Винтокрылые игрушки: Радиоуправляемые вертолеты
Дальше все еще веселее — только половина из проданных моделей отрывается от земли. Дело в том, что запустить модель в воздух может каждый, но вот посадить ее на землю — это задача. Нужны многие часы тренировок, и примерно 50% на этом этапе теряют интерес. Но есть и другие примеры. Денис, которому всего 18 лет, полетав на тренажере и погоняв модель, пересел на настоящую крылатую машину — вертолет Robinson. Он утверждает, что управлять вертолетом из кабины существенно проще: «По крайней мере, всегда ясно, в какую сторону смотрит хвост. С земли же очертания модели практически неразличимы».
От винта
Отличие радиоуправляемой модели вертолета от настоящей машины, естественно, в органах управления. Они вместе с пилотом остаются на земле, по радио передавая сигналы на электромоторчики-сервоприводы, которые в воздухе меняют углы наклона лопастей у винтов (шаг) и регулируют мощность мотора, дозируя подачу топлива. Так как вертолет очень непрост в управлении, одна ручка на пульте может управлять сразу несколькими параметрами. В пульте — компьютер, способный запоминать настройки нескольких вертолетов, переводить движение одного рычажка в радиокоманды сразу для всех сервоприводов. Управление происходит по пяти разным радиоканалам — по одному на сервопривод.
Летает радиоуправляемая модель в точности так же, как настоящий вертолет. Два винта — несущий и хвостовой. Хвостовой винт выполняет всего одну задачу — не дает вертолету бесконтрольно вращаться вокруг главного винта. С какой силой противодействовать естественному вращению, определяется при помощи гироскопа, который чутко реагирует даже на малый поворот фюзеляжа вокруг вертикальной оси. Скорость вращения лопастей хвостового винта всегда постоянна, а сила тяги регулируется изменением угла наклона лопастей — угла атаки. Если лопасти параллельны плоскости вращения, они не «загребают» воздух и не вызывают никакой тяги. Чем дальше они отклоняются, тем большую силу тяги они создают.
Несущий винт поднимает и удерживает вертолет в воздухе, он же является главным средством управления движением — его лопасти способны наклонить вертолет и потом тянуть его горизонтально в сторону наклона. Именно конструкция несущего винта обеспечивает вертолету всестороннюю подвижность в воздухе. Как и у хвостового винта, угол атаки лопастей регулируется пилотом. Но как пилоту заставить машину двигаться горизонтально относительно земли? Для этого используется автомат перекоса — конструкция, заставляющая лопасть несущего винта изменять угол атаки циклически на протяжении каждого оборота. Если сила тяги винта в задней точке вращения больше, чем спереди, вертолет наклоняется и летит вперед. Если сила тяги справа больше, чем слева — вертолет накреняется и летит влево. Для поворота фюзеляжа вокруг своей оси нужно изменить силу тяги хвостового винта.
Большинство радиоуправляемых вертолетов способно разгоняться до 100 км/ч. Рекорд мира — 150 км/ч. Топлива в баке обычно хватает на 15−20 минут полета, но не каждый пилот способен так долго продержать машину в воздухе.
Техобслуживание
В Москве есть несколько магазинов, торгующих радиоуправляемыми вертолетами. В год продается около 60 моделей. Более целеустремленные любители летают обычно на Ходынском поле, реже — на Тушинском аэродроме. На Ходынке можно наблюдать полеты энтузиастов практически каждые выходные.
В основном модели сейчас работают на калильных двигателях, у которых свеча зажигания постоянно нагрета до высокой температуры. Такие двигатели заправляют смесью спиртаметанола с маслом. Пятилитровая канистра смеси стоит 200 рублей. Реже используются бензиновые двигатели. Есть модели с электромоторами, лучшие из них по летным характеристикам догоняют калильные, но цены на них пока чрезмерно высоки.
Купив свой первый вертолет, необходимо освоиться с управлением на виртуальном тренажере-симуляторе. К компьютеру через параллельный порт подключается радиопульт, вы сообщаете программе модель вашего вертолета и пытаетесь заставить его взлететь над пустыней. Программа учтет аэродинамические качества вашего вертолета, возможный ветер и очень реалистично продемонстрирует полет под вашим управлением.
Примерно с двадцатой попытки новичку удается удерживать вертолет на безопасном расстоянии от земли, но даже «зависание» на одном месте невысоко над землей требует серьезных тренировок. Специалисты говорят, что на это уходит не менее 20 часов упражнений на симуляторе.
