1. Inledning. Kommer min helikopter att flyga? Min Kyosho Concept 30 SE

Transkript

1 1. Inledning 1.1 Bakgrund Jag skall skriva om helikoptrar och i synnerhet radiostyrda, som jag även skall få upp i luften. Först hade jag tänkt skriva om flygplans aerodynamik men efter att under vintern fått tag i en R/C helikopter så tänkte jag att jag skulle ha den som specialarbete. Då skulle jag fördjupa mig i R/C helikopterns funktioner och problem som uppkommer ( vilket inte är få ). Dels sätter jag press på mig genom att jag skall utföra en liten demonstrations flygning och sedan för att det är VÄLDIGT roligt. Dom flesta RC flygare jag träffat säger att helikopter är väldigt svåra att flyga, för den vill hela tiden vicka, vrida stiga/sjunka osv. Och det är en rejäl utmaning, så då tänkte jag: Varför inte, dels får jag göra något mer praktiskt och inte bara teoretiskt, sen lära sig flyga R/C helikopter som är min ( och andras ) dröm. 1.2 Avgränsning Eftersom själva ämnet helikopter är stort så skall jag inte gå in alltför mycket på aerodynamiken utan mer på det praktiska att sköta/underhålla och flyga en R/C helikopter. Vad gäller flygning så är målet helt klart att kunna hovra hkp fint och sedan flyga runt lite med bibehållen kontroll ( kan vara svårt ). Det jag skall göra är 1. Föra dagbok hela tiden 2. Kort historik om hkp 3. Hkp aerodynamik allmän genomgång med betoning på RC 4. Hur är den uppbyggd? 5. Hur fungerar den praktiskt? 1.3 Genomförande Eftersom jag bytte datagrejor mot helikoptern så blir den första uppgiften att gå igenom hela helikoptern. Dels för att få en uppfattning hur den fungerar rent praktiskt och sedan få lite träning i mekandet. Sen är det bara att få upp maskinen i luften och hoppas på det bästa. Första skall man kätta fast den ( snöret ) i någonting så att den inte kan sticka iväg eller vicka runt. Då får man påbörja alla inställningar på radion så att den hovrar utan så mycket hjälp. Sen ökar man svårhetsgraden hela tiden genom att öka höjden på snöret, så efter ett tag så kan helikoptern vicka över. Och det är då man skall vara så bra förberedd som möjligt genom att ge rätt roder. Sen är det bara att öva och öva tills hovringarna sitter för att sedan påbörja den vanliga flygningen. Efter ett tag så kan man börja göra lite konster med den, men det dröjer nog ett tag innan dess. 1.4 Syfte Syftet är att få helikoptern att flyga och sedan förklara lite enkelt vad det är som får den att flyga. Det slutgiltiga målet är att flyga helt fritt, dvs. helt utan hjälp från plywoodskiva ( inkl snöre ) och extra landstället. Så frågeställningen blir: Kommer min helikopter att flyga? Min Kyosho Concept 30 SE 1

2 2. Helikopterns Historia 2.1 Helikopterns barndomen Leonardo da Vinci ( ) var bland dom första att konstruera något som mycket väl kunde ha flugit om bara teknologin fanns. Hans luftskruv ( runt 1493 ) skulle pressa undan luften och på så sätt flyga. Benämningen helikopter anses vara från en fransman, Gustave d Amecourt, och består av två ord helicos spiral och pteron - vinge ( grekiska ). Den första helikoptern flög 1907 av Paul Cornu som med hjälp av 4 andra ( de höll i den så att den inte tippade ) startade vertikalt. Danskarna hade en man vid namnet Jacob Ellehammer som också försökte sig på att flyga en helikopter mellan åren 1912 till Men helikoptrar på denna tid hade inte kommit så långt i utveckling och var väldigt svåra att flyga ( svårare än RC helikopter?). Det tog tid ända till år 1923 innan man började lösa styrproblemen. Det var en spanjor vid namnet Paul Pescaras som med hjälp av en spak kunde kontrollera pitchen och luta rotordisken för framdrivning så kunde han flyga iväg 500 meter och sedan vända tillbaka, allt med skaplig kontroll över maskinen. Helikoptern var också försedd med en autorotationskoppling, ifall motorn skulle stanna så fortsatte rotorbladen att snurra genom fartvinden ( neråt ) och på så sätt göra en säker landning utan skador. Bild 2.1 Juan de la Ciervas C-4Autogiro Sen fanns det en annan spanjor vid namnet Juan de la Cierva, som uppfann en litet annorlunda version av helikoptern, Autogiro (se bild 2.1 ). Den hade ingen stjärtrotor utan en skjutande propeller samt ett stort rotorhuvud för lyftkraften. Fördelen med denna var att den knappt behövde någon startsträcka, men nackdelen var att den inte kunde hovra ( stå stilla i luften ). Däremot så kom han på en liten teknisk innovation, kallad flappning som jämnar ut lyftkraftsfördelningen mellan det blad som möter fartvinden och det blad som följer med fartvinden, genom att bladen får röra sig fritt istället för att vara fast ( se kap 3 Aerodynamik för mer information ) så flög den tyska flygtillverkaren Focke Wulf sin Fw-61 ( se bild 2.2 ). Det här var den första helikopter som kunde flygas med exakta kontroller. Den demonstrationsflög inomhus av den tyska Hanna Reitsch, helikoptern kunde uppnå en hastighet på 122 km/h. Men praktisk, nej! Bild 2.2 Hanna Reitsch i sin Focke Wulf Fw-61 Bild 2.3 Igor Sikorskys VS Andra världskriget Det var under andra världskriget som helikoptern började att bli mer praktiskt inriktad. Huvudpersonen bakom detta var den ryssfödde Igor Sikorsky, som pga. av problem i sovjet flyttade över till USA. Hans VS-300 ( se bild 2.3 ) hade en huvudrotor, stjärtrotor och en stålrörskropp och blev helikopteridealet. I mitten av 40-talet så kunde han flyga 15 min, men den 6 maj 1941 satte han 2

