Конструкция рулевого устройства модели радиоуправляемого судна

Многие конструктивные решения, реализуемые в автомоделях, можно успешно -применять и на ра­диоуправляемых судомоделях. В судомодельном спорте есть несколько классов радиоуправляемых моделей: скоростные, выполня­ющие фигурные курсы; модели, поражающие носовой иглой плавающие шары-модели, ведущие морской бой; парусные яхты.

Управление скоростной судомоделью с двигателем внутреннего сгорания ана­логично управлению гоночной автомоделью. Если на судомодели ставят два,ру­ля, то их оси связывают между собой рулевой трапецией. На моделях разреше­но устанавливать активные рули, различные насадки и подруливающие устрой­ства.

Примером модельного варианта активного руля может служить винтовой руль (рис. 20) конструкции судомоделиста И. Ефремова из г. Алма-Аты. С по­мощью этого руля модель судна способна разворачиваться на месте (без хода) на 360°. Как при переднем, так и при заднем ходе маневренность судна одина­кова. Рассмотрим устройство винтового руля. Неподвижное перо 12 руля при помощи лапок 2 и винтов 3 прикреплено к корпусу 1 судна. В пере укреплено кольцо 14, r которое встроен трехлопастный гребной винт 13. На двух крышках кольца смонтированы подшипники 4 вала 5. Со стороны правой крышки уста­новлен кронштейн 6, служащий опорой конической пары шестерен 7, 8. Они винтами фиксированы на валах 5 и 10. На валах для этого предусмотрены лы-ски. Гребной вал 10 рулевого устройства заведен внутрь корпуса судна при по­мощи дейдвудной трубы 9 и кронштейна 11, прикрепляемого к корпусу.

Гребной вал руля рекомендуется приводить в движение электродвигателем мощностью 15 — 30 Вт. Диаметр рулевого винта и угол установки лопастей под­бирают опытным путем. Для модели грузопассажирского судна водоизмещени­ем 12 кг винт должен иметь диаметр 30 мм, четыре его лопасти следует уста­новить под углом 45° к оси. Такой винт необходим для моделей, соревнующих­ся в прохождении фигурного курса. На скоростных и других моделях лучше работают рули с поворачивающимся пером и имеющие систему самоцентрирования при прекращении подачи рулевой команды.

Часто радиоуправляемые модели различных судов конструируют для демон­страционных и экспериментальных целей. В этих случаях на модели устанавли­вают всевозможные управляемые механизмы. Для их включения и выключения может быть применен селекторный блок, схема которого изображена на рис. 3.

Дадим также несколько советов, которые будут полезны при конструиро­вании и изготовлении модели самолета. Авиамоделистам на начальном этапе освоения радиоуправления моделями самолетов следует ориентироваться на се­рийную аппаратуру «Супранар-83» и двигатель «Радуга» с объемом цилиндра 7 или 10 см8. Тем не менее и другие двигатели вполне пригодны для установки на модель самолета. На моделях-копиях самолетов Я-3, Я-6, «Тренер-226», АНТ-25, имеющих заостренный фюзеляж, можно ставить двигатель «Радуга» с объемом цилиндра 7 см3. Двигатель «Радуга» с объемом цилиндра 10 см3 может поднять в воздух модели массой до 5 кг.

При применении калильного двигателя необходимо герметизировать элек­тронную аппаратуру, находящуюся на борту, а модель покрыть тонким слоем эпоксидной смолы ЭД-6. Это обусловлено тем, что выхлопные газы, содержа­щие несгоревший метанол, растворяют краску и изоляцию радиоаппаратуры и эмалитовое покрытие обшивки модели.

Масса радиооборудования модели-копии самолета не должна превышать 40 — 45% ее общей массы. Нагрузка на несущую поверхность модели во время ее полета при скорости ветра 5 — 7 м/с должна быть не более 40 — 45 г/дм2. Цен­тровку модели рассчитывают так, чтобы центр ее тяжести после размещения все­го оборудования совпадал с центром давления крыла. При проектировании и изготовлении каркаса фюзеляжа нужно тщательно продумать узлы крепления шасси, приемника, рулевых машинок, источников питания, бака для горюче­го и т. д.