По деньгам падение игрушечного вертолета сравнимо с легкой автоаварией и редко обходится дешевле $100. При падении чаще всего ломаются лопасти винтов. Но можно лишиться и агрегата целиком — у одного любителя машина потеряла связь с пультом управления и самостоятельно покинула пределы видимости. Прочесывание зоны радиусом в 10 километров в поисках модели оказалось делом безнадежным.
Вертолетики-полицейские
«Преступнику на мотоцикле не удалось скрыться от преследовавших его нью-йоркских полицейских. С самого начала погони за ним неотступно следовал вертолет, свободно маневрировавший среди небоскребов, способный мгновенно развернуться на высоте в 20 метров и продолжить погоню», — такую картину недалекого будущего описал нам Владислав Гаврилец, 27-летний аспирант из Массачусетского технологического института (MIT), один из лидеров группы ученых, занимающихся разработкой автономного беспилотного вертолета. Уже два года машина размером чуть больше метра и массой около 7 кг учится летать самостоятельно и уже способна выполнять многие элементы воздушной акробатики.
В качестве летающей основы для умной машины была взята радиоуправляемая модель вертолета X-Cell, продающаяся в магазинах для авиамоделистов-любителей за $1500. Размах лопастей у модели 1,5 метра, масса — около 5 кг, объем двигателя — 0,9 куб. дюймов. В вертолете разместили миниатюрный компьютер, блок датчиков ускорений и поворотов (3 акселерометра и 3 гироскопа), GPS, высотомер, а также компас, дающий проекцию магнитного поля Земли на 3 оси вертолета. Все это добавило еще 4 килограммов к массе модели и $25 000 к ее цене. Связь с землей организовали по протоколу радиоethernet, действующему на расстоянии до 300 метров.
Для начала разработчики проекта пригласили опытного моделиста, который поднимал вертолет в воздух и выполнял различные маневры. Бортовой компьютер записывал показания всех датчиков для анализа. Примерно за год было написано 12 000 строк программного кода для автономного полета и акробатики. «За два года жизни проекта было две аварии, — рассказывает Владислав. — Первая — из-за радиопомех. Мы летали тогда полностью на ручном управлении, собирали данные входов и выходов. Вертолет потерял управление. Мы выяснили, что помехи создавал блок питания. Эту проблему решили за счет более удачного расположения антенны. Второй раз вертолет упал потому, что перегрелся блок питания и отключился блок датчиков. Каждый раз вертолет разбивался полностью, но автопилот не пострадал ни разу — только несколько проводов порвалось».
Управление моделями требует высокого уровня мастерства и многочасовых тренировок. Научиться летать может только очень увлеченный человек. Однако разработка MIT способна сделать доступным управление крошечным вертолетом любому начинающему. Пульт управления будет передавать вертолету не обычные команды, такие как «отклонить лопасти», а сложные — «лететь с такой-то скоростью на такой-то высоте, с таким-то углом разворота» или «выполнить бочку, мертвую петлю».
Если группе из MIT удастся достигнуть поставленной цели, мы получим машину с несложным управлением, недорогую и безопасную. Ее можно будет использовать для воздушного наблюдения, аэрофотосъемок, патрулирования магистралей трубопроводов, пограничной охраны. Стоимость вертолета для решения этих задач будет несколько выше чем $40 000, но в десятки раз дешевле пилотируемых аппаратов. К разработкам MIT уже сейчас проявил интерес ВМФ США, а работу проекта спонсирует NASA. Программа была лицензирована компанией Lockheed Martin, и у нее в распоряжении уже имеется два подобных вертолета. Еще один вертолет был собран MIT и продан другому американскому институту, заинтересованному в продолжении исследований.
В 1999 году Владислав Гаврилец разработал систему подвески кинокамеры к радиоуправляемой модели, с помощью которой в режиме ручного управления были сняты фрагменты фильма для канала National Geographic о жизни голубей в Центральном парке Нью-Йорка, который завоевал две премии «Эмми». Владислав рассказывает, что гасить вибрацию для получения стабильных кадров гораздо легче на моделях вертолетов, где винт вращается со скоростью 1500 об./мин, чем на пилотируемых воздушных машинах, у которых более низкие частоты вибрации.
На днях в MIT пройдет новое испытание. Вертолет должен будет самостоятельно совершить мгновенный разворот на 1800 без потери горизонтальной скорости (split-S) — переворот вверх дном вдоль оси полета с последующим выполнением второй части мертвой петли вниз. Именно так среди небоскребов догоняют преступников.