3 världsrekord i uthållighetsflygning då han flög 1 timme 32 minuter och 26 sekunder. Han gjorde flera lyckade flygningar varav sjöräddning var den mest berömda. Militären blev imponerade och beställde efterföljaren R-4, som även tjänstgjorde under andra världskriget, dock ej i större skal ( se bild 2.5 ). Efter 1945 så var amerikanarna ledande inom helikopterbranschen och det skulle inte ändras på ett tag. Andra världskrigets mest avancerade helikopter var tysk, Flettner FL-282 Kolibri ( bild 2.4, obs att kolibri var några månader före Sikorskys R-4 ). Flettner byggde 20 prototyper som alla var ganska lyckade, så tyska flottan ansåg att man behövde sådana här, så man beställde 1000 st., men turligt nog ( för de allierade ) så han man bomba sönder Flettner och BMW ( som också tillverkade dessa ) fabriker. Motorn var på 160 hästkrafter, räckvidden på 170 km, hastighet runt 150 km/h. Bild 2.4 Flettner FL-282 Hemma i USA så experimenterade en man vid namnet Arthur Young, med tvårotorbladsdesignen som tillsammans med styrpaddlar ( dagens radiostyrda helikoptrar bygger på denna uppfinning ) svarade för huvudrotorn. Alla andra koncept ( inte min Concept 30 ) hade fyra huvudrotorblad. Han flög en omgjord version av Bell 30 (se bild 2.6 ) Bild 2.5 Sikorsky R fram till nu Helikoptrarna fick ett allt större användningsområde inom det militära, allt från att jaga ubåtar till spaning och till attack. Här kommer några av dagens tillverkare: Bell Arthur Young & Larry Bell gick ihop och skapade Bell 47 ( se bild 2.7 ), som fick sin första flygningen den 8 December Helikoptern blev en riktig lyckad maskin som användes flitigt under Koreakriget. Bells nästa modell flög den 20 oktober 1956 och fick beteckningen 204, militär beteckning UH-1 ( Utility Helikopter transport, se bild 2.8 ), den skulle bli en ersättare åt militärens arbetshäst Bell 47. Dom första levererade till amerikanska armén i juni I Vietnam kriget så bestyckade man UH-1 med raketer och maskingevär, och det visade vara en lyckad kombination. Så då tog konstruktörerna på Bell och gjorde ett riktigt gunship. Resultatet blev modell 209 alias AH-1 i militären. Den fick smeknamnet Cobra och flög första gången i september Dom första Kobrorna anlände i Vietnam 1967 och de var väldigt effektiva. Ryktes vägen har jag hört att Vietnam kriget var ett helikopterkrig. Bild 2.6 Arthur Young i en Bell 30 Bild 2.7 Bell 47 Kobran blev uppdaterad med åren och den senaste versionen heter AH-1W Super Cobra och 3

4 har dubbla General Electric turbinmotorer som producerar 3200 hk vardera! Toppfarten ligger på 350 km/h och räckvidden på 550 km så skapade Bell sin modell 206 som skulle bli en kandidat till arméns LOH ( Light Observation Helicopter Lätt observations helikopter ), men den förlorade i förmån till Hughes 369. Så Bell lade ner projektet ända tills 1965 när den civila marknaden skrek efter medelstora helikoptrar. Så den nya 206 flög första gången i januari 1966 och kallades Jetranger. Den blev en succé, så den amerikanska flottan ville även ha en version för skolning av helikopter elever. Bell gjorde en förlängd version av Jetranger kallad Longranger, som fick en längre räckvidd, starkare motor och mer benutrymme. Den militära versionen av Jetranger heter OH-58 Kiowa ( se bild 2.10 ). Bild 2.8 Bell UH-1 Huey Bild 2.11 Hughes 300C Bild 2.9 Bell AH-1 Cobra Bild 2.10 Bell OH-58 Kiowa ( Jetranger ) Hughes / McDonnell Douglas 1956 så presenterade den amerikanska helikoptertillverkaren Hughes sin tvåsitsiga 300 serie, som blev väldigt populär tränings- och sightseeinghelikopter ( se bild 2. ). 300 har en Lycoming 180 hk motor och toppfarten är runt 140 km/h med en räckvidd på 480 km. Den militära version kallas Osage fick Schweizer ta över tillverkningen efter att ha byggt 2000 exemplar av denna modell. Dess uppföljare kom 1963 och fick benämningen Hughes 369 (se bild 2.11), senare MD-500 och OH-6 Cayuse ( se bild 2.12 ) inom militären, och enligt min mening en av dom snyggaste helikoptrarna. Denna helikopter var fyrsitsig och hade en starkare motor, Allison 250 Turbin som levererar mellan hk. Olika modeller släpptes under åren med betäckningarna C, D, E, F och NOTAR. Dmodellen fick en T-stjärt, uppgraderad motor ( 411 hk ) samt en fembladig huvudrotor ). EBild 2.13 modellen fick en längre kropp och nydesignad MD 500 Notar cockpit. Men NOTAR ( se bild 2.13 ) versionen Bild 2.12 är lite annorlunda än de andra, därför att den Hughes OH-6 Cayuse inte har någon stjärtrotor ( NOTAR = No Tail Rotor ). Den drivs av en fläkt som styrs elektroniskt, genom att öka eller minska fläktens varvtal så kan ett mot/med girande moment göras. NOTAR systemet (finns också på deras MD600N, MD900 Explorer) är världens tystaste helikopter system. Hughes/MD500 finns över hela världen. 4

