Сервоось (что? как? почему?)

Сервоось (что? как? почему?)
Автор: Jim Innes__​
RC Heli Magazine, Выпуск 22 (Апрель 2008)
Оригинальный текст: www.rchelimag.com/pages/howto.php?howto=22&page=2
Перевод: Андрей Пащенко
​
Перевод и публикация выполнены с разрешения редакции журнала RC Heli Magazine

Сервоось (a flybar) очень важная деталь в модели вертолета. При описании работы сервооси наиболее часто используемым термином является передаточный коэффициент (mixing ratio), или коэффициент сервооси (flybar ratio). Помните, в руководстве по сборке вертолета упоминалось о возможности выбора места крепления рычагов микшера сервооси. Знали ли вы, на что влияет эта настройка? Коэффициент сервооси является одним из тех параметров, которые могут кардинально изменить поведение вертолета в воздухе. Понимание этой темы позволит вам осознанно подходить к изменению данного параметра.
 ​ ​

В настоящее время большинство радиоуправляемых вертолетов оборудованы сервоосью. Сервоось обеспечивает стабильность вертолета без влияния на его маневренность. Для лучшего понимания, почему сервоось выполняет такие функции, нам необходимо, на основе исторической справки, изучить схему ее работы.

Белл и Хиллер
Существует две системы, которые объединены вместе с целью контроля несущего ротора вертолета: система Белла и система Хиллера. Названия и конструкция данных систем были заимствованы у настоящих вертолетов. Давайте кратко рассмотрим каждую из этих систем.
Система контроля Белла основана на стабилизаторе Белла. Стабилизатор Белла присутствует во множестве первых вертолетов Белла, а классический стабилизатор Белла можно увидеть на вертолете Bell UH-1 Huey. Стабилизатор Белла представляет собой сервоось с грузами без серволопастей, которая, вращаясь вместе с основным ротором, обеспечивает гироскопическую стабильность. Схема работы системы Белла следующая. Циклическая составляющая передается на рычаг микшера стабилизатора напрямую с автомата перекоса. Изменяясь под действием гироскопического момента, создаваемого стабилизатором, циклическая составляющая передается на держатель лопастей несущего ротора. Летательные аппараты с системой Белла имеют преимущество непосредственного управления лопастями основного ротора, однако маневренность их ограничена из-за высокой устойчивости системы.

В оригинальной системе Хиллера, циклическая составляющая с автомата перекоса передается на сервоось, в связи с этим сервоось отклоняется на необходимый угол. Сервоось связана с держателями лопастей основного ротора, поэтому при отклонении сервооси происходит изменение положения держателей лопастей основного ротора. Система Хиллера имеет схожую с системой Белла гироскопическую устойчивость, однако обеспечивает большую маневренность. Недостатком системы Хиллера является некоторая инертность. Инертность системы связана с тем, что сервоось должна переместиться в новую позицию до того, как это сделают лопасти основного ротора, т.к. в системе Хиллера изменения в положении основного ротора происходят после изменения сервооси. В связи с этим имеется небольшая задержка в изменении параметров основного ротора.

Система Белла-Хиллера: только самое лучшее
Как можно использовать преимущества обеих систем, при этом уменьшить отрицательные? Это просто. Необходимо объединить две системы! В большинстве радиоуправляемых вертолетов использована комбинация двух систем, получившая название система Белла-Хиллера. В системе Белла-Хиллера реализована прямая передача циклической составляющей с автомата перекоса на держатели лопастей несущего ротора через рычаги микшера (составляющая Белла) и контролируемую подвижную сервоось (составляющая Хиллера). Данная система обеспечивает стабильность и маневренность без инертности.
Рычаги микшера Белла-Хиллера - это то волшебное место, где все происходит. Через рычаги микшера происходит передача как движения тарелки автомата перекоса и сервооси, так и стабилизирующего влияния сервооси на держатели лопастей несущего ротора. При наклоне сервоось вызывает подъем или снижение рычагов микшера, что в свою очередь приводит к увеличению или уменьшению шага основных лопастей. Изменяя настройки рычагов микшера можно проводить точную настройку влияния сервооси на лопасти несущего ротора.

Настройка составляющей Белла
Составляющая Белла обычно устанавливается на фабрике и является наиболее оптимальной для данного вида вертолета. На рынке существует всего несколько вертолетов с изменяемой составляющей Белла. В большинстве моделей вертолетов имеется возможность изменять только поведение сервооси (составляющая Хиллера). Если у Вас вертолет с возможностью изменения составляющей Белла и вы решите поэкспериментировать с данной настройкой, то проверьте диапазон изменения коллективного шага. Изменения составляющей Белла имеют большее влияние на диапазон шага, по сравнению с изменением составляющей Хиллера. Это связано с возможностью исключения влияния сервооси на коллективный шаг (эффект Хиллера), что приводит к тому, что через составляющую Белла проходит все изменение коллективного шага на положения держателей основных лопастей. Обычно только опытные пилоты проводят изменения составляющей Белла, для наиболее точной настройки поведения вертолета под стиль полета. Изменения составляющей Белла в большинстве случаев происходит по тем же этапам, что и изменения составляющей Хиллера, следовательно процедуры описанные ниже примерно одни и те же.

