無平衡翼系統(tǒng)在F3C項目中的運用 [上]

戴琛

自遙控模型直升機誕生那天開始，就具備有別于真直升機的特殊旋翼頭結構，即愛好者們通常所說的“有平衡翼系統(tǒng)”（英文FLYBAR，簡稱FB）。這種結構伴隨著模型直升機走過了幾十年的歷程，雖然其技術日趨成熟，但復雜的機械結構卻很難得到簡化（圖1）。

隨著科技的發(fā)展，設計師們試圖用電子設備、控制算法來改變旋翼頭的控制方式，希望能設計一種新型結構替代以往復雜的有平衡翼系統(tǒng)。十多年前，模型直升機上終于出現(xiàn)了“無平衡翼系統(tǒng)”（英文FLYBARLESS，簡稱FBL或FL），但由于當時傳感器技術以及軟件算法的限制，再加上設置、調整復雜以及性能不理想等諸多原因，并未得到廣泛應用。

無平衡翼系統(tǒng)的發(fā)展

從2010年起，無平衡翼系統(tǒng)在技術上實現(xiàn)了突破，世界各大模型直升機廠商紛紛推出各具特色的無平衡翼系統(tǒng)（圖2）。簡單的機械結構、人性化的系統(tǒng)設置，使無平衡翼系統(tǒng)逐漸被大眾接受。新的旋翼頭控制直接、反應迅速、設置自由靈活，是傳統(tǒng)的有平衡翼旋翼頭無法比擬的，特別是在3D花式飛行方面更是表現(xiàn)突出，受到越來越多選手的青睞。

雖然無平衡翼系統(tǒng)已被成熟運用在模型直升機3D花式飛行項目中，而且與有平衡翼系統(tǒng)相比優(yōu)勢顯著，但在F3C項目中，卻遲遲未見無平衡翼系統(tǒng)得到使用，原因主要有兩方面：

1.由于國際航聯(lián)（FAI）F3C比賽一直禁止使用帶有增穩(wěn)裝置的電子系統(tǒng)，因此作為高度依賴電子控制的無平衡翼系統(tǒng)，自然就被列入限制范圍。

2.因控制算法不完善，故無平衡翼系統(tǒng)很長一段時間都無法達到F3C項目對飛行操控非常細膩、精準的要求（特別是在靜態(tài)動作的飛行中尤為明顯）。

而從2013年下半年開始，這一狀況得到改觀——適合F3C飛行的無平衡翼系統(tǒng)開始出現(xiàn)。通過大量的飛行測試以及一些比賽的驗證，無平衡翼系統(tǒng)終于能夠勝任F3C的飛行了。與此同時，F(xiàn)AI也順應時代的發(fā)展，正式對外公布，從2014年開始在F3C比賽中允許使用無平衡翼系統(tǒng)。2014年因此成為F3C項目發(fā)展史上重要的轉折點。

簡單來說，無平衡翼系統(tǒng)主要由機械和電子兩部分組成：機械部分為無平衡翼旋翼頭，電子部分主要指三軸陀螺系統(tǒng)。雖然目前生產三軸陀螺的廠商很多，但能適應F3C項目的卻寥寥無幾。畢竟，與3D花式飛行項目相比，F(xiàn)3C項目有其自身的特殊性，尤其體現(xiàn)在對操控精準性要求極高的靜態(tài)動作上?？此坪唵蔚撵o態(tài)動作飛行，對選手和模型都有著很高的要求。正因如此，很多世界知名廠商的三軸陀螺都被擋在了F3C的門檻之外。

目前，適合F3C項目的比較出色的三軸陀螺只有兩款：JR TAGS MINI和Futaba CGY750（Ver. 1.4）。下面，筆者針對這兩款三軸陀螺，以JR SYLPHIDE E12 EX無平衡翼模型直升機為例，講解F3C項目中無平衡翼系統(tǒng)的設置、調整及飛行。

JR TAGS MINI的設置

1.系統(tǒng)簡介

作為全球頂級F3C模型直升機生產商，JR PROPO于2013年推出了性能優(yōu)異的三軸陀螺系統(tǒng)TAGS MINI （圖3）。2014年，JR為這款陀螺發(fā)布了新固件，并公布了世界冠軍伊藤寬規(guī)的飛行數(shù)據(jù)，使其在F3C比賽中得到了廣泛使用。

TAGS MINI陀螺體積小、重量輕，既能配合RA01L直接與JR DMSS制式的遙控器對碼使用，且可省去一個接收機（因為此搭配為非全程接收方式，所以只能用于500級以下的小型模型直升機）；還可配合具有X.BUS接口的全程接收機，在大型模型上使用（如RG 731 BX和RG 031BX接收機，圖4）。

2.安裝連接

以JR SYLPHIDE E12 EX FBL模型直升機為例（如果手中的同型模型直升機不是FBL版本，換裝JR FBL ROTOR HEAD 90 V2旋翼頭即可）。首先安裝TAGS MINI。特別提醒，必須按說明書要求的安裝方式固定TAGS MINI，否則無法正確進行之后的設置。確定好安裝位置后，用陀螺附帶的海綿雙面膠將TAGS MINI粘在陀螺安裝座上。日后如果要更換海綿雙面膠，建議用較薄的硬質海綿膠帶代替，盡量不用較厚的軟質海綿膠帶，否則會影響陀螺的性能（圖5-圖7）。