5 Hughes hann, innan MDD tog över, också påbörja en attackhelikopter tävling som amerikanska armén utlyste. Hughes attackhelikopter var Modell 77 och vann 1973 tävlingen om att bygga några prototyper och flög för första gången 30 september Man fick sedan byggkontraktet 1976 och började att tillverka AH-64A Apache ( se bild 2.14), som serietillverkningsversionen skulle heta. När sedan McDonnell Douglas tog över Hughes 1984 så började fabriken att spotta ut Apache helikoptrar. Prestandan är ganska häftig, eller vad sägs om ca 350 km/h och en stigprestanda på över 10 m/s, skaplig expresshiss. AH-64A och dess efterföljare AH-64D Longbow (har en kamerautrustning ovanför rotorhuvudet) har Bild 2.14 använts flitigt under senare krig Ökenstorm Hughes / MDD AH-64A Apache ( Irak 1991 ) och Serbien (1999, där också en Apache krashade under övning enligt USA ). Apache finns faktiskt lite överallt i världen, förutom USA så finns den också i Holland, Israel, Saudi Arabien, Grekland, Egypten och förenade Araberemiterna. MDD har också utvecklat flera nya helikoptrar som MD Explorer, stor helikopter speciellt lämpad för stora passagerartransporter och ambulansflyg, samt deras MD 600, förlängd version av 500:an. 2.4 Modell Helikoptern I modellhelikopterns begynnelse år så var det bara dom riktigt tekniskt kunniga som kunde skruva ihop en modell helikopter och dess radio. Men i slutet av 60-talet i Tyskland så var det en man vid namnet Dieter Schlüter som började experimentera med modellhelikoptrar. Han hade faktiskt inte den blekaste aning om hur en helikopter fungerade men efter ett rejält antal tester så fick han fram en skaplig design anordnades den första helikoptertävlingen, och den var i Harsewinkel, Tyskland. Dieter tog hem segern efter att ha hovrat helikoptern på 4 meter i 5 sekunder. Man kunde nu hovra helikoptrarna men det var med nöd och näppe det gick så experimenterade Dieter med ett Hiller rotorhuvud. Det var en 1940-tals konstruktion där rotorhuvudet var försett med styrpaddlar. Modellen svarade på styrkommandona men dök tyvärr i baken. Servona hade blivit överbelastade av de aerodynamiska krafterna kring paddlarna. Det var nu Dieter fick sin snilleblixt, genom att kombinera ett Bell rotorhuvud med Hillers paddlar så kunde han uppnå en aerodynamisk stabilitet, krafterna från paddlarna skulle ta ut varann och belastade servona måttligt. Bell/Hiller systemet var fött och nu fick man kontroll över helikoptern, samt en styrrespons som ligger i nivå med människliga reaktionstider. Helikoptern fick en Bell AH-1 Cobra kropp som förebild och Dieter började sedan sälja byggsatser med denna. Schlüters helikoptrar var marknadsledande under sjuttio och åttiotalet. Senare så sålde Dieter tillverkningsrättigheterna till den tyska hobbytillverkaren Robbe. Nu för tiden så har modellhelikoptern samma princip som Dieters, fast den nuvarande är mera lätt mekade och stabilare. Komposit har ersatt metallchassit i många modelltillverkares helikoptrar. 3. Helikopter Aerodynamik & Teori Hur kan då en helikopter flyga? Den frågan skall besvaras här. 3.1 Lyftkraft Helikoptern är en flygande maskin där vingarna mekaniskt har kopplats till motorn. Genom detta så uppnås hela tiden tillräcklig fart för att vingarna skall få lyftkraft. Ett flygplan måste ju färdas framåt i en viss 5 Figur 3.1

6 hastighet för att vingarna skall få lyft. Helikopterns rotorblad fungerar precis som en flygplans vinge, bara att det vingen som alstrar farten. För att få en helikopters rotorblad att ge lyftkraft så måste lyftkraften bli större än det inducerade motståndet ( beror på tryckskillnaden mellan övre och undre rotorbladet ). För att uppnå dessa krafter så måste rotorn upp i en hastighet av 1500 varv/min ( RC ). Rent teoretiskt så är det luftmolekyler som träffar rotorbladet med en viss anfallsvinkel och accelereras därefter neråt. Detta gäller både luftmolekyler ovan och under bladet. Denna acceleration ger en reaktion, en uppåtriktad kraft som sedan delas in i komposanterna lyftkraft och inducerat motstånd ( se fig. 3.1). Kraftens storlek beror dels på hur mycket luft som påverkas genom rotorbladets hastighet och sedan hur kraftigt molekylerna accelereras nedåt av bladets Figur 3.2 anfallsvinkel. Anfallsvinkeln är rotorbladets vinkel gentemot luftströmmen ( se fig. 3.2 ). Om däremot anfallsvinkeln blir större än luftens infallsvinkel så bildas turbulenta strömmar som i sin tur resulterar i luftmotstånd och inte lyftkraft, med andra ord, helikoptern kommer att ramla ner från skyn, rotorbladen stallar ( uttalas stålar). Ett sådant tillstånd kan hända när man skall göra en autorotationslandning ( landning utan motor ), rotorns hastighet är helt beroende av en hastighet framåt och neråt som får den att snurra. Skulle man öka pitchvinkeln så kommer rotorn att hänga med trögare och tillslut är vinkeln för stor så att bladen stallar. Figur 3.3 Desto mer fart i rotorn desto mer lyftkraft och eftersom bladspetsarna har störst hastighet så producerar dom mest lyftkraft. Rent praktiskt så betyder det att man kan ha mindre pitch men så är inte verkligheten. Dels så får motorn jobba på rejält höga varv och sedan så ökar luftmotståndet på bladen med kvadraten av hastigheten, dock minskar det inducerande motståndet! Figur Rotordisken I ett större perspektiv så påverkar rotorbladen luftmolekylerna över hela den yta som rotorbladen sveper över. Lufthastigheten blir därför högre under rotordisken ( se fig. 3.4). Helikopterkroppen och landstället vill därför dras ned av denna snabba luftström och sätter man pontoner på helikoptern så märker man en rejäl skillnad genom att man måste ha mer gas och pitch för att helikoptern skall lyfta. Vid hovring måste den luft ovanför rotorn som accelereras nedåt ersättas av ny luft som sugs in från omgivningen. Det kostar effekt att göra det, men när modellen börjar röra sig framåt så kommer den hela tiden att 6 Figur 3.5

