Что такое гироскоп на вертолете
Что такое гироскоп на вертолете и зачем он нужен?
Ваша корзина пуста
Что такое ГИРОСКОП?
ГИРОСКОП навигационный прибор, основным элементом которого является быстро вращающийся ротор, закрепленный так, что ось его вращения может поворачиваться. Три степени свободы (оси возможного вращения) ротора гироскопа обеспечиваются двумя рамками карданова подвеса. Если на такое устройство не действуют внешние возмущения, то ось собственного вращения ротора сохраняет постоянное направление в пространстве. Если же на него действует момент внешней силы, стремящийся повернуть ось собственного вращения, то она начинает вращаться не вокруг направления момента, а вокруг оси, перпендикулярной ему (прецессия). В хорошо сбалансированном (астатическом) и достаточно быстро вращающемся гироскопе, установленном на высокосовершенных подшипниках с незначительным трением, момент внешних сил практически отсутствует, так что гироскоп долго сохраняет почти неизменной свою ориентацию в пространстве. Поэтому он может указывать угол поворота основания, на котором закреплен.
Именно так французский физик Ж.Фуко (1819-1868) впервые наглядно продемонстрировал вращение Земли. Если же поворот оси гироскопа ограничить пружиной, то при соответствующей установке его, скажем, на летательном аппарате, выполняющем разворот, гироскоп будет деформировать пружину, пока не уравновесится момент внешней силы. В этом случае сила сжатия или растяжения пружины пропорциональна угловой скорости движения летательного аппарата. Таков принцип действия авиационного указателя поворота и многих других гироскопических приборов. Поскольку трение в подшипниках очень мало, для поддержания вращения ротора гироскопа не требуется много энергии. Для приведения его во вращение и для поддержания вращения обычно бывает достаточно маломощного электродвигателя или струи сжатого воздуха. Применение. Гироскоп чаще всего применяется как чувствительный элемент указывающих гироскопических приборов и как датчик угла поворота или угловой скорости для устройств автоматического управления. В некоторых случаях, например в гиростабилизаторах, гироскопы используются как генераторы момента силы или энергии.
Вертолеты на радиоуправлении. Какое преимущество даёт гироскоп?
— Приведу пример. Во время полёта хвост вертолёта может начать заносить в какую-либо сторону (по ряду причин: движение воздуха, непостоянная нагрузка на роторы, и т.д.). Гироскоп регистрирует это отклонение и даёт сигналы винтовым моторам для противодействия ему. Поэтому вертолёт и не раскручивается вокруг своей оси, а держит заданное направление. В новых радиоуправляемых вертолётах используются маленькие пьезоэлектрические датчики размером в пять раз меньше копеечной монетки. Благодаря им, полётом модели легко управлять, он становится сбалансирован.
Вертолет на р/у Syma GYRO S107 с гироскопом
Гироскоп в игрушечном вертолете: что это и для чего он нужен?
Этот прибор, по сути, нужен для того, чтобы ваша радиоуправляемая игрушка смогла работать в полете, как в режиме стандартного полета, так и в режиме удержания выбранного вами направления.
Гироскоп можно по праву считать одной из основных деталей в современных моделях детских радиоуправляемых вертолетов. По своему устройству гироскопы подразделяются на механические и пьезогироскопы. Как те, так и другие оснащают вертолеты с гироскопом оптом, представляемые интернет-магазином «ШопНтойз».
Механический гироскоп создан их металлических дисков, которые закреплены на оси электродвигателя. Раскручиваемые при помощи двигателя диски и составляют гироскопический эффект. Представляемые интернет-магазином «ШопНтойз» радиоуправляемые игрушки оптом со склада, среди которых, вы всегда найдете и гироскопические вертолеты, помимо механических гироскопов оснащены и усовершенствованными, так называемыми «пьезогироскопами». По своей сути, это микросхема, которая устанавливается на одной плате рядом с микропроцессором. Интересуясь выбором такой игрушки, не будет лишним поинтересоваться у продавца, каким гироскопом оснащен предлагаемый вам вертолет. Кстати знания продавца можно проверить, задав ему вопрос о том, оснащены ли радиоуправляемые автомобили гироскопом. Услышав положительный ответ, стоит далеко и быстро бежать от такой точки продаж. Конечно, вы никогда не услышите таких ответов от консультантов
«ШопНтойз». У нас работают профессионалы своего дела, которые каждый день, без перерыва и выходных рады предложить вам и вашим детям высококачественную игрушечную продукцию от ведущих производителей: E-sky, Art-tech, Walkera, Syma, MJX R/C, HSP.
