کنترل حرکت چرخشی در هلیکوپتر ها
یکی از مهمترین مشخصه های یک هلیکوپتر، توانائی آن برای ثابت نگهداشتن دمش و غلبه بر گشتاور ملخ ها است
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :
تاریخ : دوشنبه 1397/05/01 ساعت 08:31
مرکز یادگیری تبیان - محبوبه همت
یکی از مهمترین مشخصه های یک هلیکوپتر، توانائی آن برای ثابت نگهداشتن دمش و غلبه بر گشتاور ملخ ها است .گشتاور نتیجه انتقال نیروی چرخشی از طریق اتصالات مکانیکی به روتور هلیکوپتر است .نیرویی که ملخ های هلیکوپتر را می چرخاند، یک نیروی مساوی و در جهت مخالف به اتصالات انتقال نیرو وارد می کند که به بدنه هلیکوپتر متصلند .اگر این نیرو کنترل نشود، موجب چرخیدن هلیکوپتر بدور خودش با سرعت زیاد خواهد شد .خوشبختانه هلیکوپترها دارای مکانیزمی هستند که هم گشتاور را خنثی می کند و هم کنترل حرکت جانبی را فراهم می آورد .
روش های رایج در کنترل حرکت چرخشی در هلیکوپترهای رادیو کنترل
کنترل چرخش با روتور دم
رایج ترین روش کنترل چرخش در هلیکوپترهای رادیو کنترل، استفاده از روتور دم است .روتور دم در فاصله معینی از محور روتور اصلی ، بر روی میله دم قرار می گیرد تا بتواند گشتاور ناشی از چرخش ملخ های اصلی هلیکوپتر را خنثی نماید .روتور دم هم می تواند بوسیله اتصالات مکانیکی به محور روتور اصلی متصل شده باشد و هم می تواند دارای یک موتور الکتریکی مجزا باشد .در روش اول، روتور دم با سرعتی متناسب با سرعت چرخش روتور اصلی می چرخد که این نسبت حدود 5.4 به 1 است .تراست روتور دم بوسیله کم و زیاد کردن زاویه ملخ های دم کنترل می شود.
کنترل چرخش هلیکوپتر با دو روتور اصلی مجزا
هلیکوپترهائی که دارای دو روتور اصلی مجزا هستند، دارای برتری گشتاوری نسبت به هلیکوپترهای تک روتور هستند زیرا هر یک از روتورها بر خلاف جهت روتور دیگر می چرخد و بنابراین گشتاور یکدیگر را خنثی می کنند .اما مزیت حذف روتور دم در این هلیکوپترها با میکس آیرودینامیکی و افت انتقال از بین میرود .در این هلیکوپترها برای کنترل پرواز و مانور، هنوز هم نیاز به کنترل چرخش هلیکوپتر هست .در این تیپ هلیکوپترها، از کنترل سایکلیک تفاضلی برای کنترل چرخش هلیکوپتر بدور خودش استفاده می شود .نیروی چرخشی با اعمال نیروی سایکلیک مخالف در روتور جلو و عقب ایجاد می گردد.
کنترل چرخش تفاضلی هم محور
هلیکوپترهای کواکسیال یا دو ملخ هم محور مانند لاما، از گشتاور تفاضلی برای کنترل چرخش هلیکوپتر استفاده می کنند .در حین پرواز، هر دوی ملخ ها در خلاف جهت یکدیگر می چرخند و بنابراین گشتاور همدیگر را خنثی می کنند .برای ایجاد حرکت چرخشی در هلیکوپتر، دور یکی از روتورها افزایش یافته و دور روتور دیگر به همان نسبت کاهش می یابد .تفاضل سرعت باعث ثابت ماندن مقدار توان خالص می شود ولی یک عدم برابری در گشتاورها ایجاد می شود که باعث چرخش هلیکوپتر می گردد.