7 möta ny luft. Då ökar lyftkraften och för att bibehålla höjden så måste gas/pitch minskas annars kommer modellen att börja stiga. En besvärlig situation kan inträffa när helikoptern sänker sig vertikalt. Då kommer en viss volym luft bara viftas runt utan att accelereras och då kan lyftkraften minska drastiskt. Därför skall man aldrig sjunka om man inte är tillräckligt nära backen. 3.3 Markeffekten Om man hovrar väldigt nära marken, vilket inverkar på höjder lägre än rotordiametern, så kommer luftmolekylerna att bromsas vid markkontakt vilket i sin tur ökar lyftkraften (se fig. 3.5 ) Flappning För att inte helikoptern skall bryta sönder sina rotorblad så måste bladen kunna flappa, eller med andra ord ändra koningsvinkeln ( se fig. 3.6). Det blad som rör sig i färdriktningen möter luftströmmen med en högre relativ hastighet än det bakåtgående bladet. Det framåtgående bladet kommer på grund av ökad lyftkraft att röra sig uppåt. Det minskar bladets anfallsvinkel gentemot luften, och motsvarande ökar anfallsvinkeln där bak. Detta jämnar ut skillnader i lyftkraft mellan rotorbladen. Figur 3.6 Rörlig bladhållare Det förekommer helt stela rotorhuvuden, men då sker flappning genom att bladen är elastiska (dom böjer sig, se fig. 3.7). Figur 3.7 Fast bladhållare 3.5 Paddelstången Styrpaddlarnas stabiliseringsstång, paddelstången, är något som direkt skiljer en modell helikopter mot en vanlig (förutom storleken). I filmer där scener med helikoptrar som skall utföra farliga stunttrick är oftast utförda av modeller. Hur kan man se det då? Jo man kan faktiskt urskilja paddelstångens rotationscirkel och då är det garanterat en modellhelikopter. Se figur 3.8 för paddelstångens placering ( obs att den ligger på samma höjd som huvudrotorn ). Figur 3.8 Paddelstångens funktion skall vara ganska komplex så därför tar jag bara dom viktigaste bitarna. Förutom att den skall stabilisera helikoptern så kan man även använda den som styrmedel. På så sätt så minskar den belastningen på servona. 7

8 Jämfört med huvudrotorn, som skall lyfta hela helikoptern, så är paddelstången lagomt belastad. När piloten ger styrimpulser som går via swashplattan, så mixas olika rörelser ihop vid mixern, washout, som i sin tur ger måttliga styrutslag för huvudrotorn och stora utslag för paddelstången ( se kap 4 Flyglära och figurerna 4.7 & 4.8 för bättre förståelse ). 3.5 Gyroskopisk precession Konstigt namn men en av dom viktigaste funktioner på helikopter. För att styra helikoptern i en viss riktning så måste man ändra lyftkraftsfördelningen mellan olika sidor av rotordisken. Skall en hovrande helikopter som exempel flytta sig till höger så måste en större kraft på den vänstra rotordisken uppstå. Det sker genom att pitchen varieras mellan rotorbladen. För att ändra pitchen så måste man luta swashplattan. Huvudrotorn fungerar som ett stort gyroskop. Ett gyroskop kännetecknas av att en kraftpåverkan ger en resultant med 90 förskjutning, kallad den gyroskopiska precessionen. Ett litet räkneexempel: Rotorspetsarnas hastighet vid hover V=π* D * N/60 ( m/s ) V= hastigheten D= diametern N= rotorvarvtalet Huvudrotorn D=1160 mm =1,16 m N= 1500 varv/min V=(π * 1,16 * 1500 )/60 = 91 m/s ( 328 km/h ) Stjärtrotorn D= 210 mm=0,21 m N= 6900 varv/min ( utväxling 1:4,6 mot huvudrotorn ) V=(π * 0,21 * 6900 )/60 = 76 m/s ( 274 km/h ) Svar: Farten för bladspetsarna för huvudrotorn är 91 m/s (328 km/h) och för stjärtrotorn 76 m/s ( 274 km/h ) 4. Flyglära Så vad är det som skiljer RC helikopter mot de riktiga maskinerna? flygplanet? Vad skiljer Helikoptern och 4.1 Grundfunktioner 8

9 Helikoptern Helikoptern är en ganska avancerad maskin med många rörliga delar. Helikoptern är byggd kring ett plastchassi ( konstruktionsplats som är delvis glasfylld, fabriksuppgift ) som sedan har ett rotorhuvud och stjärtrotor. I mitt fall användes 5 servon, gyro, mottagare och ackvarnare ( se fig. 4.1 för kopplinsschemat ). Motorn som jag använder är en italienare, Super Tigre G34H ( för tekniska Figur 4.1 Helikopterns mekanik och placering av olika detaljer. uppgifter, se kapitel 5.4 Praktiska arbetet: Tekniska data). Den består av en starterkona, fläkt och kopplingsklocka (drivhjul och centrifugalkopplingen, se fig. 4.2) och dom här är alla ihop satta och har ett plasthölje omkring sig ( syns ej på bild ). På så sätt kan fläkten effektivt nå cylindertoppen ( kylflänsarna och kyla ner dem. Centrifugalkopplingen fungerar så att vid ett visst varvtal utvidgar sig ( tack vare centrifugalkraften ) och greppar tag i motorn. Och tack vare den så kan man starta motorn utan att kapa händerna av sig. Stjärtrotorn drivs av en pianotråd som är kopplad på mellandrevet och har utväxlingen 1:4.6 ( jämfört mot huvudrotorn ). Figur 4.2 9

10 Radion Figur 4.4 Figur 4.5 Figur 4.3 En radiostyrd helikopter kräver en fyrkanalig radio men man rekommenderar starkt en speciell helikopter radio, fast man kan flyga med en vanlig flygradio. Det som skiljer en helikopter radio från vanliga flygradion är att den skall har 5 servon ( gas, pitch, stjärt-, skev-, höjdroder ), en extra spak ( femte kanalen) samt en mixer där man skall ställa in olika pitchvinklar på olika Figur 4.6 gaslägen. Vissa helikopterradion har en s.k. idle-up switch där man kan ställa motorn på hovrings gas, vilket medför att man kan utföra en massa olika flygmanövrar ( annars följer gasen pitchen, mer om det senare ), används av aerobatics förarna. Helikoptern har nästan samma funktioner som ett flygplan, men skiljer sig när den står stilla och förflyttar sig i låg fart. Min radio är en Hitec Focus Heli 5 och har 7 kanaler + en för batteriet. I figur 4.3 syns hur man skall koppla och varför det heter första kanal osv. Varje radio har två spakar som i sin tur har två trimmrar, som möjliggör trimning i luften utan att man behöver skruva på helikoptern (se fig. 4.4). Radion i sin tur har reversing (gör omvänt, se fig.4.5) funktioner på 6 kanaler, den 7:nde är batteriet. Eftersom en helikopter är mycket beroende av pitchvinklar så finns det en inställningspanel där man kan vrida och ställa in hur mycket den skall ge på max-, min- och hoverpitch ( se fig. 4.6 ). Där ställer man också in hur mycket utslag servona på höjd- och skevrodren skall ge. Sen finns det ett litet trimreglage uppe i högra hörnet på radion, där man kan mixa hovrings gasen under flygning ( se fig. 4.7 ). Sedan så finns det en mätare som visar output power, dvs. effekten som skickas iväg (se fig. 4.8 ). Och sist men inte minst så finns det en kristall som står för själva sändningsfrekvensen ( 35 mhz FM-bandet ). Batteriena som sitter i radion och helikoptern ( mottagar ack ) är av NiCd, Nickel Cadmium och Figur Figur 4.8