Представляя на российском рынке широкий ассортимент выпускаемой ими продукции, практически все эти производители пошли на то, что стали оснащать свои модели гироскопами. Сегодня практически любая модель, рассчитанная на новичков и находящаяся в бюджетном сегменте, оснащена таким устройством. Ведь оно позволяет не имеющим навыкам пилотирования летающих радиоуправляемых вертолетам потребителям лучше держать их в воздухе, избегая тем самым рисков развития падений и последующих за этим дорогостоящих ремонтов. Кстати, на рынке можно встретить и совершенно миниатюрные модели радиоуправляемых вертолетов, которые уже оснащены гироскопом.
Широкий ассортиментный ряд миниатюрных вертолетов, представленных «ШопНтойз» в своем интернет-магазине позволяет сделать вопрос выбора той или иной модели этой игрушки, исходя из ваших навыков и возможностей простым и беспроблемным.
Гироскопы, и с чем их едят в авиации
Многие видели видео с этими магическими штуками, не подчиняющимися гравитации. Сегодняшний пост про то, какие радости и печали они приносят на борт самолетов.
Сначала немного истории. В 1914 году во Франции состоялось что-то вроде нашего Макса, т.е. авиашоу + демонстрация новинок в самолетных делах. Один из самолетов пилотировался Лоренсом Сперри и его помощником. Они сделали 3 прохода вдоль реки на глазах у публики и жюри.
— В первом проходе оба пилота убрали руки со штурвала и подняли их над головой. Самолет летел прямо, вдоль реки.
— Во втором проходе помощник Сперри вышел на крыло. Самолет накренился было, но быстро выровнялся и продолжил лететь вдоль реки.
— В третьем проходе Сперри тоже вышел на крыло. В кабине никого не было, самолет летел вдоль реки.
Так мир увидел первый автопилот. Но обо всем по порядку.
1. Авиагоризонт. Вращающийся диск гироскопа стремится сохранить свое положение в пространстве. Правда для этого нужно, чтобы он мог свободно вращаться вокруг всех трех осей; для этого его подвешивают на две рамки.
Если раскрутить диск в горизонтальной плоскости и взять с собой в самолет, то он будет показывать, как располагается горизонт. По нему почти можно будет лететь (на самом деле нет). На этом принципе основано действие авиагоризонта. Обычные авиагоризонты стоят 500-2000 баксов.
Вот на этом видео, где камера крутится вместе со стулом, видно одну интересную особенность. Поначалу кажется, что внутренняя рамка проскакивает через внешнюю рамку, но если приглядеться, то нет. На этой гифке они никогда не совмещаются.
Совмещение рамок приводит к тому, что гироскоп теряет одну степень свободы и перестает сохранять положение в пространстве. Это называется «выбиванием» гироскопа. Такое бывает при очень резких маневрах, например при пилотаже, и приводит вот к чему:
Пока я писала этот пост, мне вспомнилось, что в телефонах тоже есть гироскопы. Они основаны на другом принципе и поэтому, как и лазерные гироскопы, не выбиваются. И да, я только что потратила 10 минут своей жизни на попытки выбить гироскоп в телефоне, прежде чем об этом узнала (телефон не пострадал).
2. Автопилот. Первый автопилот был очень простым: гироскоп механически соединялся с рулями самолета. Если по какой-то причине самолет отклонялся от фиксированного положения, гироскоп активировал рули и тем самым возвращал самолет обратно, что Сперри и продемонствировал во Франции. Кстати выиграл 10 000 баксов тогдашних.
Современные автопилоты конечно намного сложнее.
3. Указатель курса. Давайте я просто гифку покажу.
Здесь мы от свободных гироскопов плавно переходим к несвободным, т.е. тем, которые не могут свободно вращаться в пространстве.
Что за магия, и почему он не падает? Есть такой шутливый ответ на вопрос «почему конденсатор пропускает переменный ток и не пропускает постоянный?» Типа постоянный упирается в конденсатор, а переменный из-за синусоиды его огибает.
Так вот, давайте пока в шутку будем думать, что гироскоп вертел действующие силы, в прямом смысле этого слова:
Сила тяжести пытается уронить гироскоп, при этом развернув его вертикально (белая стрелка). Но гироскоп вертел эту стрелку на 90 градусов по вращению и превратил ее в желтую стрелку. Она и заставляет гороскоп крутиться, а сила тяжести как будто бы исчезла.
Как это он так не падает?
Очень прикольные ощущения, когда пытаешься наклонить раскрученный гироскоп. Он, как живой, сопротивляется и пытается вильнуть в сторону. Представьте, сколько подколок можно придумать, пряча гироскопы внутри обычных предметов. Берешь кружку, а она вырывается из рук.
У этого гироскопа всего 10-30 секунд «полезного» вращения, но его хватает, чтобы наиграться. Он раскручивается резким движением палочки с резьбой.
Вернемся к авиации. Есть такая шутка, «назовите самую большую деревянную деталь в самолете» (летчик). Как вы думаете, какой гироскоп в самолете самый большой? Не авиагоризонт. Вот самый большой гироскоп в самолете:
У Харриера (самолет с вертикальным взлетом) пришлось делать вращающиеся в разные стороны ступени компрессора, чтобы уменьшить гироскопические силы.
А теперь источник колдунства: взяли вы крутящийся гироскоп и решили нажать пальцем на край:
Но у той точки, на которую вы нажали, были свои планы лететь вбок, она же крутилась вместе с гироскопом, а тут вы нажали:
Куда она полетит, вниз? Нет. скорости сложатся, и она полетит по диагонали, вот так:
То есть ее вращение вокруг центра просто перейдет на новую орбиту.
Радиоуправляемая модель вертолёта: для чего нужен гироскоп?
→ Авиатехника
Как выглядят и работают вертолеты с камерой, осуществляющей видеосъемку, знают все любители радиоуправляемых игрушек, а вот объяснить, что такое гироскоп (и для чего он нужен), может далеко не каждый обладатель модели летательного аппарата.
Гироскоп был изобретен в 19 веке Иоганном Боненбергером, но автор так и не нашел практического применения уникальному прибору. Позднее, известный философ и ученый Фуко стал использовать аппарат для определения изменений направления Земли. Основными составляющими механизма является датчик угловой скорости и контроллер. Гироскоп позволяет сохранить летательному аппарату устойчивость во время движения (предотвращая крен) и поддерживать заданный курс.
При потере скорости, осевой устойчивости (что нередко случается в штормовую погоду), датчики посылают сигнал двигателям, которые изменяют функционалы и препятствуют тем самым «дрейфу». Прибор устанавливается не только на вертолеты, но и на авиалайнеры, ракеты, подводные лодки.
В радиоуправляемых моделях гироскоп играет ту же роль, что и на настоящих летательных аппаратах. Первые образцы выпускались без этого прибора, что и являлось основной причиной быстрой поломки игрушки. Взлетев в воздух, аппарат быстро набирал скорость, но при первом дуновении ветерка заваливался набок и падал на землю, рассыпаясь на составные части. В других случаях вертолет сталкивался с препятствием (стеной дома, чаще всего), что приводило к такому же печальному финалу. Починить модель было невозможно, поэтому средняя продолжительность «жизни» дорогостоящих игрушек была рекордно короткой – не более 1 месяца при аккуратном обращении.
Гироскоп в современных радиоуправляемых вертолетах выравнивает курс движения модели, предотвращает раскручивание вокруг оси, сохраняет балансировку, благодаря чему значительно упрощается управление аппаратом. Стабилизация движения относительно вертикальной оси дает возможность запускать модель даже в ветреную погоду (разумеется, при умеренной скорости воздушного потока). Регулировка чувствительности прибора задается автоматически. В настоящее время уже начат выпуск радиоуправляемых моделей с дискретной регулировкой (задается несколько значений чувствительности, одно из которых выбирается во время полета и передается по дистанционному радиоканалу). Вертолет с гироскопом может зависать, плавно менять скорость, направление движения, мягко приземляться.
Топовые модели вертолетов на радиоуправлении с гироскопом
Доброго времени суток, уважаемые любители БПЛА. Одним из наиболее важных элементов летательных аппаратов является гироскоп. Его можно обнаружить даже в самых недорогих моделях. Тема нашей сегодняшней статьи — вертолет на радиоуправлении с гироскопом. Мы рассмотрим несколько популярных моделей, поговорим о том, какую роль играют гироскопы и как они влияют на полеты.
Что такое гироскоп и как он устроен
Если говорить техническим языком, гироскопом называют устройство, реагирующее на изменение углов ориентации тела, внутри которого или на поверхность которого оно установлено, в инерциальной системе отсчета.
Простейшим примером гироскопа является волчок, который в раскрученном состоянии не только не падает, но и сохраняет устойчивость. По сути, любой вращающийся предмет можно рассматривать как гироскоп. Еще одним примером являются велосипедные колеса. Пока они вращаются, велосипед едет вперед и сохраняет устойчивость. Как только вращение прекращается или существенно замедляется, равновесие теряется.
В зависимости от степеней свободы, гироскопы могут быть:
По принципу действия делятся на:
Существуют гироскопы со:
Радиоуправляемые вертолеты с гироскопом гораздо более легки в управлении, чем летательные аппараты, его лишенные. Они четко держат курс, не вращаются при взлете и приземлении, устойчивы к порывам ветра. Пилоту не приходится постоянно вносить корректировки в поведение вертолета.
Гироскопы со стандартным режимом работы
Данный режим предназначен для демпфирования угловых перемещений вертолета. В механических гироскопах этот режим использовался повсеместно, и нашел применение в современных пьезогироскопах.
Суть режима заключается в следующем. Гироскоп замеряет скорость, с которой происходит поворот, после чего происходит корректировка уже его скорости (вращение замедляется).
Гироскопы с режимом удержания направления
Режим позволяет стабилизировать угловое положение вертолета. В англоязычной среде известен под названием Heading Hold. Все гироскопы с Heading Hold поддерживают и стандартный режим, а пилот может выбрать тот вариант, что ему больше подходит.
В режиме удержания направления вращение не подавляется, а изменяется пропорционально сигналу, поступающему с ручки передатчика. Вращение происходит именно с той скоростью, которая необходима в данный момент, и на нее не влияют другие факторы, такие как ветер.
Лучшие модели с гироскопом
На сегодняшний день оснащение вертолетов пьезогироскопами является обычным делом. Даже недорогая игрушка на радиоуправлении порадует устойчивостью и стабильным поведением в воздухе. Мы не ставили целью найти лучший радиоуправляемый вертолет для новичков, но подобрали несколько интересных летательных аппаратов подороже и подешевле.
Дорогие вертолеты лучше оснащены, обладают хорошими показателями дальности сигнала и длительности полета, могут нести на борту камеру. Модели подешевле предлагают базовую функциональность и минимум настроек, но зато недорого стоят и подойдут начинающим пилотам.
Модели подешевле
От недорогих вертолетов сложно ожидать выдающихся характеристик, но это еще не означает, что они плохо летают. Нередко именно с дешевых вертолетиков начинается любовь к БПЛА. Их часто покупают на подарок.
Несмотря на невысокую стоимость, летательные аппараты обычно получают стойкий к ударам и падениям корпус. Также они отличаются хорошей ремонтопригодностью, а стоимость запчастей почти всегда находится на очень приемлемом уровне.
SYMA S107
Небольшой и недорогой Syma S107 как нельзя лучше подойдет для полетов в закрытых помещениях. Для улицы он маловат, хотя в безветренную погоду проблем с запуском не возникнет. Используется соосная схема винтов.
В комплект входит 3-канальная аппаратура управления, запасной задний пропеллер и инструкция. В продаже доступна модификация S107C с простенькой камерой, и S107P с небольшим приспособлением для пускания мыльных пузырей. Syma выпустила игрушку, но управлять вертолетиком будет интересно не только детям. Цена S107 составляет около 35$.
WLToys Sky Dancer V912
Сравнительно большой радиоуправляемый вертолет Sky Dancer V912 прекрасно подойдет для полетов на открытом пространстве. Дальность связи достигает внушительных 150 метров, модель понравится не только начинающим, но и опытным пилотам.
Летательный аппарат построен на классической схеме. Используется 4-х канальный пульт управления. Кстати, пульт качественный, с удобным информационным дисплеем и металлическими стиками. В комплекте есть 2 запасные лопасти для основного винта и запасной хвостовой пропеллер. Помимо двух режимов изменения скорости, можно активировать скоростной режим.
Время полета составляет лишь 8 минут, однако не стоит забывать о том, что перед нами довольно крупная модель. Стоимость V912 составляет около 80$.
WLtoys V911
Модель V911 больше подходит для дома. Несмотря на сравнительно небольшие габариты, она обладает приличной дальностью связи – до 80 метров. Нужно сказать, что компания WLtoys оснащает даже сравнительно недорогие вертолеты достаточно мощными трансмиттерами в отличие от других производителей, например, MJX.
Наличие двух аккумуляторов в комплекте можно рассматривать как однозначный плюс. Непривычно видеть и большую 4-х канальную аппаратуру управления с LCD экраном и подсветкой. При стоимости около 37$, V911 станет хорошим выбором для новичков.
Конечно, небольшие размеры не дадут вертолетику летать при ветре средней силы, но в ясную безветренную погоду он сможет проявить свои лучшие качества. Зато внутри помещения он порадует хорошей стабильностью в полете и отзывчивостью к командам.
