Введение

Модельные самолеты

Радиоуправляемый вертолет (также RC-вертолет) – это модельный самолет, отличающийся от RC-самолета из-за различий в конструкции, аэродинамике и подготовке к полетам. 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 обладают расширенными возможностями для выполнения фигур высшего пилотажа. Органы управления полетом позволяют пилотам контролировать общий шаг (или дроссель, на вертолетах с фиксированным шагом), циклическое управление (тангаж и крен) и хвостовой ротор (рыскание). Координированное управление этими элементами позволяет вертолету выполнять те же маневры, что и полноразмерные вертолеты, такие как зависание и полет назад, а также многие другие маневры, недоступные для полноразмерных вертолетов, например, перевернутый полет (где управление общим шагом обеспечивает отрицательный угол атаки лопастей для удержания вертолета в перевернутом положении, а управление тангажом/рысканием должно быть изменено пилотом). Различные органы управления вертолетом приводятся в действие небольшими сервомоторами, обычно называемыми сервоприводами. Твердотельный гироскопический датчик обычно используется в системе управления хвостовым ротором (рысканием) для компенсации воздействия ветра и реакции крутящего момента, вызывающей отклонение хвоста. Большинство современных вертолетов также оснащены гиростабилизацией по двум другим осям вращения (тангажу и крену). Такая трех осевая гиросистема обычно называется контроллером без флайбара, поскольку она устраняет необходимость в механическом флайбаре. Раньше в качестве двигателей обычно использовались двухтактные двигатели, работающие на метаноле, но сейчас чаще применяются электрические бесколлекторные двигатели в сочетании с высокопроизводительной литий-полимерной батареей (LiPo), которые обеспечивают повышенную эффективность, производительность и срок службы по сравнению с коллекторными двигателями, а снижение цен делает их доступными для любителей. Также используются бензиновые и газотурбинные двигатели. Как и в случае с полноразмерными вертолетами, роторы модельных вертолетов вращаются с высокой скоростью и могут причинить серьезные травмы. Зафиксированы случаи смертельных исходов, в том числе и в 2013 году.

Типы вертолетов для полетов и управления воздухом

Общими источниками энергии для вертолетов с дистанционным управлением являются нитротопливо (также называемое нитрометан-метанолом), электрические батареи, бензин и турбинные двигатели. В течение первых 40 лет вертолеты на нитротопливе были самым распространенным типом. Однако за последние 10 лет электрические вертолеты достигли такого уровня развития, что их мощность и время полета стали лучше, хотя обычно не так продолжительны, как у вертолетов на нитротопливе. Существует два основных типа систем управления несущим винтом: механическое смешивание и электронное управление циклическим и общим шагом (eCCPM). В большинстве ранних вертолетов использовалось механическое смешивание. Сегодня почти все радиоуправляемые вертолеты используют eCCPM. Практичные электрические вертолеты – относительно недавняя разработка, но они быстро развиваются и становятся все более популярными, превосходя вертолеты на нитротопливе по распространенности. Популярность турбинных вертолетов также растет, хотя их высокая стоимость делает их недоступными для большинства.

Внутреннее сгорание (нитро, газ)

Первые радиоуправляемые вертолеты работали на двигателях внутреннего сгорания (Глоу-топливо, или нитро, а также газ или бензин в качестве топлива). Первоначальное разделение вертолетов на "классы" основывалось на объеме двигателя. Например, вертолет с двигателем объемом… считался вертолетом класса 30, а вертолет с двигателем объемом… назывался вертолетом класса 90. Чем больше и мощнее двигатель, тем большую лопасть несущего винта он может вращать, и, следовательно, тем больше габариты вертолета в целом. Типичное время полета для нитровертолетов составляет 7–15 минут, в зависимости от объема двигателя и его настройки.

Электрический

В середине 1990-х годов появились два небольших электрических вертолета. Это были Kalt Whisper и Kyosho EP Concept, летавшие на батареях NiCad 7–8 × 1,2 Ач с коллекторными двигателями. Однако, двигатели 540-го размера с коллекторами работали на пределе потребляемого тока, часто 20–25 ампер на более мощных моделях, из-за чего проблемы с щетками и коммутаторами были распространены. Недавние достижения в области аккумуляторных технологий делают электрические полеты более реалистичными с точки зрения продолжительности полета. Литий-полимерные (LiPo) аккумуляторы способны обеспечивать высокий ток, необходимый для высокопроизводительных фигур пилотажа, при этом оставаясь очень легкими. Типичное время полета составляет 4–12 минут в зависимости от стиля полета и емкости аккумулятора. Ранее электрические вертолеты использовались в основном в помещениях из-за небольших размеров и отсутствия выхлопных газов. Более крупные электрические вертолеты, подходящие для полетов на открытом воздухе и сложного пилотажа, стали реальностью в последние несколько лет и приобрели большую популярность. Их тихая работа сделала их популярными для полетов вблизи жилых районов и в таких местах, как Германия, где действуют строгие ограничения по уровню шума. Вертолеты с двигателями внутреннего сгорания также переоборудовались в электрические с помощью коммерческих и самодельных комплектов. Самый маленький серийный вертолет с дистанционным управлением (Книга рекордов Гиннесса 2014) – это Silverlit Nano Falcon XS, продаваемый во многих магазинах игрушек (хотя он управляется инфракрасным сигналом, а не радио), магазинах электроники и интернет-магазинах, стоимостью около 30 долларов США. Следующий по размеру – Nano Falcon, который ранее удерживал рекорд самого маленького вертолета с радиоуправлением. Несколько моделей претендуют на звание самого маленького несерийного вертолета с дистанционным управлением, включая семейство микро-вертолетов Pixelito, семейство Proxflyer и летающий робот Micro.

