原来飞机还可以这样玩——手拋飞机改无刷背推
小时候,隔壁的哥哥在玩飞机,我特别好奇,想借来玩玩,他不给,我半夜翻墙去悄悄拿来玩了,玩的开心,忘了他家有狗,被狗活活咬住,我为了护住飞机,裤子被咬掉了,然后他家人发现了我,把我爸妈叫来了,全村人都来了,我当时觉得好丢脸、好丢脸哦,然后我就暗暗下定决心,励志长大了一定要有一架属于自己的飞机,后来我发现我家比他家穷多了,买不起飞机,看他买了个SU27,一查300多,我是可望而不可及啊。机缘巧合,在路边草丛里捡到了一个小朋友丢弃的手拋飞机,脑子一抽,突然闪过曾经的梦想……于是乎,逛论坛、泡贴吧、查资料、记笔记,开始了自己的固定翼之旅。
开始时采用单发8520空心杯电机前拉,耗时一个周飞机连飘的趋势都没有,更别提飞了,最后扔进了垃圾桶。后来查资料,说动力不足,于是又上了双发8520前拉,前前后后又是一个多月,电机轴撞歪了好几次,最后算是飞了起来,不过动力稍弱,方向也不好控制,最让人受不了的是差速飞机差劲的操控感,于是又扔进了垃圾桶。再后来就上了无刷动力+舵机,考虑了很久,前拉方案飞机造型虽然帅气,但降落时太危险,对新手来说,不是断桨,就是撞歪电机轴,钱包受不了。腰推、V尾什么的改装起来又太麻烦了,于是决定采用背推的方案,经过几轮改进,目前,飞机已可以自由飞翔。
写此教程,一为交流,二为帮助有需要的人。考虑到层次差异,特增加了航模知识,小白可以先看附录。废话不多说,开始干货。
一、备料:
为了方便大家,表2给出和飞机相关的零件的淘宝链接。(买大件或者包邮零件时,看看能顺手买到其他小件不,总之一句话,在同一家店购买尽量多的东西,毕竟邮费也是不小的开支)(由于链接复制也很麻烦,所以专门制作成一段文字回复,有需要请在公众号回复“手抛飞机改装链接”获取)。
二、制作过程
大部分图片取自成品飞机,制作时只需关注文字描述的部分即可。这里约定:前后左右是飞机平放时从后向前看定义的。
1、拆开买回来的飞机,如下图,从左到右依次是水平尾翼,主翼,机身,黑色部分是机舱盖,拆下即可。
2、用锋利的刀片,切下4个舵面(水平尾翼两个,主翼两个)切的时候拿钢板尺靠着,避免切斜了不美观。尺寸按自带的槽切就可以了,图是水平尾翼的,我切的大了些,不影响。
3、在舵面和水平尾翼的背面,切斜面,保证舵面可以上下自由转动即可。然后用胶带将舵面粘回去,装进机身,注意正反。
4、将细钢丝折成图中形状,用热溶胶固定钢丝,保证两个舵面角度相同。如果舵面向上转动时干涉,可以开个槽,如图。
5、切机身主翼上方的部分,从绿色标注部分切开。
6、热切法开槽:用细钢丝折成方形,烧红,开槽,尺寸要求能把电调放进去即可,水平尾翼的线要从电调下方过,所以在放电调的下面也要开走线槽,其他走线槽如图。在电调两侧开通风孔,用于电调散热。
7、在机身左侧开槽放置舵机,槽的底部和上面开的槽相通,用于穿舵机线。开好后,将舵机线穿过并从电调下面穿过拉直,用少量热熔胶固定舵机。
8、舵机回0度,机臂竖直向上,拧紧螺钉。将钢丝一头弯成Z型,装入舵机臂。
9、在尾翼的左侧舵面装舵角、快装夹头,根据长度剪钢丝穿入夹头并拧紧螺丝。
10、主翼下方靠前的部分和机头部分,开通槽,能放下接受机、穿过所有线(两条舵机线、1条电调信号线、1条电调电源线)即可。
11、给机身切下的部分开槽,用于放置舵机,保证舵机刚好放入即可,正面只开圆孔,漏出舵机的轴。注意开个舵机走线槽。
12、装舵机,将舵机线拉到机头仓里,电调的3根电机线拉出来。将主翼装好,压紧切下部分,用热熔胶固定(固定后,主翼不能特别紧,避免炸鸡断翅膀)。
