整
1. 發動引擎,將直昇機起飛並且保持在停懸的位置。
2. 調整油門曲線及螺距曲線,使停懸時油門搖桿正好在50%的位置。
3. 若停懸時機頭會偏左,則調短尾舵連桿的長度,若機頭會偏右,則調長尾舵連桿的長度。
4. 先將直昇機保持在停懸的位置,並且確認尾舵不會偏向任何一方,然後加油門使直昇機垂直爬升,若爬升的過程中機頭會偏左,則增加"上跟軸"的數值,若機頭會偏右,則減少"上跟軸"的數值。反覆地測試,直到爬升的過程中機頭不會偏向任何一方。
5. 先將直昇機停懸在安全的高度,並且確認尾舵不會偏向任何一方,然後收油門使直昇機垂直下降,若下降的過程中機頭會偏右,則增加"下跟軸"的數值,若機頭會偏左,則減少"下跟軸"的數值。反覆地測試,直到下降的過程中機頭不會偏向任何一方。
6. 將飛行模式切到Idle-up 1,油門全開作高速直線飛行,調整Idle-up 1的"上跟軸"數值,直到機頭不會偏向任何一方。
7. 作內觔斗或540°失速倒轉,調整"下跟軸"的數值,直到機頭不會偏向任何一方。

(五)重點提示
1. 在不會產生追蹤現象的前提下,要儘可能將陀螺儀的感度調大,靜態飛行時的感度約為70~90%,上空飛行時的感度約為50~70%。若低於此感度範圍即有追蹤現象,則調短尾舵伺服機的擺臂長度。若高於此感度範圍仍無追蹤現象,則加大尾舵伺服機的擺臂長度。
2. 尾舵的行程量(ATV)要設為140~150%,若覺得機體旋轉速度過快,則降低尾舵大小動作比例(Dual Rate),直到符合您的需求。請勿使用增加或減少感度的方式來調整機體的旋轉速度。
3. 若使用反應速度較慢的尾舵伺服機,可能比較容易產生追蹤現象。

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