تعریف گشتاور
گشتاور عبارت است از نیروی پیچشی وارد شده بر یک نقطه .این نیرو را می توان با نیروی وارد شده بر یک اهرم که در یک نقطه بصورت چرخشی اعمال می شود توضیح داد .مقدار گشتاور با افزایش طول اهرم و یا نیروی وارده بر آن افزایش می یابد. هنگامی که گشتاور در یک دور چرخشی خاص اعمال می گردد، توان ایجاد می شود .گشتاور اعمال شده به محور اصلی هلیکوپتر است که توان لازم برای پرواز را ایجاد می نماید .برای این کار، یک گشتاور معکوس به بدنه هلیکوپتر اعمال می شود.
تسمه و چرخ دنده
این سیستم ها تشکیل شده اند از یک چرخ دنده اصلی بزرگ که به یک چرخ دنده کوچکتر و یک پولی وصل می شود .این نوع طراحی را می توان در بسیاری از هلیکوپترها در اندازه های مختلف مشاهده نمود .تنها مزیت این سیستم، کم خرج بودن و راحتی تعمیرات آن است .برای تعمیرات می توان میله دم را براحتی جدا نمود .یک نقطه ضعف برای این سیستم این است که سیستم پولی دارای نیروی مقاومتی بیشتری است که منجر به افت جزئی انرژی اتوروتیشن می شود.
شفت
روتورهای دمی که از شفت برای انتقال نیرو بهره می برند، از دو چرخ دنده مورب در دو سر میله دم و یک شفت بلند در درون میله دم استفاده می کنند .این شفت کار انتقال نیرو از شفت اصلی به روتور دم را انجام می دهد .این سیستم دارای نیروی مقاوم بسیار کمی در انتقال نیرو است که آن را برای انجام مانور اتوروتیشن ایده آل می کند .از آنجائی که تماس مستقیم چرخ دنده ها با هم وجود دارد، مشکل سر خوردن هیچگاه وجود نخواهد داشت و کنترل دم همیشه برقرار خواهد بود.کار بر روی سیستم های روتور شفت دار بسیار ساده و راحت است و نیازی به خارج ساختن شفت اصلی وجود ندارد .یک نکته منفی در خصوص این سیستم، امکان سائیده شدن چرخ دنده ها در صورت برخورد ملخ های دم با زمین است .وزن دم در این سیستم کمی بیشتر است و تاثیر کمی در راندمان کلی هلیکوپتر می گذارد که البته با وجود نیروی مقاومتی کم این سیستم، جبران می شود.
استفاده از موتور
روتورهائی که از موتور نیرو می گیرند، معمولا دارای گام ثابت هستند .مقدار تراست لازم برای روتور دم معمولا بوسیله کم و زیاد کردن دور موتور بدست می آید .یک مزیت برای این سیستم، کاهش چشمگیر وزن و هزینه است .مزیت دیگر آن این است که در انجام مانور اتوروتیشن، قدرت روتور دم همیشه یکسان می ماند .اکثر هلیکوپترهای ارزان قیمت مناسب برای مبتدیان مانند Honey Beeاز این سیستم بهره میبرند .یک نکته منفی در خصوص سیستم های با گام ملخ ثابت این است که تحت بار متغیر این احتمال می رود که روتور تحت تاثیر اثر گردابی خودش قرار گرفته و در غلبه بر گشتاور ناتوان شود.
سیستم محرکه اتوروتیشن
اکثر هلیکوپترهای رادیو کنترل دارای یک سیستم محرکه اتوروتیشن هستند .یک چرخ دنده دیگر بمنظور رساندن نیروی ثابت برای چرخش روتور دم، حتی در صورت از کار افتادن موتور، مورد استفاده قرار می گیرد .اگر از این چرخ دنده استفاده نشود و روتور دم نیروی خود را مستقیما از چرخ دنده اصلی بگیرد، با حذف موتور، روتور دم از حرکت می ایستد.
مقایسه ای بین هلیکوپترهای گام ثابت ( (FPو گام متغیر ((CP
اگر شما در زمینه هلیکوپترهای رادیو کنترل تازه کار هستید، ممکن است که از خود بپرسید که فرق بین یک هلیکوپتر گام ثابت و یک هلیکوپتر گام متغیر در چیست؟
این سوالی است که برای اکثر مبتدیان در شروع کار و هنگام تصمیم گیری برای خرید هلیکوپتر پیش می آید. عده ای از مبتدیان بخاطر نداشتن آشنائی کافی، در ابتدای کار به سراغ مدل های گام متغیر می روند و این کار ممکن است باعث شود که برای همیشه پرواز هلیکوپتر را کنار بگذارند. برای آشنائی بیشتر شما با این هلیکوپترها، مقایسه ای بین آنها انجام داده ایم .