Рис. 21. Вариант размещения аппаратуры на радиоуправляемой авиамодели:

1 — источник электропитания; 2 — приемник; 3 — рулевые машинки управления (Д — часто­той вращения вала двигателя, РВ — рулем высоты, РП — рулем поворота); 4 — тяги; 5 — рулевая качалка; 6 — рычаг руля поворота; 7 — руль высоты; 8 — рулевая машинка управ-ления элеронами; 9 — элероны; 10 — соединительный кабель; 11 — тяга скользящего выклю­чателя; 12 — поворотные рычаги; 13 — стойка переднего колеса; 14 — трос Боудена





Наиболее проста конструкция моделей самолетов Я-3, Я-6, ЯК-12. Они хо­роши тем, что имеют высоко расположенное крыло, что обеспечивает повышен­ную устойчивость модели в полете. Фюзеляж у этих самолетов имеет большие плоские поверхности. Отсутствие сложных закруглений и переходов упрощает копирование. Модели-копии самолетов АНТ-25, ЯК-18, «Тренер-226» и другие, у которых низко расположено крыло, строят обычно моделисты с большим опытом.

Частотой вращения вала двигателя в полете управляют одновременным пе­рекрытием отверстий впускного и выпускного патрубков дроссельными заслон­ками. Дроссельные заслонки могут быть секторными, пластинчатыми, золотнико­выми. Серийные микродвигатели не оборудованы заслонками, их устанавливают сами моделисты. -

На рис. 21 показан вариант размещения аппаратуры радиоуправления на модели самолета. Рисунок носит схематический характер и дает лишь общее представление о характере конструкции. Изготовленная впервые радиоуправля­емая модель самолета должна быть тренировочной, ее строят более прочной и устойчивой в полете, способной выдерживать грубые посадки и ошибки в тех­нике пилотирования. Такие тренировочные авиамодели, сочетающие скорость в пилотажные возможности многокомандной модели с простотой пилотирования и устойчивостью в полете, конструируют многие ведущие мастера авиамодельнего спорта. Вот технические данные тренировочной модели, сконструированной И. Никифоровым (Московский областной технический клуб спортивного иоде-лизма): размах крыла 1880 мм; длина модели 1350 мм; площадь несущих по-верхностей 69 дм2; площадь крыла 55,1 дм2; полетная масса 2950 г; масса фю­зеляжа без двигателя 1150 г; центровка в процентах САХ — 30%; угол У крыла 6°; отношение диаметра к шагу винта модели 260/140; объем цилиндра двигате­ля 5 см3; число команд управления 8.

Для повышения надежности работы радиоаппаратуры приемник и источник питания перед установкой в модель обертывают поролоном или губчатой рези­ной. Все механические тяги, узлы и детали крепления нужно изготавливать о высокой точностью, без люфтов.



Успешному пилотированию модели должны предшествовать регулярные тре­нировки моделиста по установленной программе. Необходимо выработать сно­ровку в управлении моделью при освоении отдельных элементов полета я толь-ко потом, выявив полетные возможности модели, переходить к отработке фигур высшего пилотажа..

3. КВАРЦЕВЫЙ ГЕНЕРАТОР — ВАЖНЕЙШЕЕ ЗВЕНО АППАРАТУРЫ РАДИОУПРАВЛЕНИЯ

Автоматическое вхождение в связь — условие, которому должна удовлет­ворять современная аппаратура для радиоуправления моделями. Бесподстровч-ная радиосвязь обеспечивается кварцевой стабилизацией частоты автогенераторов, находящихся в задающем генераторе передатчика и в гетеродине приемника.

Радиолюбители зачастую используют случайные кварцевые резонаторы (квар­цы), предназначенные для разнообразной аппаратуры и без технического паспор­та с указанием параметров резонаторов. В связи с этим произвести полный рас­чет автогенератора с кварцевой стабилизацией частоты не всегда возможно, но радиолюбители методом проб в процессе настройки аппаратуры добиваются же­лаемых результатов. Зная принцип действия применяемого варианта автогене­ратора, можно значительно проще и точнее установить задающий генератор или гетеродин на требуемую частоту.

Поговорим вначале об обычном -автогенераторе, а затем о наиболее прием­лемых вариантах автогенераторов с кварцевыми резонаторами. Начнем с отве­та на вопрос: что же такое автогенератор?