Коаксиальный

Недавним нововведением стали коаксиальные электрические вертолеты. Простота управления направлением и отсутствие рыскания, вызванного реактивным моментом, в последние годы сделали их хорошим выбором для небольших моделей, предназначенных для начинающих и/или для полетов в помещении. Модели этого типа, как и полноразмерные вертолеты, устраняют вращающий момент и могут обладать очень быстрой реакцией на управление, что особенно заметно в моделях CCPM. В большинстве недорогих моделей отсутствует общий шаг винта, вместо этого для управления шагом используется третий ротор в хвостовой части. Эти вертолеты не имеют управления креном и обладают ограниченной маневренностью. Хотя коаксиальная модель очень стабильна и может летать в помещении даже в стесненных условиях, скорость ее полета вперед ограничена, особенно на открытом воздухе. Большинство моделей имеют фиксированный шаг, то есть невозможно управлять общим углом установки лопастей, а циклическим управлением воздействуют только на нижний ротор. Компенсация даже легкого ветра приводит к тому, что модель начинает подниматься, а не лететь вперед, даже при полном отклонении циклического управления. Более сложные коаксиальные конструкции с двумя общими шагами винта и/или управлением шагом (как в полноразмерных коаксиальных вертолетах, например, Kamov) были реализованы в отдельных проектах, но не поступили в массовое производство по состоянию на 2014 год.

Многороторные вертолеты

Совсем недавно многороторные конструкции приобрели популярность как в моделировании радиоуправляемых летательных аппаратов, так и в исследованиях беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Эти аппараты используют электронную систему управления и электронные датчики для стабилизации полета. Мультироторы, как правило, более доступны по цене, их легче собирать и проще в управлении, чем радиоуправляемые вертолеты. Это сделало многороторные летательные аппараты привлекательной платформой для любительских проектов в области авиамоделирования и аэрофотосъемки.

Передатчик

Вертолеты с радиоуправлением обычно требуют от 3 до 7 каналов для управления (хотя существуют и микровертолеты, использующие двухканальную инфракрасную систему управления). В небольших вертолетах с фиксированным шагом лопастей используется радио с четырьмя каналами (газ, элерон, руль высоты, руль направления); в то время как модели с изменяемым шагом лопастей требуют минимум 5 каналов (газ, изменяемый шаг лопастей, элерон, руль высоты и руль направления). Шестой канал часто используется для регулировки усиления гироскопа. Седьмой канал обычно используется для управления регулятором оборотов двигателя в моделях с двигателем внутреннего сгорания. Ввиду естественного взаимодействия различных органов управления, в продвинутых радиоаппаратурах предусмотрены регулируемые функции смешивания, такие как газ/изменяемый шаг и газ/руль направления. Цены на радиоаппаратуру варьируются от 50 до 3000 долларов США. Ранние системы радиоуправления использовали амплитудную модуляцию (AM) для передачи сигналов. В конце 70-х годов частотная модуляция (FM) стала более распространенной.

Распространение спектра

Начиная с системы управления для моделей Spektrum DX6, выпущенной в 2006 году, радиоуправляемые полеты начали переход от использования различных низких частот, подверженных помехам и менее надежных, чем новые протоколы с расширенным спектром. Системы, такие как Spektrum и JR, используют метод прямой последовательности расширенного спектра (DSSS) DSM2, а затем DSMX, при котором передача осуществляется по паре фиксированных каналов, выбираемых при включении радиоаппаратуры и приемника. Последующие системы избегают использования этих каналов и продолжают поиск другой свободной пары. Системы, такие как частотно-скачкообразный спектральный доступ (FHSS), используемый Futaba, применяют частотное скачкообразное переключение в диапазоне 2,4 ГГц вместо различных частот в более низких мегагерцовых диапазонах. Преимущество заключается в том, что радиоаппаратура больше не использует фиксированную частоту во время полета, что снижает риск возникновения помех на этой частоте. При любом из этих методов одновременно может работать множество радиостанций, не создавая взаимных помех. Системы Futaba меняют частоту примерно каждые две миллисекунды, поэтому даже если два передатчика используют один и тот же канал, они делают это недолго. Пилот не заметит никаких отклонений в поведении модели за 1/500 секунды, в течение которой происходит кратковременное наложение каналов. Это дает возможность включать передатчик, не заботясь о каналах, используемых другими пилотами. Одним из недостатков 2,4 ГГц является необходимость соблюдения мер предосторожности при установке, поскольку некоторые материалы, такие как углеволокно, могут ослаблять сигнал. В некоторых случаях для обеспечения лучшей прямой видимости с радиопередатчиком необходимо использовать спутниковые приемники со вторичными антеннами. Еще один недостаток заключается в том, что единый стандарт 2,4 ГГц пока не разработан, что не позволяет использовать приемники и передатчики разных производителей совместно.