11 är därför laddningsbara men inte speciellt bra för miljön ifall de skulle slängas i soptunnan. Sändar acket är på 9,6 V och 650 mah, normal laddning tar 13 timmar men det kan snabbladdas ( 1 h ungefär ). Mottagaracket är på 4,8 V och skall försörja 5 servon, 1 gyro och själva mottagarenheten, därför är de på 1000 mah ( helst mer ), normal laddtid är 12 timmar. Flygtiden med bara acken ligger på 3-4 gånger innan någon av dom måste laddas. Räckvidden på radion ligger på ca 500 m plant och 1000 m vertikalt ( fabriksuppgift, under bästa möjliga förhållanden vilket inte existerar ), mitt motto är att man skall se helikoptern någorlunda och då räcker räckvidden garanterat. Skevroder ( första kanalen ) Funktion flyg & heli: Vickar planet i längdaxeln ( roll ), om ej motroder ges så rollar den. Funktion Heli: Vid stillastående ( hovring ) eller flygning långsamt framåt så går helikoptern i sidled. Vad händer? Vid styrutslag så skickar sändaren iväg en signal till en mottagare som i sin tur omvandlar signalen till servoutslag. Servot i sin tur är kopplat med en linkarm som drar/trycker swashplattan. Den i sin tur är kopplad till en mixer, kallad washout, som Skevroder ( första kanalen ) sitter mellan rotorhuvudet och swashplattan och i sin tur mixar pitchen på rotorbladen (en upp och en ner ) och vickar omkull styrpaddlarna när rotorn snurrar (se fig. 4.9 ). Figur 4.9 Höjdroder ( andra kanalen ) Funktion flyg & heli: Ändrar nosens färdriktning så att den sticker uppåt respektive neråt. I fart så är det lättast att med hjälp av denna funktion ändra höjd. 11 Höjdroder ( andra kanalen )

12 Funktion heli: Primär funktion är att få igång en rörelse framåt/bakåt för att sedan flyga som ett vanligt flygplan. Vad händer? Servot drar/trycker på ett ok som drar uppåt/nedåt swashplattan som mixern i sin tur omvandlar ändrar styrpaddlarnas anfallsvinkel samt huvudrotorns anfallssvinkel framåt/bakåt och på så sätt skapar ett styrande moment ( se fig ). Figur 4.10 Trottel / gas ( tredje kanalen ) Den funktionen är sammankopplad med pitchen, så därför har de samma spak. Det som händer här vid gaspådrag är att servot vid gaspådrag öppnar förgasaren så at mer luft och bränsle kommer in. Den här har jag inte gjort någon skiss till, men servot sitter ca 10 cm ifrån motorn. Stjärtrotor ( fjärde kanalen ) Utan stjärtrotorn så skulle helikoptern få en väldans snurr. I varje fall så fungerar stjärtrotorn som flygplanens sidroder och vrider planet/helikoptern i girplanet ( se mer om det i kap.3 Aerodynamik ). Stjärtrotor servot är kopplat till gyro som i sin tur också justerar gir i hovring ( i Stjärtrotor ( fjärdekanalen 12

13 vanlig flygning framåt så kan man ställa om gyrot så att den reagerar mindre, se mer om det i femte kanalen ). Femte kanalen Den femte kanalen är en vanlig switch som har två lägen ( vanligast ). Har man en skala kaross med uppfällbart landningsställ ( typ Bell 222 och Agusta A109 ) så kan man ha den funktionen här. Det som denna funktion rent praktiskt gör är att den går från ett maxvärde till minvärde ( ett sätt att testa detta är att koppla in ett servo, då ser man om den går från ena läget till det andra ). Vissa gyron stödjer denna, där man på en speciell inställningspanel skruvar in antal % ( känsligheten ) man vill ha i 2 olika lägen. Är faktiskt bra, för ett gyro drar ganska mycket ström och när man flyger framåt så är helikoptern inte så värst stabil. Så då kan man switcha från ett hovringsläge till ett fartläge. Femte kanalen Pitch ( sjätte kanalen ) Funktion heli: Med den vänstra spaken så ändrar man pitchen tillsammans med gasen, sjunk - mindre gas eller stig - mer gas. I botten läget så har man negativ pitch och tomgångsvarvtalet. Man kan sedan korrigera tomgångsvarvtalet genom att öka/minska på trimmern. Med trimmern längst ner så dör motorn. Vid start av motorn så skall spaken vara i botten läget och trimmern på ½ till ¾ gas. Vad händer? Pitchen är inställd på olika vinklar, spaken längst ner < 0 pitch & tomgång ( sjunk ), spaken i mitten 0 till 4 pitch & hovringsgas ( hovringsläge ), spaken fullt Gas Pitch ( tredje och sjätte kanalen ) framåt - 10 pitch & fullgas ( stig ). Pitch servot sitter kopplat på pitchen genom ett ok, som sedan drar upp/ner pitchen som i sin tur går på washouten. Washouten mixar direkt dvs. du behöver inte köra igång rotorn utan du ser resultatet direkt med vinklarna. Se figur 4.11 för lättare förstå. 13