固定好陀螺后，接下來將它與接收機、舵機、電源等電子設備連接起來。仍按說明書要求，依次將AIL、ELE、PIT通道的3個傾斜盤舵機線插入TAGS MINI的指定接口。尾舵機和油門控制信號線則分別插入TAGS MINI的RUDD和THRO接口（圖8）。此外，接收機的X.BUS控制信號線在連接時要格外注意，它與TAGS MINI陀螺間必須用X.BUS適配器進行連接，否則無法正常工作（圖9）。

電源線可直接接入TAGS MINI陀螺或接收機的BATT端口。目前，市面上大部分接收機和舵機都支持高壓輸入（7.4-8.4V），可用2S鋰聚合物電池直連供電。但為了確保供電穩(wěn)定，保證三軸陀螺儀正常工作，最好使用BEC穩(wěn)壓電源模塊并配上后備電池（圖10）。這主要是因為，以往比賽中曾發(fā)生過由于電池電壓不穩(wěn)，而使三軸陀螺空中重啟導致墜機的事故。在此還提醒大家注意，在選擇BEC模塊時，要盡量選擇大品牌、質量有保證的產品。畢竟它屬于整個操縱系統(tǒng)的“心臟”，一旦出了問題，后果不堪設想。另外，不建議使用電調本身自帶的BEC輸出供電。如果電調在空中出現(xiàn)故障，獨立的BEC模塊仍能正常供電，至少可保證操縱系統(tǒng)繼續(xù)工作，操縱手還有機會控制模型完成熄火降落；而若用電調自帶的BEC供電，電調故障后就無法工作，哪怕神仙也“無力回天”。

3.基本設置

各項連接完成并檢查無誤后，就可以對TAGS MINI陀螺進行設置了。基本設置可分為以下3步：

（1）初始化設置

TAGS MINI的初始化設置相對比較簡單，主要包括斜盤舵機、尾舵機中立點的設置、校準及行程設定，只需嚴格按照說明書順序完成即可。在此有兩點需要注意：一是在校準之前要先確認舵機中立點，這一步非常重要！若設置不正確，會導致后續(xù)步驟無法進行。二是確認陀螺儀修正方向。在完成AIL、ELE、RUDD三軸修正方向設置后，要按照說明書中的圖示對陀螺儀的修正方向進行確認（圖11、圖12）。如果出錯要及時糾正，否則會發(fā)生飛行事故。

（2）遙控器設置

遙控器的設置比較簡單，只需按陀螺說明書完成AIL、ELE、RUDD的行程設置即可。其中需特別注意，TAGS MINI要求將模型的最大循環(huán)螺距設為±12°（具體設置方法可按圖13—圖15所示步驟進行）。如果某些模型無法達到該數(shù)值，在保證旋翼頭機械結構不發(fā)生干涉的情況下，應將循環(huán)螺距調整到最大。

行程設置完成后，還需對AIL、ELE、RUDD通道的感度進行設置，即三軸陀螺的3個感度。對于JR 8通道以下的遙控器（如XG 6），只有尾陀螺感度可通過遙控器中的GYRO菜單進行設置，其它兩個通道的感度要在TAGS MINI本體上進行設定，過程稍有些繁瑣。因此，建議大家使用8通道以上的遙控設備（如XG8/XG14等），這樣就能方便地在遙控器的GYRO菜單中調整3個通道的感度值（圖16）。

（3）飛行參數(shù)設置

完成了初始化設置和遙控器設置后，接下來要通過反復的飛行來調整飛行參數(shù)，具體包括TAGS MINI中的PID參數(shù)、飛行靈敏度、各種速率以及遙控器中的D/R、EXP等數(shù)值。

TAGS MINI的內部參數(shù)要通過PC端的GTUNE軟件進行調整，設置時只需使用專用連接線連接電腦即可（圖17）。不過這些數(shù)值的調整過程非常繁瑣，而且要求操作者具備相關的專業(yè)知識及豐富的飛行經驗才能很好地完成?？赡軓S商也考慮到這項設置的確難度較大，因此在JR官網(wǎng)提供了TAGS MINI針對幾款熱門機型的飛行參數(shù)。用戶可直接下載相應的數(shù)據(jù)，再通過數(shù)據(jù)線寫入陀螺即可。對于F3C愛好者來說，JR還非?！百N心”地提供了F3C世界冠軍伊藤寬規(guī)的飛行數(shù)據(jù)（使用機型為JR SYLPHIDE E12 EX，圖18、圖19）。

確定了基本飛行參數(shù)后，遙控器中D/R、EXP等數(shù)值可根據(jù)個人手感進行設置。對于F3C動作，一般按照如下數(shù)據(jù)進行設置（表1）。（未完待續(xù)）