13、主翼舵面背后切斜槽,原理同水平尾翼,切好后用胶带粘回去。装上舵角等零件,舵机回0度,装入舵机臂,用钢丝折成图中形状,一头为Z型,调整长度,拧紧螺钉。
14、在雪糕棒上打孔,大小及位置按电机背面安装孔位置,注意中间开孔,避免电机背面伸出轴干涉。在雪糕棒上装好电机,桨叶有字的一面朝向电机安装。将雪糕棒插进机身,角度及位置如图,用热熔胶固定。焊接电机线,保证电机逆时针旋转。
15、将电调信号接入接收机3通道,尾翼舵机接2通道,副翼舵机接1通道。多余的线压在接收机下面。电调的电源线拉出来。两个手指支撑主翼前沿向后大概1/2的位置,挪动电池保证飞机能平衡后,记录位置开槽并放入电池。在盖子上开槽,避免干涉并保证能压住电池。
16、合盖,装上橡皮筋,大功告成。
三、调试试飞
给电池充满电,找个合适的场地,按以下步骤进行测试:
1、油门最小,打开遥控;
2、给飞机上电,等待电调确认声音;
3、两个手指放在重心位置、轻轻捏住飞机,慢加油,直到飞机有低头的趋势,油门保持不动,水平尾翼微上拉,将飞机斜向上10°左右抛出,观察飞机飞行状态:
A先看低头、抬头现象:如果飞机猛低头,稍微加大水平尾翼上拉角度,减小油门,抬头操作相反,直到飞机可以平飘一段时间。记住最终的油门和上拉角度;
B调整水平尾翼快调,保证舵机回零后舵面为上述的上拉角度;
C再看左、右漂移现象:遥控给油为上述值,重新抛飞机,如果飞机向左飘,微调副翼两个拉杆,使左舵面稍向下、右舵面稍向上一点点,向右飘操作相反。多次调整,直到飞机可以直着向前飘。
D水平尾翼角度、副翼都调好后,飞机就算调好了,每次起飞时,遥控给定上述油门值斜向上10°左右抛出飞机即可。
4、练习时,可以在抛出后慢慢的调整水平尾翼使飞机抬头上升、低头下降,增减油门观察飞机姿态变化,控制副翼让飞机在侧身和平飞之间转换。总之一句话,多多练习,找找手感(不要猛打遥杆)。
至此,所有工作都已完成,祝大家都能爽飞。
附录:
1、航模无刷电机(1106,KV6000无刷电机)
电机尺寸1106:11表示转子直径,06表示转子高度,有人说指定子的尺寸,我们不细纠,你知道它代表电机体积的大小就对了,电机越大,功率越大,也就越重。
6000KV:空载,电压1V时,电机转速为1*6000转/分钟,5V时转速就是5*6000转/分钟,严格呈线性比例关系。另外,电机的KV值越高,最高转速也就越高,但提供出来的扭力就越小。所以小电机不能选择大尺寸的桨叶,因为它带不动,会使电机发热严重,甚至烧电机。大电机也不能选小桨叶,大马拉小车。
2、桨叶尺寸(3020桨叶)
30代表桨的直径是3寸,20表示浆角(螺距)。前两位数表示直径(小于30时,比如1060,就代表是10寸,注意区分),后两位表示螺距,1寸=2.54cm。
这里顺便说下飞机的反扭力,电机顺时针转,就相当于有个看不见的力让飞机逆时针旋转,飞机翼展越大,抵抗这个力的能力就越强,对于一定翼展的飞机,比如48cm翼展的手拋飞机,如果这个反扭力较大,尚可通过配重来抵消,但如果太大,飞机就无法正常平飞了。
回到正题,浆越大产生的推力就越大,对飞机所产生的反扭力也越大,所以浆的大小除了和电机的选择有关外,还和飞机的翼展大小有关系,比如1060浆适合80cm翼展以上的飞机,翼展小了,飞机反扭严重,很难飞;翼展大了,阻力大,带不动不说,还特别费电。
3、锂电池参数(2s,450mah,20c电池)
1s就是3.7V电压,2s就是7.4V电压,3s就是11.2V电压……2s其实就是两个1s串联了,充电必须用平衡充,因为电池串联了,充满一个要转换去充下一个的,普通充电器不能满足这个充电要求的。
450mah就是电池的容量,值越大表示电池续航就越长,但也会越重。
C代表电池的放电倍率,该电池最大持续电流为450*20=9000mA=9A,就是说该锂电池能对外不停提供最大9A的电流(不能长时间大于9A工作,会损坏电池)。
由以上就能计算该电池理论的续航时间,比如:外界一直需要3A的工作电流,则续航就是0.45AH÷3A=0.15小时=9分钟。若需要9A,续航时间就更短了。
锂电池的充放电:以1s为例,最大充电到4.2V就停止,过冲会损坏。放电最低到3.7V,就必须停止了,再低对电池不好(这里不考虑你瞬间大电流用电,强行拉低了电池电压,这样,停止工作后,电池电压还会上升一点的)。1s工作范围就3.7V到4.2V,2s就是7.4~8.4V,以此类推。
锂电池的存放:长时间不用,1s保存电压为3.9V左右,2s就是7.8V左右……,过高电池会鼓包,过低,时间长电池就休眠了,这也是锂电池不能过放的原因。
4、电调
全称是电子调速器,英文缩写ESC,它将电池的直流电转换成3相低压交流电,给无刷电机供电,从而实现无刷电机的调速,电调、电池、无刷电机、接收机接线如图所示。
5、个人经验
⑴、大尺寸电机,KV值会小一些,功率大一些,用大点的桨叶(会有个选择范围)。小尺寸电机,KV很高(能做低一点点,但难,价格也高),功率小,用小点的桨叶。
⑵、一般教程都说:千万别带桨测试电机。但对于高KV值的电机是不能空载测试的,因为它本身转速就高(1106,7500KV电机,2s供电,满油门转速能到6.3万转),空载失速转速会更高,一般的电调反应速度跟不上,会出现抖动现象(抖动很可能烧电机的),再者,转速过高,电机发热严重,没有桨叶吹风来散热,电机也很可能烧穿绕组绝缘层。所以高KV电机要带桨测试,但要特别注意安全,因为高速桨叶就是会飞的刀片……
⑶、飞行时,先开遥控器,再给飞机通电。结束时,先给飞机断电,再关遥控器。因为,电调在设计时,怕飞机失去遥控信号后,电机直接停转导致的坠机损失,它会在失控后慢慢降低输出功率,也就是说,遥控和飞机已经正常通信情况下,油门为0,电机是不转的,但如果先关了遥控器,电机会突然转动,要小心。
⑷、推力大小:1106、6000KV的无刷电机,用2s锂电池供电,采用2030三叶桨,推力有110g,除去推力损耗什么的,对于装机总重100g左右的飞机,推力够用,毕竟理论推重比0.7以上就可以了。
⑸、推力线的选择
分析飞机受力的时候,需要考虑力矩的平衡,这里一般就取重心为参考点。为了简化问题,我们先假设机翼的升力力矩和平尾的配平力矩是平衡的。高推力线,给飞机一个低头力矩;上单翼飞机的高阻力中心,也给飞机一个抬头力矩。匀速平飞状态的时候这两者实现了近似平衡。然而飞行是动态的,当推力突然加大的时候,飞行速度还没增加也就是阻力还没变,所以这个平衡打破了,飞机就会有突然低头的现象,因此,拉力线一般尽量离重心不要太远。随着推力的加大,飞行速度也会增加,机翼的压力重心会前移,飞机会有抬头的趋势。拉力线的最终决定,要综合考虑上面的因素,大致来说,“在重心略偏上的地方通过”基本问题不大。
注:本文作者王毅波,毕业于西北工业大学 电机与控制专业。业余热爱电子制作与各种diy,是机械行业的电子爱好者。
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