14 Figur Grundläggande manövrar Hovring Den svåraste manövern, förutom alla aerobatics manövrar, är att riktigt behärska hovringen till 100%. Eftersom hela helikopterflygandet går ut på hovring ( start & landning ). Enligt rykten så när man väl lärt sig hovra så har man avklarat 80 % inom helikopterflygning. Om det är sant vet jag inte men visst är detta helikopterns specialitet. Hovring utföres på ca halvgas där man gjort inställningar för pitch och gas. Sedan är det bara att försöka balansera denna maskin, för att den vill hela tiden göra andra saker. En vindpust kan få den att ändra riktning och börja flyga i sidled, så vill du behärska en helikopter så är detta den rätta manövern att göra det med. Figur 4.12 Man skall hela tiden försöka att hålla helikoptern inom en viss gräns ( se fig ) Sväng En sväng kan faktiskt vara svårare att utföra än man tror. En sväng börjar oftast att man ger lite skevroder, för att vicka omkull helikoptern, samt lite sidoroder ( stjärtrotorn ). Men då kommer den att vika av neråt, så då måste du korrigera med höjdrodret och ta upp den. Men då kanske den börjar tappa höjd och då skall du ge lite mer gas/pitch. 14 Figur 4.13

15 Ett bra sätt att träna svängar är att börja flyga åttor (se fig. 4.13), sedan skall man variera hållet man flyger åt. Autorotation Ibland så kan motorn lägga av i luften och då skulle man kunna tro att helikoptern bara faller. Men det är inte riktigt sant. En helikopter ( såväl fullskala som modell ) har ett autorotationsfrikoppling, dvs. huvudrotorn kan rotera fritt med hjälp av fartvinden ifall motorn inte driver den. Men man måste reagera någorlunda snabbt så att inte huvudrotorn hinner tappa all kraft ( för mycket pitch = mer motstånd ). Pitchområdet ( ifall man kan ställa in det på radion ) skall vara från 4 till så mycket det går ( normalt +10 till +12 ). Se figur 4.14 för en detaljerad beskrivning. Värt att anmärka är att man skall börja på hög höjd ( ~50 meter ) och sedan gå ner lägre och lägre. Figur 4.14 Autorotations landning 4.3 Annat skoj med helikoptern En modellhelikopter är mycket starkare skalamässigt än en vanlighelikopter. Och kan därför utföra de mest häpnadsväckande manövrar som t.ex. looping ( vanliga helikoptrar typ MD500Notar och AH-64 m.fl. kan göra det men får inte av luftfartsverken ), inverterad hovring ( omöjligt för en idag fullskala helikopter ) bara för att nämna några få saker. Om man vill kan man tävla i F3C-klassen ( helikopter ) i aerobatics. Är man bara en helgflygare så finns det skoj tävlingar där man skall välta koner, dragrace ( stillastående till så snabbt som möjligt under en viss sträcka ) och annat där alla har lika sto chans att vinna. Skojtävlingar brukar arrangeras av importörer och därför kan det vara riktigt fina priser som utlottas. 4.4 Start av helikoptern För att starta en modellhelikopter första gången krävs både mod och tålamod. Först och främst undrar man hur den kommer att låta och kommer den att börja snurra? För att starta krävs det 1 starter, glödströms set ( glödklämma och eventuell glowdriver för att omvandla 12V till 1,5V). Sen är det faktiskt ganska lätt. Anslut glödströmmen och startern till ett 12V batteri ( bil/mc/hobby ) och testa först att glödstiftet glöder ( skruva ut det och kolla ), den skall lysa som ett apelsinskal. Efter der så skall du ett stadigt grepp runt rotorn och placera starten på starterkonan. Se till att du trycker på lite så att den inte slirar. Sedan är det bara att hoppas på det bästa ( se fig för bättre visning av startmomentet). 15

16 Figur Praktiska arbetet 5.1 Dagsrapport Torsdag 8 April Var till Västerås och köpte diverse prylar. Grejade med helikoptern resten av dagen ( ca 6 tim ), började att se över den och smörja in helikopterns axlar med sillikon fett. Tog ur motorn och lade den i metanol samt bytte startergummit på den. Beräkna att provstarta den på lördag eventuellt imorgon. Kroppen tvättad med vatten och avfettningsmedel ren & snygg. Fredag 9 April Satt från 1200 till 2100 ( ej isträck, hade lunch & fika också ), skruvade ur alla servon ( 5 st ), mottagare och gyro vilka testades i mitt rum. Alla servon fungerade, men stjärtrotor servot ville inte lyda spakutslagen. Troligen något fel i radion, eftersom servot reagerade med gyrot. Planerad färd till hobbyaffär måndag efter skolan. Rotorbladen och huven rejält tvättade. Sändaren ville inte heller visa hur mycket ström den hade kvar vilket inte alls är så bra. Lördag 10 April Började att montera ihop helikoptern och pga. av vädret ( blåsigt ) samt vissa tekniska problem så blir motorkörning framflyttad. Servona ville inte riktigt lyda mina styrutslag. I stället för att ge fulla utslag så ger den bara hälften. Planerad färd till en hobby affär i veckan. Torsdag 15 April Knäppte kort på helikoptern inne på media. Åkte till KB:s RC hobby i Falun för att dels fråga och handla varor. Det visade sig att det inte var något fel på radion utan det var acket 16