گام در هلیکوپترهای رادیو کنترل به زاویه ای گفته میشود که ملخ هلیکوپتر نسبت به سطح افق می سازد. هلیکوپتر گام ثابت دارای ملخ هائی است که زاویه آنها در حالات مختلف ثابت می ماند. این هلیکوپترها برای مبتدیان مناسبترند زیرا وجود یک چیز کمتر برای کنترل نمودن، پرواز را آسانتر می کند. در هلیکوپترهای گام ثابت، مقدار نیروی بالا برنده فقط با تخییر سرعت چرخش روتور کم و زیاد می شود و نه با تغییر زاویه ملخ ها. با افزایش سرعت چرخش روتور، نیروی بالا برنده افزایش می یابد و هلیکوپتر بالا می رود. کاهش سرعت چرخش موتور به معنی کاهش نیروی بالا برنده بوده و باعث می شود که هلیکوپتر پائین بیاید.
هلیکوپترهای پیشرفته تر، از گام متغیر بهره می برند
در اینگونه هلیکوپترها، ملخ ها متحرک هستند و می توانند زوایای مختلفی را نسبت به افق بگیرند که بدین وسیله نیروی بالابرنده کم و زیاد می گردد. تغییر گام ملخ از طریق میکس خودکار بواسطه تغییر تراتل )شدت گاز( کنترل می گردد.
حالا که با طرز کار این دو سیستم آشنا شدیم، به تفاوت های عمده این دو اشاره می کنیم:
گام ثابت سرهم کردن و تنظیم هلیکوپترهای گام ثابت آسانتر است.
دارای قطعات متحرک کمتری هستند.
ارزانتر هستند
پرواز دادن آنها کمی آسانتر از هلیکوپترهای با گام متغیر است.
با این مدل ها فقط میتوان هاور و پرواز رو به جلو و طرفین انجام داد.
در صورت سقوط، هزینه کمتری برای تعمیرات برمیدارند.
اگر در ارتفاع موتور هلیکوپتر خاموش شود، هلیکوپتر به یک جسم صلب تبدیل شده و سقوط می کند.
گام متغیر
بعلت وجود قطعات متحرک بیشتر، مونتاژ و تعمیرات آنها مشکل تر است.
قیمت گرانتری نسبت به مدل های گام ثابت دارند.
پرواز دادن آنها از مدل های گام ثابت سخت تر است.
پرواز آنها برای یک خلبان رادیو کنترل بسیار لذت بخش است. در صورتی که به اندازه کافی تمرین کرده باشید، می توانید آنها را در هر مکانی چه باز و چه بسته پرواز دهید.با این هلیکوپترها می توان هرگونه حرکت و مانوری را انجام داد.
در صورت بروز سانحه، زمان و هزینه بیشتری را برای تعمیرات می طلبند. در صورت توقف موتور این مدل ها در ارتفاع، امکان گلاید کردن و فرود آمدن ایمن با آنها بواسطه سیستم اتوروتیشن وجود دارد.
با این توصیف ها و مقایسه بین این مدل ها، به این نتیجه می رسیم که مدل های گام ثابت می توانند برای کسانی که در زمینه هلیکوپترهای رادیو کنترل تازه کار هستند، انتخاب خوبی باشند. این افراد می توانند بعد از کسب مهارت در پرواز با این هلیکوپترها، سراغ مدل های گام متغیر رفته و پرواز D3را شروع کنند.