Автогенератор — это преобразователь энергии источника питания в энергию высокочастотных колебаний, работающий без постоянного внешнего воздейст­вия. Толчком для возбуждения автогенератора служат кратковременные переход­ные процессы при включении истрлника питания и флуктуации тока в цепи транзистора. Если удовлетворяются условия самовозбуждения, возникшие в контуре автогенератора, слабые колебания усиливаются,, а это значит, что в контур автогенератора в каждом последующем периоде колебаний поступает больше энергии, чем в нем теряется.


Амплитуда от цикла к циклу нарастает, но не беспредельно, поскольку автогенератор — система нелинейная. Через не­ сколько циклов нарастание амплитуды колебаний замедляется и в некоторый момент колебания становятся стационарными, т. е. достигается баланс амплитуд.

Условия баланса амплитуд S1Ry=l, где S1 — крутизна коллекторного тока по первой гармонике, которая для недонапряженного режима генератора опре­деляется по формуле:

S1-SY1(Ф),

где, в свою очередь, Y1 (Ф) — коэффициент разложения косинусоидальнего импуль­са тока по первой гармонике (его значение находят по таблице); Rу — управля­ющее сопротивление автогенератора, выражаемое через эквивалентное сопротив­ление контура R и коэффициент обратной связи К соотношением Rу=KRн. В теории генераторов введено понятие фактора регенерации

G=SRУ.

Коэффициент 7i(9) выражается через фактор регенерации формулой: Y1(Ф) = l/G.



Рис. 22. Автогенератор по схеме емкостной «трехточки»:

a — эквивалентная схема; б — вариант построения схемы с внешним источником питания цепи базы

При расчетах автогенераторов обычно задаются величинами С и K. Условие самовозбуждения: SnRy=l, где Sn — крутизна статической характеристики кол­лекторного тока в точке покоя. Любой автогенератор с транзистором можно рас­сматривать как усилитель с положительной обратной связью, у которого произ­ведение коэффициента усиления мощности на коэффициент обратной связи име­ет модуль, равный единице, а фазовый угол для требуемой частоты должен быть равен нулю.

Существует ряд типовых схем автогенераторов. Из них наиболее распрост­ранены три: емкостная «трехточка» (рис. 22), индуктивная «трехточка», с транс­форматорной обратной связью. Условие баланса фаз в автогенераторе по обоб­щенной трехточечной схеме выражается формулой Х9ъ+Хак= — Хбк, где ХЭб, Хзк, Хбк — реактивное сопротивление между соответствующими выводами транзистора. По некоторым соображениям, о чем будет сказано ниже, предпочтение отдают емкостной «трехточке».


В теории автогенераторов для емкостной «трех­точки» существуют формулы:



где fK — частота генерации. Из этих формул видно, что емкость конденсаторов С1 и С2 уменьшается с увеличением коэффициента G. При-этом становится за­метнее влияние входных и выходных цепей транзистора (Cm, gin, Caai) на не­стабильность частоты автогенератора. Следует иметь в виду, что в емкости С1 и С2 входят, кроме самих конденсаторов, емкость монтажа, емкость выхода и входа транзистора, вносимые емкости подключаемых каскадов. Обычно рекомен­дуют выбирать G=2 — 4. Составляющие нестабильности из-за изменения пара­метров входной и выходной цепей транзистора зависят также и от коэффициен­та обратной связи К. Существует оптимальное значение K=Kowr, при котором будет обеспечена максимальная стабильность частоты. Коэффициент обратной связи К можно подбирать экспериментально. С увеличением добротности Q контура автогенератора влияние упомянутых составляющих нестабильности умень­шается. Как уже было сказано, стабильность частоты генератора зависит от доб­ротности контура и постоянства его параметров. Фазовый сдвиг в цепи обрат­ной связи генератора изменяется с изменением внутреннего сопротивления и входной емкости транзистора, например, в связи с изменением температуры или питающего напряжения.



