Tricopter

Máte rádi hádanky? Jednu tu pro vás mám – má to 3 nohy, 3 ramena, 6 listů a lítá to. Poznáte o co se jedná?

Ne není to moucha zmutovaná po úniku radiace ani žádný jiný hybrid. Je to tricopter nebo také hezky česky „trojvrtulník“.

Už nějakou dobu mě lákaly stroje bez pevných nosných ploch. Od klasických vrtulníků mě odrazovala složitá mechanika a malá odolnost. Očekával jsem podobné začátky jako s letadly, tedy co start to rána. Bohužel u vrtulníků většinou platí, že co rána to také nějaké poškození a následně dlouhé čekání na náhradní díly. To ovšem nebyly vyhlídky, které by mě lákaly. Navíc si člověk v podstatě ani nezamodelaří. Například taková rotorová hlava se doma vyrábí docela těžko.

Jednoho dne jsem narazil na video s tricopterem. Jednalo se tuším o jednu z prvních verzí z webu rcexplorer.se. Hned na první pohled mě daná konfigurace uchvátila. Sice už jsem v té době byl obeznámen se stroji se čtyřmi vrtulemi, ale trojvrtulová verze je, dle mého názoru, už na pohled mnohem zajímavější. Celý stroj je možné navrhnout a postavit doma a dát trochu prostoru svojí kreativitě. Klasické vrtulníky se mi totiž zdají v podstatě, až na barvu kabiny a maketové výjimky, jeden jako druhý. Dobře navržený n-copter je navíc oproti vrtulníku téměř nezničitelný a vzhledem k tomu, že se dá doma postavit, dá se případně doma taky bez problémů opravit. Tohle všechno pak jednoznačně určilo, co bude dalším přírůstkem do mého hangáru a já postupně začal shánět prostředky a vybírat komponenty na stavbu.

Výběr komponent

Na počátku jsem si nebyl vědom jaké budou přesně požadavky na jednotlivé komponenty. Regulátory a motory jsem tedy vybíral především podle ceny. Nechtěl jsem investovat příliš mnoho prostředků do nejistého projektu. Na základě ceny a hodnocení uživatelů na hobbyking.com padla volba na regulátory Hobbyking SS Series 18-20A ESC a motory FC 28-22 Brushless Outrunner 1200kv.

Nakonec se ukázalo, že ani v jednom případě nešlo o ideální volbu. Motory mají příliš velkou hodnotu otáček na volt (1200 ot/V). Je tedy potřeba použít menší vrtule, které mají menší účinnost z hlediska statického tahu. To vede ke kratšímu letovému času. Dnes bych si vybral nejspíše hexTronik DT750.

Regulátory se zdály být vhodnou volbou. Později jsem se pro lepší stabilizaci rozhodl v regulátorech přehrát firmware. Tady přišel problém. HK-SS regulátory totiž nemají na DPS programovací plošky. Musel jsem tedy připájet kablíky na připojení regulátoru přímo na piny SMD procesoru. To ale není úplně sranda a jeden z regulátorů se mi přitom podařilo poškodit.

Při výběru regulátoru pro copter je tedy třeba dát pozor na následující aspekty. Naprosto zásadní je, aby procesor byl taktován externím krystalem. Některé regulátory používají interní oscilátor, jehož frekvence se s teplotou mění. Regulátory se z principu docela zahřívají a v případě použití interního oscilátoru se bude s teplotou lišit i reakce regulátorů. Pro řídící jednotku copteru je však potřeba, aby všechny regulátory reagovaly pokud možno shodně. Další velmi důležitou vlastností je typ procesoru a dostupnost programovacích plošek. Většina regulátorů má poměrně pomalou reakci na změny vstupu. To sice snižuje namáhání motoru a baterie v letadle, ale na copteru znamená sníženou stabilitu. Je tak vhodné mít možnost nahrát firmware s rychlejší reakcí. Posledním a relativně méně významným parametrem je typ použitých výkonových tranzistorů. Většina regulátorů používá kombinaci typů P a N. To vede na jednodušší zapojení, ovšem typ P má oproti N typicky horší vlastnosti. Existují však výjimky kde jsou použity pouze tranzistory typu N, což vede k menším ztrátám. Při výběru regulátoru doporučuji projít následující seznam, ve kterém jsou uvedeny vlastnosti jednotlivých dostupných regulátorů. Je také dobré pročíst si související fórum na rcgroups.com. Relativní novinkou je také možnost koupit již flashnuté regulátory, víc snad napoví google.

Při výběru desky jsem měl tehdy podstatně jednodušší situaci. Možností byly pouze 4 samostatná gyra, KK deska nebo arduino s Wii senzory. Dnes už je výběr podstatně širší a docela jsem ztratil přehled, co která deska nabízí. Vybral jsem HK-KK-v2.1.

Možná na tuto desku najdete různé nelichotivé názory. Většinou je ale problém v rukách nebo hlavě uživatele. S dobrými regulátory se s ní létá velmi dobře. V mém případě není například problém ve vodorovné poloze pustit na 10 sekund kniply a tricopter mezitím nestihne spadnout. Je však třeba si uvědomit, že řízení je ve „vrtulníkářském“ režimu. Pokud tedy nechcete řídit, ale spíše se jen koukat jak tricopter letí skoro sám, hledejte pokročilejší řídící desky. Jen jedna věc mi na této jednoduché desce vadí. A sice teplotní drift gyr. Pokud například vyrazíte ven v zimě z vyhřátého domu, budete během letu muset neustále trimovat v souvislosti s ochlazováním desky. Dnes bych tedy namísto desky s piezogyry dal přednost nějaké jednodušší desce s MEMS gyrem, které touto vlastností netrpí.