مطالب مرتبط:
ربات دنبال کننده خط توسط سنسورهای مادون قرمز CNY70
پروژه کنترل موتور DC توسط سنسور های مادون قرمز
پروژه روباتیک:مودم RF
منبع: roboeq
یکی از مهمترین مشخصه های یک هلیکوپتر، توانائی آن برای ثابت نگهداشتن دمش و غلبه بر گشتاور ملخ ها است .گشتاور نتیجه انتقال نیروی چرخشی از طریق اتصالات مکانیکی به روتور هلیکوپتر است .نیرویی که ملخ های هلیکوپتر را می چرخاند، یک نیروی مساوی و در جهت مخالف به اتصالات انتقال نیرو وارد می کند که به بدنه هلیکوپتر متصلند .اگر این نیرو کنترل نشود، موجب چرخیدن هلیکوپتر بدور خودش با سرعت زیاد خواهد شد .خوشبختانه هلیکوپترها دارای مکانیزمی هستند که هم گشتاور را خنثی می کند و هم کنترل حرکت جانبی را فراهم می آورد .
روش های رایج در کنترل حرکت چرخشی در هلیکوپترهای رادیو کنترل
کنترل چرخش با روتور دم
رایج ترین روش کنترل چرخش در هلیکوپترهای رادیو کنترل، استفاده از روتور دم است .روتور دم در فاصله معینی از محور روتور اصلی ، بر روی میله دم قرار می گیرد تا بتواند گشتاور ناشی از چرخش ملخ های اصلی هلیکوپتر را خنثی نماید .روتور دم هم می تواند بوسیله اتصالات مکانیکی به محور روتور اصلی متصل شده باشد و هم می تواند دارای یک موتور الکتریکی مجزا باشد .در روش اول، روتور دم با سرعتی متناسب با سرعت چرخش روتور اصلی می چرخد که این نسبت حدود 5.4 به 1 است .تراست روتور دم بوسیله کم و زیاد کردن زاویه ملخ های دم کنترل می شود.
کنترل چرخش هلیکوپتر با دو روتور اصلی مجزا
هلیکوپترهائی که دارای دو روتور اصلی مجزا هستند، دارای برتری گشتاوری نسبت به هلیکوپترهای تک روتور هستند زیرا هر یک از روتورها بر خلاف جهت روتور دیگر می چرخد و بنابراین گشتاور یکدیگر را خنثی می کنند .اما مزیت حذف روتور دم در این هلیکوپترها با میکس آیرودینامیکی و افت انتقال از بین میرود .در این هلیکوپترها برای کنترل پرواز و مانور، هنوز هم نیاز به کنترل چرخش هلیکوپتر هست .در این تیپ هلیکوپترها، از کنترل سایکلیک تفاضلی برای کنترل چرخش هلیکوپتر بدور خودش استفاده می شود .نیروی چرخشی با اعمال نیروی سایکلیک مخالف در روتور جلو و عقب ایجاد می گردد.
کنترل چرخش تفاضلی هم محور
هلیکوپترهای کواکسیال یا دو ملخ هم محور مانند لاما، از گشتاور تفاضلی برای کنترل چرخش هلیکوپتر استفاده می کنند .در حین پرواز، هر دوی ملخ ها در خلاف جهت یکدیگر می چرخند و بنابراین گشتاور همدیگر را خنثی می کنند .برای ایجاد حرکت چرخشی در هلیکوپتر، دور یکی از روتورها افزایش یافته و دور روتور دیگر به همان نسبت کاهش می یابد .تفاضل سرعت باعث ثابت ماندن مقدار توان خالص می شود ولی یک عدم برابری در گشتاورها ایجاد می شود که باعث چرخش هلیکوپتر می گردد.
تعریف گشتاور
گشتاور عبارت است از نیروی پیچشی وارد شده بر یک نقطه .این نیرو را می توان با نیروی وارد شده بر یک اهرم که در یک نقطه بصورت چرخشی اعمال می شود توضیح داد .مقدار گشتاور با افزایش طول اهرم و یا نیروی وارده بر آن افزایش می یابد. هنگامی که گشتاور در یک دور چرخشی خاص اعمال می گردد، توان ایجاد می شود .گشتاور اعمال شده به محور اصلی هلیکوپتر است که توان لازم برای پرواز را ایجاد می نماید .برای این کار، یک گشتاور معکوس به بدنه هلیکوپتر اعمال می شود.
تسمه و چرخ دنده
این سیستم ها تشکیل شده اند از یک چرخ دنده اصلی بزرگ که به یک چرخ دنده کوچکتر و یک پولی وصل می شود .این نوع طراحی را می توان در بسیاری از هلیکوپترها در اندازه های مختلف مشاهده نمود .تنها مزیت این سیستم، کم خرج بودن و راحتی تعمیرات آن است .برای تعمیرات می توان میله دم را براحتی جدا نمود .یک نقطه ضعف برای این سیستم این است که سیستم پولی دارای نیروی مقاومتی بیشتری است که منجر به افت جزئی انرژی اتوروتیشن می شود.
تسمه و پولی
این نوع طراحی دارای دو پولی است .یک پولی بزرگ در شفت اصلی و یک پولی کوچکتر در شفت روتور دم که با یک تسمه به هم وصل اند .این سیستم را در برخی هلیکوپترها مانند 4 Wasp Vمی توان دید .مهمترین برتری این سیستم، سادگی در طراحی و وزن کمتر آن است . همچنین امکان لقی و سر خوردن تسمه کمتر است و نیز نیروی مقاومتی در انتقال نیرو نیز بطور چشمگیری کاهش یافته است .تنها نکته منفی در این نوع طراحی، تعمیر آن است بدین معنی که برای تعویض تسمه بایستی محور اصلی را ابتدا جدا نمود.
شفت
روتورهای دمی که از شفت برای انتقال نیرو بهره می برند، از دو چرخ دنده مورب در دو سر میله دم و یک شفت بلند در درون میله دم استفاده می کنند .این شفت کار انتقال نیرو از شفت اصلی به روتور دم را انجام می دهد .این سیستم دارای نیروی مقاوم بسیار کمی در انتقال نیرو است که آن را برای انجام مانور اتوروتیشن ایده آل می کند .از آنجائی که تماس مستقیم چرخ دنده ها با هم وجود دارد، مشکل سر خوردن هیچگاه وجود نخواهد داشت و کنترل دم همیشه برقرار خواهد بود.کار بر روی سیستم های روتور شفت دار بسیار ساده و راحت است و نیازی به خارج ساختن شفت اصلی وجود ندارد .یک نکته منفی در خصوص این سیستم، امکان سائیده شدن چرخ دنده ها در صورت برخورد ملخ های دم با زمین است .وزن دم در این سیستم کمی بیشتر است و تاثیر کمی در راندمان کلی هلیکوپتر می گذارد که البته با وجود نیروی مقاومتی کم این سیستم، جبران می شود.
استفاده از موتور
روتورهائی که از موتور نیرو می گیرند، معمولا دارای گام ثابت هستند .مقدار تراست لازم برای روتور دم معمولا بوسیله کم و زیاد کردن دور موتور بدست می آید .یک مزیت برای این سیستم، کاهش چشمگیر وزن و هزینه است .مزیت دیگر آن این است که در انجام مانور اتوروتیشن، قدرت روتور دم همیشه یکسان می ماند .اکثر هلیکوپترهای ارزان قیمت مناسب برای مبتدیان مانند Honey Beeاز این سیستم بهره میبرند .یک نکته منفی در خصوص سیستم های با گام ملخ ثابت این است که تحت بار متغیر این احتمال می رود که روتور تحت تاثیر اثر گردابی خودش قرار گرفته و در غلبه بر گشتاور ناتوان شود.
سیستم محرکه اتوروتیشن
اکثر هلیکوپترهای رادیو کنترل دارای یک سیستم محرکه اتوروتیشن هستند .یک چرخ دنده دیگر بمنظور رساندن نیروی ثابت برای چرخش روتور دم، حتی در صورت از کار افتادن موتور، مورد استفاده قرار می گیرد .اگر از این چرخ دنده استفاده نشود و روتور دم نیروی خود را مستقیما از چرخ دنده اصلی بگیرد، با حذف موتور، روتور دم از حرکت می ایستد.
مقایسه ای بین هلیکوپترهای گام ثابت ( (FPو گام متغیر ((CP
اگر شما در زمینه هلیکوپترهای رادیو کنترل تازه کار هستید، ممکن است که از خود بپرسید که فرق بین یک هلیکوپتر گام ثابت و یک هلیکوپتر گام متغیر در چیست؟
این سوالی است که برای اکثر مبتدیان در شروع کار و هنگام تصمیم گیری برای خرید هلیکوپتر پیش می آید. عده ای از مبتدیان بخاطر نداشتن آشنائی کافی، در ابتدای کار به سراغ مدل های گام متغیر می روند و این کار ممکن است باعث شود که برای همیشه پرواز هلیکوپتر را کنار بگذارند. برای آشنائی بیشتر شما با این هلیکوپترها، مقایسه ای بین آنها انجام داده ایم .
گام در هلیکوپترهای رادیو کنترل به زاویه ای گفته میشود که ملخ هلیکوپتر نسبت به سطح افق می سازد. هلیکوپتر گام ثابت دارای ملخ هائی است که زاویه آنها در حالات مختلف ثابت می ماند. این هلیکوپترها برای مبتدیان مناسبترند زیرا وجود یک چیز کمتر برای کنترل نمودن، پرواز را آسانتر می کند. در هلیکوپترهای گام ثابت، مقدار نیروی بالا برنده فقط با تخییر سرعت چرخش روتور کم و زیاد می شود و نه با تغییر زاویه ملخ ها. با افزایش سرعت چرخش روتور، نیروی بالا برنده افزایش می یابد و هلیکوپتر بالا می رود. کاهش سرعت چرخش موتور به معنی کاهش نیروی بالا برنده بوده و باعث می شود که هلیکوپتر پائین بیاید.
هلیکوپترهای پیشرفته تر، از گام متغیر بهره می برند
در اینگونه هلیکوپترها، ملخ ها متحرک هستند و می توانند زوایای مختلفی را نسبت به افق بگیرند که بدین وسیله نیروی بالابرنده کم و زیاد می گردد. تغییر گام ملخ از طریق میکس خودکار بواسطه تغییر تراتل )شدت گاز( کنترل می گردد.
حالا که با طرز کار این دو سیستم آشنا شدیم، به تفاوت های عمده این دو اشاره می کنیم:
گام ثابت سرهم کردن و تنظیم هلیکوپترهای گام ثابت آسانتر است.
دارای قطعات متحرک کمتری هستند.
ارزانتر هستند
پرواز دادن آنها کمی آسانتر از هلیکوپترهای با گام متغیر است.
با این مدل ها فقط میتوان هاور و پرواز رو به جلو و طرفین انجام داد.
در صورت سقوط، هزینه کمتری برای تعمیرات برمیدارند.
اگر در ارتفاع موتور هلیکوپتر خاموش شود، هلیکوپتر به یک جسم صلب تبدیل شده و سقوط می کند.
گام متغیر
بعلت وجود قطعات متحرک بیشتر، مونتاژ و تعمیرات آنها مشکل تر است.
قیمت گرانتری نسبت به مدل های گام ثابت دارند.
پرواز دادن آنها از مدل های گام ثابت سخت تر است.
پرواز آنها برای یک خلبان رادیو کنترل بسیار لذت بخش است. در صورتی که به اندازه کافی تمرین کرده باشید، می توانید آنها را در هر مکانی چه باز و چه بسته پرواز دهید.با این هلیکوپترها می توان هرگونه حرکت و مانوری را انجام داد.
در صورت بروز سانحه، زمان و هزینه بیشتری را برای تعمیرات می طلبند. در صورت توقف موتور این مدل ها در ارتفاع، امکان گلاید کردن و فرود آمدن ایمن با آنها بواسطه سیستم اتوروتیشن وجود دارد.
با این توصیف ها و مقایسه بین این مدل ها، به این نتیجه می رسیم که مدل های گام ثابت می توانند برای کسانی که در زمینه هلیکوپترهای رادیو کنترل تازه کار هستند، انتخاب خوبی باشند. این افراد می توانند بعد از کسب مهارت در پرواز با این هلیکوپترها، سراغ مدل های گام متغیر رفته و پرواز D3را شروع کنند.
مطالب مرتبط:
ربات دنبال کننده خط توسط سنسورهای مادون قرمز CNY70
پروژه کنترل موتور DC توسط سنسور های مادون قرمز
پروژه روباتیک:مودم RF
منبع: roboeq