Плюсы и минусы
Все модели вертолетов, о которых шла речь выше, оборудованы коллекторными двигателями. Надежность данного типа моторов оставляет желать лучшего, и, если полеты будут частыми и длительными, то именно движок выйдет из строя первым.
Критиковать бюджетные аппараты за малое время полетов вряд ли уместно. Тем более, что на сэкономленные деньги можно приобрести запасные батареи.
Нареканий к поведению БПЛА в воздухе нет. Модели WLtoys V911 и Syma S107 больше подходят для запусков в домах и квартирах, тогда как WLToys Sky Dancer V912 создавался для полетов на улице. Благодаря пьезогироскопам управлять вертолетами не сложно, хотя определенные навыки необходимы.
Модели подороже
К вертолетам из верхнего ценового сегмента требования более строгие. В эту категорию, например, попадают модели с двигателями внутреннего сгорания. Мы подобрали два аппарата с электродвигателями, управление которыми для опытных пилотов не составит большого труда, и один с ДВС.
Align T-Rex 600L Dominator Super Combo
Сравнивать T-Rex 600L с остальными вертолетами не совсем корректно. Это модель топ-уровня, и не так много летательных аппаратов смогут с ней сравниться. Стоимость модели составляет около 1000$, и это, фактически, один из лучших радиоуправляемых вертолетов для искушенных пилотов.
На борту установлен мощный процессор, а функциональное программное обеспечение позволяет произвести тонкую настройку режимов работы.
Модель оснащается качественными бесколлекторными движками. Используется классическая бесфлайбарная система G-Pro с современными гироскопами. Аппаратура управления 7-ми канальная, но вертолет поддерживает работу и с большим количеством каналов.
Hubsan Westland Lynx FPV 2.4G
На фоне других аппаратов, стоимость Westland Lynx кажется вполне умеренной. За 250$ покупатель получает не самую крупную в размерах модель. Она хорошо подходит как для улицы, так и для дома, однако на открытом пространстве управлять вертолетом легче.
На борту установлена 5-ти мегапиксельная камера, не только записывающая видео, но и передающая видеосигнал на пульт управления. Пилот может управлять аппаратом с помощью FPV. Пульт оснащен качественным ЖК-экраном, на который выводится изображение с камеры. Режим видео управления для начинающих поможет освоить работу с FPV и впоследствии перейти на более серьезные модели.
Аппаратура управления 4-канальная и обеспечивает устойчивую связь с вертолетом на удалении до 300 метров. На такое же расстояние транслируется сигнал с камеры. Для защиты от солнечных бликов на дисплей пульта устанавливается козырек. На пульте присутствует разъем для подключения VR-очков.
Явным недостатком является малая длительность полета.
Align T-Rex 600 Nitro DFC Super Combo
Вертолет с двигателем внутреннего сгорания воспринимается как экзотика. Создатели T-Rex 600 модификации Nitro и не скрывали, что их детище предназначено в первую очередь для опытных пилотов. Новички с управлением сложным аппаратом не справятся.
По своим размерам модель аналогична T-Rex 600L Dominator, однако вес ее заметно больше. Из-за ДВС масса вертолета возросла до 3.2 кг, что неудивительно. Помимо двигателя на 440 кубиков, на раме (кстати, выполненной из углеволокна) установлен бензобак.
Возросшая масса сделала модель еще более устойчивой к ветру. Даже сильные порывы не станут помехой. Двигатель был размещен максимально низко, что позволило снизить центр тяжести. Кстати, для охлаждения мотора используется небольшой вентилятор.
Модель комплектуется 7-канальной аппаратурой 2.4 g, и поддерживает работу с большим количеством каналов.
Время полета, увы, составляет только 10 минут. Но зато на заправку тратится не более минуты, после чего вертолет опять готов взлетать в воздух.
Достоинства и недостатки
Как и в случае с недорогими вертолетами, основная претензия касается времени полета. От крупных и дорогих моделей хотелось бы получить большую автономность. В остальном, перед нами одни из лучших летательных аппаратов на рынке.
Вывод
Мы поговорили о гироскопах, рассказали для чего они нужны и в каких режимах могут работать. Также мы рассмотрели 6 моделей вертолетов из разных ценовых категорий. Благодаря гироскопам даже самые недорогие летательные аппараты сохраняют устойчивость и позволяют начинающим пилотам легко справляться с управлением.
Более продвинутые модели, такие как T-Rex 600L, оснащаются бесфлайбарными системами с электроникой и сложными алгоритмами, управляющими поведением гироскопов.
На этом пока все, не забывайте подписываться на наши статьи и делиться полезными материалами на страницах социальных сетей. До новых встреч.