Poslední položkou na seznamu je servo pro náklon zadního motoru. Poměrně dlouhou dobu jsem používal 9 g servo HXT900, protože prostě bylo při stavbě po ruce. Až po jedné větší ráně povolily plastové převody. Objednal jsem proto 12 g digitální servo s kovovými převody, se kterým bez problémů létám dodnes. Možná by mohlo být trochu rychlejší, ale běhá spolehlivě a nemám tak důvod ho měnit.

Stavba rámu

Protože se přes týden vyskytuji v Brně bez přístupu k dílně snažil jsem se co největší podíl práce věnovat návrhu, abych pak minimalizoval čas potřebný na samotnou stavbu. V době stavby jsem měl již k dispozici funkční CNC frézku, takže bylo jasnou volbou navrhnout veškeré díly na počítači a čas strávený v dílně omezit pouze na vyříznutí a sestavení. Výsledek návrhu a samotnou už trochu olétanou realizaci vidíte níže.

Na první pohled to sice není žádný krasavec, ale už při stavbě bylo předpokládáno osazení systému FPV. To je patrné už z naznačené kamerky v návrhu. Počítal jsem s tím, že se na tu nádheru nebudu muset tak často dívat :-). Svůj účel však plní velmi dobře.

Rám tvoří středová konstrukce, 3 vyměnitelná ramena a 3 samostatné podvozdové nohy. Ramena jsou slepená ze čtyř smrkových nosníků 10×3 mm, které dohromady tvoří dutý hranol se stranou 13 mm. Tím lze dosáhnout nižší hmotnosti při větší pevnosti než u plných ramen. Ramena jsou ke středové konstrukci upevněna vždy dvěma šrouby a lze je v případě havárie snadno vyměnit. Jednou z vlastností, na kterou jsem hrdý, je možnost po uvolnění vnějšího šroubu otočit přední ramena dozadu a tak značně snížit přepravní rozměry.

Středová konstrukce je vyrobena z 3 mm topolové překližky. Hlavní část, která drží ramena, je slepena dohromady. Spodní držák baterie a horní ochranný kryt je uchycen na čtyřech závitových tyčích M4 (bohužel se mi nepodařilo sehnat M3 a tak se zde trochu plýtvá hmotností). To umožňuje libovolně upravovat výšku prostoru pro palubní elektroniku a taktéž snadnou výměnu při případném poškození.

Druhou vychytávkou, na kterou jsem hrdý, je systém podvozku. Podvozkové nohy jsou k ramenům uchyceny pomocí gumiček poblíž středové desky. Vzhledem ke specifickému tvaru podvozkové nohy dojde při tlaku k prohnutí na gumičkách a tak se výrazně utlumí případný náraz. Uvedený systém už přežil pád „na failsafe“ asi z 20 metrů. Povolil jen jeden slepovaný spoj na jedné z podvozkových noh, což spravila kapta vteřinového lepidla. Nohy také tvoří poměrně širokou základnu a je tak menší riziko seknutí vrtulí do země. Byť by například obyčejná uhlíková tyčka byla jistě lehčím a jednoduším řešením, podvozek bych neměnil.

Nejkomplikovanější částí na rámu tricopteru je mechanismus náklonu zadního motoru (yaw). Některé možnosti naleznete na webu rcexplorer.se, který mě vlastně ke stavbě inspiroval. Já se však vydal vlastní cestou. Využil jsem dutých ramen a dovnitř na konec zadního ramene vlepil 5 mm uhlíkovou trubku. Na této trubce se potom otáčí uchycení zadního motoru. Níže vlevo je návrh na počítači (viděno shora), vpravo je potom samotná realizace (viděno naopak zdola). Oproti návrhu jsem přidal plastová „ložiska“ proti mačkání překližky. Stačila by však jen v oblasti táhla od serva. Okolo 5 mm uhlíkové trubky se síla dostatečně rozloží a vymačkání překližky nehrozí.

Elektronika a poslední dodělávky

Samotné namontování a pospojování komponent už bylo trviální záležitostí. Přívody k regulátorům bylo třeba prodloužit a spojit do dvou kabelů + a – opatřených konektorem k baterii. Konektory od serva a regulátorů jsou přes servo prodlužky dovedeny do odpovídajících konektorů řídící desky. Podobně jsou pomocí „samcoidních“ servo kablíků připojeny i 4 kanály z přijímače. Stačilo pak nabít baterii a hurá poprvé do vzduchu.

První lety ukázaly tendence k uvolňování veškerých šroubových spojení. Následovalo tedy zakápnutí herkulesem. Pro jistotu jsem taky lepící páskou pojistil všechny konektory proti neočekávanému rozpojení. Po odladění zisku pro všechny osy, což trvalo asi dvoje baterky, létám beze změn již celou sezonu. V srpnu 2012 jsem konečně také namontoval FPV výbavu, přičemž potom se naplno projevily přednosti dobře vyladěného tricoperu.

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *