Сервоось
Flybar (Флайбар, сервоось) - одна из самых важных частей в модели вертолёта, которая обеспечивает стабильность вертолёта без влияния на его маневренность.
Естественное стремление лопастей – избыточно острая реакция на команды. Это происходит потому, что аэродинамические силы велики по сравнению с весом лопастей. (См. статью об управлении вертолётом по крену и тангажу).
В системе управления, использующейся на классических моделях вертолётов, практически без исключений применяется сервоось (флайбар) чтобы справиться с этими трудностями. В современных моделях вертолётов всё чаще применяется виртуальный файбар в виде электронного полётного контроллера.
Сервоось, как показано здесь, состоит из штыря с закрепленными на нём небольшими плоскостями (лопатками) и подвешена так, что может качаться. Угол атаки лопаток устанавливается циклическим управлением и они реагируют во многом так же, как лопасти . Чтобы наклонить сервоось направо угол атаки лопаток увеличивается в задней части вращения ротора и уменьшается – в передней. Это делается просто вращением всего флайбара вдоль его оси.
Поскольку сервоось не участвует в создании подъёмной силы, аэродинамические силы на лопатках могут быть подобраны для требуемого времени отклика. Лучше всего представлять себе сервоось как гироскоп, наклон которого может управляться циклическим воздействием, а когда управление не приложено, этот гироскоп стремиться поддерживать ось вращения относительно земли, а не фюзеляжа или воздуха.
Скорость реакции сервооси на команды может быть отрегулирована следующим образом:
- увеличение веса лопаток замедляет реакцию
- увеличение площади лопаток ускоряет реакцию
- увеличение оборотов ротора ускоряет реакцию
- увеличение относительного удлинения (отношение длины к ширине) лопаток ускоряет реакцию
- увеличение длины сервооси ускоряет реакцию
Последний пункт неочевиден и требует пояснения. Для примера можно рассмотреть лопатки, установленные на сервоось, удлинённую на 10%. При этом:
- Увеличивается момент инерции (эффект маховика) сервооси. Это значит, что ей нужно будет сообщить больший момент для поддержания нужной скорости наклона.
- Однако, отодвигая лопатки от центра вращения, увеличивается плечо рычага, т.ч. при постоянной аэродинамической силе, действующей на лопатки, получается больший момент.
- В дополнение, отодвигая лопатки, при постоянной скорости вращения ротора, увеличивается линейная скорость лопаток и т.о. увеличиваются действующие на них аэродинамические силы.
Теперь эффект 1) замедляет реакцию сервооси по квадратичному закону, т.ч. увеличение длины сервооси на 10% увеличивает необходимый для поддержания скорости наклона момент примерно на 20%. Однако эффект 3) также действует по квадратичному закону и лопатки, разнесенные на 10% разовьют на 20% большую силу при том же угле установки. Т.о. эффекты 1) и 3) взаимно нивелируют друг друга. Остается эффект 2), линейный, и 10-процентное увеличение длины сервооси ускорит её реакцию на 10%.
Система Хиллера
Это более простая из двух систем, которые можно встретить на радиоуправляемых вертолётах. В данном случае управляющее воздействие передаётся от сервомашинок только к сервооси, а углы установки лопастей управляются только её наклоном. Последовательность событий после приложения циклического управляющего воздействия будет выглядеть так:
- Циклический шаг лопаток сервооси приводит к тому, что сервоось начинает наклоняться в заданном направлении.
- По мере наклона сервооси к лопастям начинает прилагаться циклический шаг и они начинают следовать за сервоосью.
- Момент от лопастей, действуя на фюзеляж, придаёт ему вращательное ускорение.
- Скорость вращения вертолёта достигает скорости, установленной сервоосью.
Циклическое управление, приложенное к лопастям, устанавливается автоматически так, чтобы поддерживать заданную скорость крена. Чем больше ротор запаздывает за сервоосью, тем большее циклическое управление к нему прикладывается и наоборот.
Система Белла-Хиллера
Недостаток простой системы Хиллера – задержка, которую она вносит в реакцию вертолёта. Пилот должен ждать реакции сервооси, пока она передаст циклическое воздействие на ротор, это значит, что от пилота требуется некоторая степень опережения при управлении.
Система управления Белла-Хиллера устраняет этот недостаток и применяется практически повсеместно в современных моделях вертолётов. В этой системе циклическое управляющее воздействие передаётся на сервоось как и в предыдущем случае. Но часть воздействия также передаётся и напрямую на лопасти и микшируется с циклическим управлением от наклона сервооси. Коэффициент микширования Белла-Хиллера определяет соотношение управляющего воздействия, идущую напрямую от тарелки автомата перекоса и воздействия от сервооси. Теперь при вводе циклического управления лопасти реагируют немедленно. Любое стремление ротора накрениться слишком сильно или слишком быстро ограничивается. Если ротор обгоняет сервоось при крене, управляющее воздействие от сервооси уменьшит циклический шаг лопастей и замедлит крен.
Изящность системы Белла-Хиллера заключается в возможности настройки отклика вертолёта для соответствия разным требованиям. Для новичка вертолёт может быть настроен на небольшую скорость крена, используя тяжелые лопатки. Машина будет всё равно быстро реагировать на циклические команды из-за прямой составляющей управления, приложенной непосредственно к лопастям, что позволит ротору накрениться раньше сервооси.
Медленно реагирующая сервоось помогает в двух аспектах: ограничивает изначальный наклон ротора и помогает вернуть ротор обратно после снятия команды.
Сравнение систем управления