17 som hade en trasig cell. Köpte ett nytt ack och satte det sedan på laddning ( första gången 24 tim 50 mah sedan 12 tim 50 mah ). Krångel med stjärtrotor linkaget, vill inte ställa sig i neutral läge efter upprepade höger/vänster utslag, linkaget dels för trögt och dels tar det emot servot. Hem och provade med buntband, fast med mindre lyckat resultat, servot orkade inte alls med att dra. Lördag 17 April Provade radion med nya acket fulla utslag, ställde in stjärtrotor servot, pitch/gas servot. Fick linkaget att gå bra utan större förluster. Söndag 18 April Dåligt väder, skriver istället. Måndag 19 April Skulle testa motorn, så jag kopplade in min glödstiftsklämma ( hade en automatisk 12V till 1,5 V omvandlare på sig ) på batteriet ( MC Batteri 12V 6,5 Ah ) och brände upp 2 stift. Kul! Så det blev en vända till KB:s RC hobby i Falun för att införskaffa nya glödstift. Det blev två Enya 3 ( vanligast för hkp motorer i normala temperaturer ) och sedan en Enya 4 för riktigt varma dagar. När jag kom hem från KB:s så var klockan lite sen för att provköra motorn. Tisdag 20 April Direkt efter skolan så provade jag på att starta motorn, i början gick det segt men efter lite skruvande på bränsle nålen så startade den. Körde utan några rotorblad ( huvud & stjärt ), för att testa vart centrifugalkopplingen gick in. Jag drog på rejält med gas ( ¾ ) men ingenting hände. Så det blev att skruva isär hkp och kolla efter. Efter 1 timmes jobb så hittades inget fel så jag skruvade tillbaka den och det var då jag märket vad som var felet! Skruvarna som skulle hålla uppe motorn var för långa och gick in i kopplingen. KUL, allt jobb förgäves. Jag hade fått den uppfattningen att när kopplingen går in så kommer rotorerna att komma vid ett visst varvtal och bara varva. Men så var inte fallet, dom fungerade som en vanlig helikopter dvs. kom undan efter undan ( fast jag skulle inte vilja vara nära helikoptern vid 1/5 gas, för då snurrar det.. ). Nu fungerade det, men nu funkade inte stjärtrotorn. Det blev lite skruvande och donande innan jag äntligen kunde starta den för 3:e gången, denna gång med stjärt och huvud i funktion. Tro mig nu, när man såg denna mekaniska varelse komma till liv och vråla på halvgas, då vill man inte stå NÄRA den. Fast jag visste att det är farligt med R/C helikopter så började verkligen fatta vilka konsekvenser det skulle ha om t.ex. en skruv inte satt och bara flög iväg. AJ. Efter en lyckad provkörning av motorn så visade sig att man INTE får köra helikoptern utan blad, för då kan motorn övervarva och ta skada. Men, det blev en lyckad dag och den lät lite mer än jag hade föreställt mig, mäktigt ljud med andra ord. Torsdag 22 April Kopierade bilder från media på min helikopter som jag hade knäppt. Försökte att flyga med hkp. Men först ville den inte starta och när den sedan startade så funkade inte stjärtrotorn. Så det blev en sen kväll med att fixa stjärtrotordrivningen. Sen fixade jag ett roderglapp mellan servot och stjärtrotorn, vilket gav mycket bättre utslag nu än förut. Fredag 23 April Glömde sätta acken på laddning, så det blev att skruva och putsa. Lördag 24 April Startförsök med helikoptern. Väl igång så skulle jag se till att bladen trackade, gick i samma spår, och det gjorde de. Skulle testa kontrollen då inträffade det en liten incident. Jag drog högra spaken lite vänster och då vickade hkp och resultatet blev ett trasigt rotorblad! 17

18 Som tur var hade jag ett extra blad hemma och lagade helikoptern samma kväll. Började att ställa in motorn riktigt. Måndag 26 April Flög för första gången. Jungfruturen för mig ( men inte helikoptern ) varade 10 min och innehöll allt det man kan önska: DEN FLÖG. Jag hade satt på hkp ett landställ ( own-design ) så att den inte skulle vicka och bryta rotorbladen ( a la lördag ), sedan så var han fastsatt i en plywood skiva ( se fig. 6.1 ). I allefall så tog det ett litet tag innan motorn riktigt ville tända. Motorn gick inte så där riktigt bra, den bluddrade lite på höga varv, så jag får ställa in den imorgon. Ni skulle bara veta vilken känsla det var när rotorbladen började Figur 6.1 varva upp mer och mer och sedan började helikoptern att flyga. Tråden ( grön grästrimmer tråd ) hade jag ställt in på ca 10 cm mellan hkp och plywooden ( se fig. 6.2 ). Det var faktiskt riktigt svårt när hkp var i luften och bara for hit och dit. Till en början var det nästan helt omöjligt att ge motroder. Men tog man bara ett roder i taget så fick man den ganska stabil efter tag. Och alldeles i slutet så fick jag till en skaplig hovring ( stillastående i luften ). Häftigt! Även om det bara var ett litet skutt på 10 cm så är det ett steg i rätt riktning. Efteråt så blev lite putsning och smörjning. Tisdag 27 April 3 flygningar genomförda, alla med lyckat resultat ( dvs. ingen krasch/haveri ). Ökade maxhöjden till 20 cm respektive 30 cm ( ungefärliga siffror ). Jag ställde in motorn så att den gick bättre och bättre. Men den har en tendens att bli överhettad vilket troligen beror på rotorbladens pitch ( motorn har för lite varv i förhållande till pitchen, vilket resulterar att motorn jobbar hårdare = varmare ). Det blir att ställa in den bättre tills nästa flygning. Ännu en lyckad dag!! Figur

19 Lördag 1 Maj Satte på innebandy bollar på landstället så att den inte skulle fastna i marken ( se fig. 6.3 ). Flög utan snöret ( FRI ). Väldigt roligt faktiskt, den gick lite som den ville fast jag ändå hade kontroll över den. Flög på ca cm höjd och allt gick faktiskt bra. Fast sen dog motorn efter ca 5 min flygning. Så resten av dan blev att försöka ställa in den riktigt, och på kvällen verkade det som jag lyckats någorlunda. Figur Utgifter Produkt Bränsle filter Bränsle slang 2m Devcon låsvätska ( Loctite ) Glödstift Firepower F6 varm Glödstifts kors Mottagar ack Hitec 4,8V 1000mAh Sillikon fett Sillikon fett ZAP GAP ZA+ ( snabblim ) Sändar ack 9,6V 600mAh Glowdriver Glödstift varma Enya Glödstift varma Enya Glödstift väldigt varm Enya Glödstifts klämma Elektriker rör 3meter Datum Handlat hos Zetterlunds - Västerås Zetterlunds - Västerås Zetterlunds - Västerås Zetterlunds - Västerås Zetterlunds - Västerås Zetterlunds - Västerås Zetterlunds - Västerås Zetterlunds - Västerås Zetterlunds - Västerås KB:s RC - Falun KB:s RC - Falun KB:s RC - Falun KB:s RC - Falun KB:s RC - Falun KB:s RC - Falun Holmqvist elbyrå - Avesta Pris 45,00 kr 60,00 kr 42,00 kr 55,00 kr 68,00 kr 255,00 kr 30,00 kr 30,00 kr 58,00 kr 285,00 kr 85,00 kr 60,00 kr 60,00 kr 65,00 kr 60,00 kr 23,00 kr Totalt 1 281,00 kr Kommentar: RC HELIKOPTER ÄR DYRT!! 5.3 Loggbok Datum hkp typ Start&Landning Flygtid Bränsle åtgång ( minuter ) ( % av tank ) 10 75% Haveri/Skada/övrigt April Concept 30 SE Brunnbäck 27 April Concept 30 SE Brunnbäck % 90% 50% 20 cm höjd 20 cm höjd 30 cm höjd 1 Maj Concept 30 SE Brunnsbäck 5 50% Fri från snöre, dock med extra landningsstället. 5.4 Första flygningen, 10 cm höjd Tekniska data 19

20 Concept 30 SE Huvudrotordiameter: Stjärtrotordiameter: Längd: Bredd: Höjd: Styrningssystem: Vikt: Toppfart: Stigfart: Bränsletank: Flygtid: 1160 mm 210 mm 1031 mm ( utan framstickande huvudrotor ) 140 mm 370 mm Bell/Hiller ( se kap. 2.4 Historia: RC helikoptern ) 2,5 kg lite över 100 km/h ( ej testat, bara medeltopphastighet från 30 helikoptrar ) inga siffror, men det räcker nog till, säkert någonstans mellan 2-5 m/s. ungefär 2,4 dl ungefär 15 min ( vanlig flygning, betydligt mindre vid aerobatics) MOTOR Super Tigre G34H ( 5,5 cc ) Effekt: 1,15 hk / rpm (fabriksuppg., effekt utan nitrometan tillsats) RPM område: rpm ( fabriksuppg. ) Vikt: 280 g Bränsle: ( fabriksuppg. ) Metanol med blandning av ricinolja eller syntetolja. Normal blandning 80% metanol och 20 % ricinolja. För höjande av motoreffekt kan man tillsätta nitrometan (5% - 30% ), men då slit motorn mer och kan börja rosta. Radio Hitec Focus Heli 5FM 5 kanalig helikopter radio med speciella inställningsmöjligheter ( pitch o motor mix, samt min/max pitch vinklar) Gyro JR Gyrosystems Inget märkvärdigt, ett helt vanligt standard gyro. Startmotor Sullivan HI-TORK starter Ett lite kraftfullare starter som ansluts till 12V bil/mc/hobby batteri. 20

21 6. Sammanfattning För att bättre uttrycka vad jag gjort så skall jag svara på dessa frågor: 6.1 Vad har jag lärt mig? Jag har lärt mig en massa saker, med betoning på hur en helikopter egentligen får kraft och flyga. Och sen hur den sedan ändrar olika lyftkrafter på rotordisken ( gyroskopisk precession ) för att få styrverkan. Det tog faktiskt ett tag innan man började fatta allt man läste om aerodynamiken, men fick man problem så gick man och kolla på helikoptern hur det funkade rent maskinellt och då började snilleblixtarna att komma. Förutom ovannämnda saker så har jag fått en uppfattning vad som krävs för att få en radiostyrd helikopter att flyga med allt vad underhåll heter. Det är FAKTISKT mer skruvande än flygande. När man planerar att man skall ut och flyga så skall man innan kolla ALLA skruvarna, länkarmarna, tanka helikoptern och se till att allt fungerar ( servon m.m.). Sen när man väl har gjort i ordning allt, tagit eventuell transport till lämpligt ställe, så skall man göra om checklistan ( skruvar, länkarmar, bränsletank m.m.). Efter en flygning så skall samma kontroll göras så att man inte tappat något under flygning. Om man frånser grundtillsynen jag gjorde på helikoptern och räknar med 15 min flygtid så har man att göra runt en timme i garaget. Sen skall man regelbundet smörja axlar och skruva ur motorn och kolla. Ingenting får gå fel i luften ( varje fall inget mekaniskt ) för det kan få förödande konsekvenser på omgivning ( människor, djur och egendom ) och plånboken ( bara nya rotorblad kostar ca 300 kr paret och oftast går någon arm också ). Innan jag började med modellhelikopter så visste jag att det var farliga saker med tanke på rotorernas hastighet ( hovring huvudrotor: ~1500 varv/min och stjärtrotor: runt varv/min ). Men det var först när man såg dem snurra som man började reagera, detta är FARLIGA SAKER. Och förutom höghastighet så är de ganska vassa också. Därför är noggrannhet a och o i helikoptersammanhang. 6.2 Var det roligt? Hur skall man uttrycka sig egentligen. Roligare specialarbete kunde man nog inte få. På ren svenska så får man leka på fritiden för att skriva något arbete. Tänk om alla arbeten i skolan var så här. Jag upptäckte också att det var väldigt roligt att skruva på helikoptern också, det är väl en bra signal för en blivande flygmekaniker ( värnplikten, fast då blir det SAAB SK-60 ). 6.3 Kommer jag att fortsätta med detta? Det är faktiskt ganska självklart, vilken hobby kan vara så rolig och ändå så svår bemästrlig som modellhelikopter. Jag har till och med funderat på att göra yrkeskarriär som helikopter pilot ( riktig alltså ), för att det är väldigt intressant. Det var väl det jag kom fram till, men som sagt så skulle man kunna spendera åtskilliga timmar till på historia, flyglära, aerodynamik, konstruktion m.m. Snygg maskin! 21

22 7. Källor Böcker RC-helikoptern Kristian Berggren The Helicopter - Patrick Allen Segelflyg teoriboken Axelsson/Danewid Internet ( mest bilder ) Heli Buf Allt om Hobby Helikopter Aerodynamik Bell 47 Sikorsky Archives Helikopter Pionjärer (år) 1997 Falköping 1996 Hong Kong 1993 Skara ISBN ISBN ISBN Fotografier Concept 30SE är tagna i mediahuset av mig Båda bilderna: Kyosho Concept 30 SE ( min ) Stefan Jansson