Это может показаться странным в первый раз, но если вы читали руководство и применяли различные настройки, то это покажется более правдоподобным. Попытайтесь наклоняя сервоось на вертолете, установленном на верстаке, наблюдать насколько поворачиваются держатели основных лопастей. Амплитуда движения держателей лопастей основного ротора, вызываемая наклонами сервооси, увеличивается при максимальном передаточном коэффициенте, в то же время низкий передаточный коэффициент снижает амплитуду движений держателей лопастей несущего ротора.

Как измерить передаточный коэффициент сервооси
Имея ввиду изложенные выше данные, мы можем продолжить изучение передаточного коэффициента. В начале необходимо определить, что мы имеем ввиду под передаточным коэффициентом, не нужно путать с коэффициентами Белла и Хиллера. Передаточный коэффициент сервооси - это простая корреляционная зависимость между наклоном сервооси (градусы) и изменением шага основных лопастей (градусы). Стандартной формой выражения передаточного коэффициента является изменение шага лопастей несущего ротора, измеренное в градусах, при наклоне сервооси на один градус. Например, на вертолете Raptor 50 Titan в стандартном исполнении передаточный коэффициент 1:1. Это означает, что при наклоне сервооси на 1 градус, шаг лопасти несущего ротора изменится так же на 1 градус. В этом случае отношение составляет 1 к 1. 1:1 рассматривается, как довольно высокое отношение, в то время как 0.5:1 является низки отношением, т.к. шаг лопастей несущего ротора будет изменяться только на 0.5 градуса, на каждый градус наклона сервооси.

Интересным следствием отношения 1:1 на Raptor является то, что при измерении основного шага относительно сервооси, нет необходимости выставлять сервоось горизонтально. У любого вертолета с коэффициентом передачи сервооси отличным от 1:1 необходимо устанавливать сервоось горизонтально для измерения шага несущего ротора.

Расчет передаточного коэффициента для вашего вертолета очень прост с устройством для измерения шага лопастей оборудованного уровнем. Если устройство имеющееся у вас не оборудовано уровнем, то закрепите небольшой уровень на верхней или нижней кроме. Также вам понадобиться транспортир или другое устройство для измерения углов.

• Вначале вам необходимо наклонить сервоось в одном направлении (угол наклона не имеет значения). Далее измерьте угол, на который вы наклонили сервоось, используя транспортир (убедитесь, что транспортир находится перпендикулярно валу несущего ротора). Зафиксируйте сервоось в этом положении и используйте угломер лопастей для определении шага лопастей основного ротора и снова проверьте уровень. Запишите оба показателя.
• Наклоните сервоось в другом направлении и повторите измерения. Не забудьте измерить шаг основного ротора в новом положении. Запишите новые показатели.
• Рассчитайте диапазон изменения шага основного ротора между двумя позициями. Например, если в одном положении шаг лопастей несущего ротора составил -3 градуса, а в другом +4 градуса, то диапазон изменения шага несущего ротора будет 7 градусов. По аналогии проведите расчет диапазона изменения наклона сервооси. У нас получилось 9 градусов.
• Разделите диапазон изменения шага лопасти несущего ротора на диапазон изменения наклона сервооси. В нашем пример это будет 7/9 или 0.78. Что означает 0.78:1. Числителем является диапазон изменения шага несущего ротора, т.к. нам необходимо определить насколько изменяется шаг несущего ротора при отклонении сервооси на 1 градус. В нашем примере получается 0.78 градусов изменения шага несущего ротора на 1 градус отклонения сервооси.

Для проверки правильности расчетов необходимо провести измерения несколько раз, при различных положения сервооси. Вам нет необходимости вычислять коэффициент передачи сервооси для того, что бы летать, однако это просто интересно и может быть полезно для тонкой настройки вашего вертолета.

Передаточный коэффициент сервооси является лишь одним из множества параметров, влияющих на управление несущим ротором. Длина сервооси и жесткость демпферов также влияют на управляемость вертолетом, как и размер, вес, форма серволопастей. Серволопасти с большой площадью и распложенные дальше от центра ротора (длинная сервоось) влияют на управляемость больше, чем маленькие серволопатки распложенные близко к центру ротора. Для примера, на машинах с высоким передаточным коэффициентом сервооси возможно получить больший ответ по циклическому шагу используя легкие серволопатки с большой площадью, или используя длинную сервоось. Перед экспериментами начните полеты в базовой конфигурации вертолета и меняйте одномоментно не более одного параметра для того, что бы почувствовать, на что влияет каждый параметр.

Заключение
Сервоось это один из самых простых, но очень важных частей в модели вертолета. Зная передаточный коэффициент сервооси и какие возможности есть для ее изменения в вашем вертолете, вы становитесь все более опытным пилотом. В следующий раз когда у вас будет желание что-нибудь изменить, измените немного настройки сервооси. Результаты могут быть удивительными. В действительности, простые изменения в настройках сервооси могут превратить ваш вертолет в машину с новыми летными характеристиками. Получайте удовольствие от всего, что вы делаете!