Риc. 23. Эквивалентная схема кварцевого резонатора (а) и зависимости активного, реак­тивного и модуля комплексного сопротивлений кварцевого резонатора от частоты (б)

В высокостабйльных автогенераторах в качестве контуров или их элементов применяют электромеханические резонаторы, обладающие высокой добротностью и достаточной для практики температурной стабильностью. Наибольшее приме­нение находят кварцевые резонаторы. -Переменное напряжение, приложенное к Граням кварцевого резонатора, вызывает его колебания. Резонансная частота механических колебаний определяется размерами пластины. Резонатор рассеива­ет очень малую часть энергии, поэтому кварцевые резонаторы имеют эквивалент­ную добротность Q от 10000 до 1 000000.



Эквивалентная схема кварцевого резонатора изображена на рис. 23. У это­го контура, если пренебречь сопротивлением потерь Rкв, будут две резонансные частоты — последовательного резонанса ft и параллельного резонанса fр, опре­деляемые по формулам



где LKB, Скв, Со — элементы эквивалентного контура.

Кривая зависимости реактивного сопротивления кварца от частоты без уче­та потерь показана на рис. 23,6 штриховой линией. В первом случае (ff) реак­тивное сопротивление X равно нулю, во втором (fp) — бесконечности. С учетом потерь контур обладает комплексным сопротивлением Z=R+jX. На том же рис. 23 показаны зависимости реактивного и активного сопротивления и модуля комплексного сопротивления |Z| =\/R2+X2: от частоты. Разность частот tр — f8 = Дf называют шириной резонансного интервала.



Рис. 24. Варианты схемы кварце­вого генератора параллельного ре­зонанса, с возбуждением кварца на основной частоте:

а — емкостная «трехточка»; б, в — индуктивная «трехточка»

Известно, что эквивалентная индуктивность на n-й механической гармонике хварца практически не меняется по сравнению с индуктивностью на основной частоте, эквивалентная емкость меньше в п2 раз, а резонансный интервал — в n раз. Следует отметить, что добротность резонатора наиболее высокая на той гармонике, которая указана в его паспорте как рабочая, и соответственно на частоте, указанной на его корпусе.

Еще одно общее положение. Как и многим другим элементам, кварцу ха­рактерна допустимая мощность рассеивания, превышение которой может выве­сти его из строя. Обычно на кварце рассеивается менее 10% мощности, подво­димой к генератору, что для разных типов резонаторов соответствует 2 — 4 мВт.

Теперь непосредственно о кварцевых генераторах. Их подразделяют на гене­раторы параллельного резонанса (осцилляторные) и последовательного (филь­тровые). Кварцы в них могут работать как на основной частоте, так и на нечет­ных механических гармониках. В осцилляторных генераторах кварц возбужда­ется на частоте внутри резонансного интервала, но вблизи параллельного резо­нанса его реактивное сопротивление имеет индуктивный характер.


В генераторе последовательного резонанса возбуждение происходит на частоте вблизи последовательного резонанса, реактивное сопротивление кварца при этом равно нулю, а его активное сопротивление очень мало.

На рис. 24 показаны варианты схемы генераторов параллельного резонанса, в которых кварц работает на основной частоте. В-радиолюбительских конструк­циях наиболее распространены генераторы по схеме емкостной «трехточки», ког­да кварц включен между коллектором и базой транзистора (рис. 24,о). Они про­сты по конструкции и настройке и обеспечивают хорошую стабильность часто­ты. На рис. 25 изображена практическая схема осцилляторного кварцевого ге­нератора с емкостной «трехточкой» на частоте 14,1 МГц и показана его связь с удвоителем частоты.

На рис. 26 показана схема возбуждения кварца на механических гармони­ках. Для этого один из конденсаторов емкостной «трехточки» заменен парал­лельным контуром, который настраивают в резонанс на частоту ниже частоты генерации. В результате контур будет иметь емкостную проводимость на часто­те нужной горминики, а на низших гармониках и на основной частоте — индук­тивную проводимость, что исключает возможность генерации на низших гармо­никах и основной частоте. Сказанное поясняет рис. 27, где представлены диа­граммы реактивного сопротивления песледовательного и параллельного конту­ров. На рис. 27 приняты обозначения: wL — сопротивление индуктивной части последовательного контура; 1/wС — сопротивление индуктивной части последова­тельного контура; Z — общее сопротивление последовательного контура; 1/wL — проводимость индуктивной ветви параллельного контура; о»С — проводимость емкостной, ветви параллельного контура; У — суммарная проводимость парал­лельного контура.




Содержание раздела

---