Activity

Никого не удивлю, если скажу, что геометрию коптера проверить чрезвычайно трудно. Речь идет о симметричности осей моторов, которая отвечает за дрейф коптера в режиме ATTI в безветренную погоду.

Проблем с геометрией может быть множество. Это и погнутый луч, и луч винтом, и несимметричное расположение лучей, и проблема с кривизной центральных пластин. Дефекты эти контролировать чрезвычайно трудно. В первую очередь мешают центральные пластины, да и регуляторы на лучах задачу не облегчают.

Здесь предлагается метод контроля расположения осей двигателей.

На ось мотора навинчивается удлинитель оси, на которую крепится лазерная указка. Коптер я расположил на полу и поочередно навинчивал лазерную указку на моторы, осторожно поворачивал мотор и делал метки на потолке. В результате для каждого мотора получился кружок, центр которого и указал место прохождения оси мотора (данная методика не требует жесткой соосности лазера и оси мотора). Важно, чтобы коптер был неподвижен.

А конце концов на потолке появились следы от осей всех шести моторов.

Большой проблемой было анализировать результат. Сильно не хватало центра. Сделал для лазера подставку и покрутил его в центре коптера.
Нашел «неправильные» моторы, поправил их и дрейф исчез.

Недавно посетил Мейзлика в его офисе.
Встретил меня аккуратный мужчина в “самом расцвете своих сил”.

История производства пропеллеров начинается еще в Советские времена, когда Мейзлик участвовал в воздушных боях кордовых моделей (если кто еще помнит это захватывающее зрелище). В то время Мейзлик приобретал в СССР моторчики, монтировал на них свои пропеллеры и продавал такой комплект далее на Запад.

Пропеллеры Мейзлика хорошо известны во всем мире и на крупнейших соревнованиях основная масса спортсменов использует пропеллеры именно Мейзлика. До настоящего времени Мейзлик производил пропеллеры для крупных моделей самолетов, и совсем недавно обратил свое внимание на микрокоптеры. В результате появились пропеллеры предназначенные именно для микрокоптеров. Всю линейку таких пропеллеров можно увидеть здесь.

Пропеллеры выглядят просто замечательно. Поверхность гладкая, блестящая. Лопасти имеют аэродинамический профиль (никакие не «лопаты»). Профиль лопастей рассчитывается, но конечную форму пропеллер приобретает после «доводки» на основании опыта и интуиции.
Пропеллеры изготовляются из карбона. Внешний слой углеродной ткани с двухнаправленными волокнами, внутренние слои – с однонаправенными волокнами. Лопасти пропеллеров полые или заполнены полиуретаном. Полиуретан создает дополнительную стабильность пропеллеру и позволяет уменьшить толщину карбона и тем самым уменьшить вес пропеллера. Такие пропеллеры обозначаются буквой “L”. Пропеллеры с широкими лопастями обозначены буквой “V”.

Все пропеллеры балансируются на заводе. Для балансировки используется магнитный балансир. Сама балансировка пропеллера производится так: в нужном месте лопасти сверлится отверстие диаметром порядка одного миллиметра (2) и через эту дырочку вводится необходимое количество смолы. Таким образом, никаких следов по наждачке или еще чего такого не найдете. Остаются только несколько малозаметных точек. Кстати, у полых пропеллеров найдете также дырочки (3) для выравнивания давления.

В облегченных пропеллерах высверливается отверстия диаметром порядка трех миллиметров (1) определенной глубины для заполнения смолой. После такой балансировки остаются заметны кружки соответствующего диаметра.

В центре калиброванные отверстия одного или двух диаметров (на пол толщины комля) на плюс порядка пяти соток. При необходимости малое отверстие можно рассверлить, и получим нужный размер. Производство достаточно гибкое и можно заказать пропеллеры с отверстиями нужного диаметра.

Основная масса пропеллеров двухлопастные, но есть и трехлопастные. Дело в том, что при резком наклоне с двухлопастными пропеллерами возникают колебания. Такой эффект наблюдается и у “настоящих” двухлопастных вертолетов. В случае трехлопастного пропеллера такие колебания не возникают.

Схема классическая: горизонтальное коромысло из стальной квадратной трубы (40х20х2 мм) длиной 2 м. Посередине ось на шарикоподшипниках.

Расстояние оси мотора от стены – 90 см, расстояние от пола – 160 см, расстояние до потолка – 60см.
Измерялось: входное напряжение на регуляторе оборотов (классический тестер), входной ток на регуляторе оборотов (токовые клещи), тяга (электронные весы до 5 кг), обороты (лазерный измеритель оборотов).

Показания приборов записывал на видео. Позже составлял таблицу данных, на основании которой строил графики.

Однажды поставил пропеллер вверх ногами (не специально, конечно). Вот что получилось:

Балансир
Как-то на глаза попался магнитный балансир. Понравился. Купил, собрал. Понравился еще больше. Модернизировал и он мне понравился еще больше большего.
В конечном варианте модернизации от исходного балансира остались только магниты. Их я поместил на деревянные стойки высотой 20см, чтобы пропеллер мог свободно вращаться. Стойки с магнитами поместил в саркофаг из оргстекла. В таком саркофаге подвесу не страшны никакие сквозняки.

В качестве оси был взят шлифованный закаленный стальной стержень диамером 3мм. Концы оси были сошлифованы на хорошем шлифовальном станке в форме девяностоградусного конуса. Вместо зажимных конусов на ось была насажена деталь иммитирующая адаптер для AXI. Этим хотел добиться максимального подобия положения пропеллера на моторе. Магниты были защищены стеклом толщиной 0,5мм. Этим удалось достичь действительно невероятной легкости вращения оси.