Контроль

Обучение управлению вертолетом с коллективным шагом требует времени и практики. Многие моделисты вступают в клуб, чтобы получить инструкции от опытных пилотов радиоуправляемых моделей или следовать онлайн-руководствам. Радиоуправляемые вертолеты обычно имеют как минимум четыре канала управления: крен (циклический шаг), тангаж (циклический шаг), руль направления (рыскание) и газ/шаг (коллективный шаг/мощность). Все коммерческие владельцы обязаны зарегистрироваться в FAA и сдать теоретический экзамен. Некоммерческим операторам необходимо регистрироваться только в том случае, если вес их моделей превышает 0,55 фунта (250 г).

Радиоуправление

Большинство радиоуправляемых вертолетов используют ручной передатчик с антенной, который посылает сигналы на приемник вертолета, обычно на радиочастоте 27 МГц, 49 МГц или 2,4 ГГц. Некоторые модели также используют инфракрасную связь. Инфракрасные передатчики имеют недостаток – потенциальную восприимчивость к помехам от солнечного света или люминесцентных ламп, что делает их более подходящими для использования в помещении. Пульты радиоуправления обычно оснащены двумя стиками для управления движением вертолета. На 4-канальном передатчике существует четыре различных режима настройки стиков управления:

Режим 1 – левый стик управляет изменением высоты и рысканием, а правый стик – тягой и креном. Режим 2 – левый стик управляет тягой и рысканием, а правый стик – изменением высоты и креном. Режим 3 – левый стик управляет изменением высоты и тангажом, а правый стик – тягой и рысканием. Режим 4 – левый стик управляет тягой и креном, а правый стик – изменением высоты и рысканием. Передатчики могут иметь подстройки для каждой оси, чтобы корректировать нежелательные движения вертолета. Некоторые радиопередатчики включают в себя зарядный кабель для зарядки аккумулятора вертолета от собственных аккумуляторов передатчика.

Управление телефоном и планшетом

Некоторые радиоуправляемые вертолеты можно управлять со смартфона или планшета. Управление обычно осуществляется через загруженное приложение от производителя вертолета и часто имитирует физические органы управления на пульте, либо использует акселерометр, встроенный в мобильное устройство. Вертолеты с инфракрасным управлением можно контролировать с помощью ИК-излучателя, подключенного к разъему 3,5 мм на мобильном устройстве. Также используется метод связи по Wi-Fi. Встроенный компьютер вертолета создает собственную беспроводную сеть, к которой подключается и с которой взаимодействует мобильное устройство с поддержкой Wi-Fi.

Безопасность

Модельные вертолеты могут быть опасными. Для предотвращения несчастных случаев необходимы меры предосторожности, надлежащее техническое обслуживание и понимание механики и летных характеристик моделей. Моделисты, летающие на утвержденных площадках, обязаны соблюдать правила безопасности, установленные национальными организациями авиамоделирования. В Соединенных Штатах Академия модельной аэронавтики (AMA) публикует и обновляет правила безопасности для всех операций с моделями воздушных судов, включая модели с неподвижным и вращающимся крылом. В 2014 году несколько организаций, заинтересованных в беспилотных авиационных системах, совместно с Федеральным управлением гражданской авиации запустили новую образовательную кампанию для продвижения безопасного и ответственного полета, а также предоставления рекомендаций для любителей и коммерческих пользователей.

Смерти

В июле 2013 года 41-летний гражданин Швейцарии был найден мертвым в Мауэнзее рядом со своим модельным вертолетом. У него были обнаружены "тяжелые травмы головы и рук". Инцидент, произошедший в сентябре 2013 года в Нью-Йорке, продемонстрировал потенциальную опасность, связанную с использованием радиоуправляемых моделей вертолетов, когда 19-летний опытный пилот погиб, получив удар лопастью одного из своих вертолетов в голову.

Миниатюрные вертолеты

Миниатюрные вертолеты – это дистанционно управляемые вертолеты весом от нескольких граммов до ста граммов. Большинство из представленных на рынке предназначены для хобби и энтузиастов. Кроме того, многие компании разрабатывают прототипы для военных и охранных целей. Миниатюрные вертолеты часто используются для демонстрации новейших технологий миниатюризации. Примеры таких моделей – E Flite Blade CX и CX2, а также популярная потребительская модель Picoo Z. К ним также относится Proxflyer – прототип, послуживший основой для многих серийных моделей. Еще один пример – уникальный прототип и демонстрация технологий, разработанный компанией Seiko Epson и представленный на Международной выставке роботов в Токио – летающий робот Seiko Epson Micro.