Вот в таком виде балансир удивительно чувствителен к любому дисбалансу. В результате возникла проблема: добалансировать пропеллер и дождаться, когда он начнет спокойно оставаться в том положении, в которое его повернут просто невозможно. Можно, конечно, но терпение нужно адское.
С магнитным балансиром мне удавалось довести период колебаний до 60 секунд. Дальше резко возрастало влияние трения оси о стекло перед магнитом и число пригодных для хронометрирования колебаний сокращалось до 4-5.

www.youtube.com/watch?v=h6FowSOArDA

Немного теории
По сути, несбалансированный пропеллер представляет собой физический маятник, у которого расстояние между центром масс и осью вращения много меньше приведенной длины. Формула расчета периода колебаний физического маятника, где угол отклонения не больше 600, выглядит так:

, где:
α —угол отклонения маятника;
m — масса маятника;
h — расстояние от точки подвеса до центра тяжести маятника;
r — радиус инерции относительно оси, проходящей через центр тяжести.
g — ускорение свободного падения
l — приведенная длина

Для наших целей влияние синуса невелико, можем им пренебречь и подставив

, где I — момент инерции относительно точки подвеса,
получаем:

Момент инерции пропеллера определим экспериментально (для TURNIGY 15х4,5 он равен 1*10-3 кг*м2) и для данного пропеллера будем его считать постоянным. Масса пропеллера известна. Период колебаний будем измерять на балансире. Таким образом, можем оценить h.
Практическая ценность знания величины h заключается в том, что можем эту величину сопоставить , например, с величиной люфта пропеллера на адаптере мотора. Действительно, нет смысла бороться за величины h меньшие, чем люфт пропеллера на моторе.Из этого также вытекают требования к геометрии оси балансира и к узлу крепления пропеллера на оси. Кроме того, зная величину h, можем оценить центробежную силу, возникающую при вращении пропеллера из-за нарушенной балансировки.

Методика балансировки
Здесь описывается неразрушающий способ балансировки пропеллера. В качестве грузиков используется свинец прокатанный до толщины 0,3-0,5мм. Может быть кому-то будет удобнее работать и с другими толщинами. Прокатанный свинец режется на полоски шириной равной толщине комеля пропеллера. Теперь нарезанные полоски свинца лепятся на самоклейку для финсации ковров (это такая тонкая самоклеющаяся лента, у которой после прилипания липкого слоя на нужную поверхность , защитный слой бумаги легко снимается). Лепим на самоклейку свинцовые полоски, обрезаем лишнюю ленту и «самоклеющийся свинец» готов к употреблению.
Самый первый шаг очень важный. Надо определить место куда прикрепить грузик, слегка закрепить грузик на комеле (здесь наш грузик никак не будет влиять на рабочие характеристики) пропеллера и снова проверить. При правилльном выборе места и массы грузика будет небольшой перебор (легче убирать лишнее, чем добавлять недостающее). В дальнейшем, лишний материал с полоски свинца убирается или DREMEL, или просто соскабливается острым ножом (все время следить за тем, что бы не образовалась дыра в свинце и не оголился липкий слой, который начнет неконтролируемым образом собирать грязь). На этой стади надо особое внимание уделить отстраняемым свинцовым частичкам. Они запросто могут незаметно прилипнуть где не надо и все испортить. Если «липучка» всеже где-то вылезла наружу, то ее убираем бензином.
Пропеллер с грузиком ставим на балансир, берем секундомер, замеряем период колебаний и определяем место, где будем облегчать грузик. Снимаем некоторое количество свинца, снова на балансир, снова секудрмер и т.д.
Вот так выглядит готовый пропеллер

Экспериментальные результаты
Для экперимента был выбран деревянный пропеллер Graupen 15х4,5. Момент инерции определялся экспериментально: 0,001кгм2. Далее, былы посчитаны расстояние центра масс от оси вращения и центробежная сила при врашении с угловой скоростья 6000мин-1. Результаты расчетов приведены в таблице.

Несколько полезных советов.
Часто пропеллеры изначально болтаются на оси адаптера. В этом случае балансировка по большому счету теряет смысл. Где-то читал, что посадочными местами пропеллера являются плоскость прижимаемая к адаптеру и прилегающая к этой плоскости часть отверстия. Именно часть , а не вся дырка. В случае болтанки достаточно уменьшить диаметр отверстия именно в этой части. Несколько раз капнем подходящим клеем так, чтобы ось входила с легким натягом. Задача посадочного места обеспечить воспроизводимость результата.
Был такой случай: однажды, хорошо отбалансировав пропеллер еще на только что купленном балансире (пропеллер остановился в горизонтальном положении), перевернул пропеллер вверх тармашками. Просто хотелось насладиться зрелищем, как тот так неохотно, но всеже начнет переворачиваться и займет свое правильное положение. Не тут-то было. Пропеллер действительно очень даже неохотко начал двигаться и остановился в горизонтальном положении, но без всякого переворота. Возникло предположение, что в игру включилось статическое элекричество (столешня была ламинирована каким-то пластиком, а ось балансира была достаточно низко расположена). Похоже, что и пропеллер и столешня зарядились одноименным электрическим зарядом, который преодолев незначительные (в силу предварительной неплохой балансировке) силы тяжести весело установил пропеллер в горизонтальном положении. В новом «саркофаге» ничего такого не наблюдал (может быть из-за высоких деревянных стоек), но с тех пор для профилактики всегда перед балансировкой обрызгиваю его антистатиком.