Modellhelikopterns Rotorhuvud
Paddelstång eller Flybar (engelsk benämning).
Är för många utövare den där D….la stången som bara kroknar, oftast är kunskapen om dess funktion mycket liten. Den funktionen som kan förväntas i en modellhelikoptern, ska jag försöka att beskriva på ett populärvetenskapligt sätt, med förhoppning om att alla ska förstå principen och den möjlighet till förändring av helikopterns egenskaper som paddelstången erbjuder.
Paddelstången är ju inte på något sätt ansvarig för själva lyftkraften i helikoptern, i stället susar den omkring med en funktion närmast att jämföra med ett gyroskåp, som kan styras med hjälp av den cykliska kontrollen. I många år har våra tillverkare flyttat omkring stången, både under och över rotorbladscentrum, funktionen har på inget radikalt sätt förändras på grund av just detta.
Funktion kan i stället ses, lite enkelt uttryck som ett servo/dämpare mellan våra servo och rotorblad. Om vi skulle försöka att utelämna eller ta bort paddelstången helt, då vore helikoptern i stort helt ostyrbar. Detta p.g.a. av att bladens reaktion på det cykliska utslaget skulle ske blixtsnabbt, långt snabbare än vi människor reagerar.
Med hjälp av paddelstången kan vi förändra helikopterns egenskaper på ett ibland dramatiskt sätt, men först över till paddelstångens funktionen. I ett Bell-Hillersystem som är grunden till att vi kan flyga en modellhelikopter.
Paddelstången
Bild 1 Paddelstången och paddlar i ett rotorhuvud
Flybar är oftast tillverkad i 3 – 4 mm rundstål, (silverstål). Varje ände avslutas med en gänga och med vad vi i vanligt tal kallar paddlar (paddle). Paddlarna är aerodynamiskt utformade och finns oftast i olika vikter med olika stora ytor. Paddelstången är utformad för att kunna vrida sig runt sin egen axel, denna rörelse på verkas av servona. Men den kan också vicka/pendla åt båda hållen i det vertikala planet, detta är paddelstångens styrutslag till rotorbladen.
Cyclic control.
Paddlarnas anfallsvinkel ( både positiv och negativ anfallsvinkel förekommer) kontrolleras av de servo som sköter den cykliska kontrollen, i vårt fall höjd och skevservo.
Den stora skillnaden mellan ett rent Hiller system (Hillersystem utan kollektiv pitch) och ett Bell/Hillersystem är det av servot begärda utslaget direkt påverkar bladen i ett Hillersystem, medan i ett Bell/Hillersystem sker en utjämning av det cykliska utslaget i de övre mixerarmarna i rotorhuvudet, där både cyclic pitch och kollektiv pitch möts.
En del av det cykliska utslaget påverkar direkt bladen, en del mixas in med hjälp av paddelstången i ett Bell/Hillersystem.
Skulle huvudrotorn försöka att ta över i kontrollsystemet, sker omedelbart en kompensation från paddelstången som genom den reducerade cykliska kontrollen återställer funktionen.
Denna självstablicerande funktion är ytterligare en av fördelarna med systemet. Den största fördelen med ett Bell/Hillersystem är, möjligheten att justera in helikoptern, för att kunna passa en nybörjare, men också för att anpassas till den mycket avancerade piloten.
Detta innebär att för nybörjaren är ganska tunga paddlar att föredra, däremot kräver den avancerade piloten snabba och mer direkta utslag. Justeringen av det cykliska utslaget sker dels genom en förflyttning av kul-linkens placering i de yttre eller inre hålen i den övre mixerarmen och dels genom att en del framsynta tillverkare, har i swashplattan två olika längder på två av de i skruvade kontrollinkarna för att just kunna justera det cykliska utslaget. Det finns då en möjlighet att välja utslags storlek, på pitch eller Cyklisk pitch (TSK).
Funktionen:
Just nu lämnar vi alla krafter så som centrifugalkrafter, tyngdkrafter mm, åt sidan. Tittar in i rotorhuvet och ser vad som sker, vid ett utslag av cyclic pitch, riktning på helikoptern är en tänkt riktning framåt. Vi använder klockan som referens, där klockan 12 representerar nosen på helikoptern. Nu för vi fram spaken mot dyk ( eller framåt). Redan när den första paddel passerar kl 12 börjar den att öka sin anfallsvinkel (positivt), bladen som indirekt styrs av paddelstången kommer därför att också öka sin anfallsvinkel men först ett kvarts varv senare. Klockan 3 kommer paddelstången att ha nått sitt maximala utslag, för att vid klockan 18 vara neutral igen, samma förlopp utspelas med den andra paddelstången, dock med den skillnaden att när den ena är positiv är den andra negativ. Vad som sker är att paddel genom sin anfallsvinkel mot luften tvingar rotorbladen att ändra anfallsvinkel momentant under varvet, två komponenter finns med, dels centrifugalkraften dels den exponerade ytan mot luften. Detta sker varv efter varv. Med ett lika stort utslag på rotorbladen som på paddelstångens utslag i grader, direkt överfört till rotorbladen.
Krafterna:
Två olika krafter förutom den rent mekaniska friktionen måste tas med i förloppet. Centrifugalkraften är en ganska betydelsefull komponent, ju högre vikt i ett roterande förlopp, ju mer gyroverkan får vi. Det är ingen tillfällighet att helikopter för nybörjare oftast har tunga paddlar, detta för att tröga upp just den cyclicska pitch’en. Paddelstångens upp och nedåtgående rörelse i vertikalplanet är ju grunden för styrningen, ju större massa, ju mer stabilitet. Den exponerade ytan och dess placering i förhållande till rotorcentrum, är nästa variabel att ta hänsyn till. Ju större yta vi har på paddlarna, ju lättare bringas paddelstången ur sitt jämviktsläge och större utslag påverkar bladen.
Mått och vikter:
Paddelstångens längd är en viktig faktor att kunna justera med, ju längre paddelstång desto snabbare respons vid styrutslag. Orsak större hävarm
Ökning av ytan på paddel, snabbar upp styrsvaret. Orsak mer roderverkan
Ökning av paddels vikt, minskar styrsvaret. Orsak centrifugalkraften ökar
Ökning av rotorvarvet ökar styrsvaret, även om centrifugalkraften ökar. Orsak centrifugalkraften är underordnad normala paddlars reaktion mot ett ökande utslag.
Under flygning: Normalt är inte paddelstången ställd med noll pitch. I en framåtgående flygning lutar helikopterns nos normalt något nedåt, vilket innebär att paddelstången har en negativ anfallsvinkel mot den inkommande luften, ett visst tryck snett bakåt sker. Den framåtgående paddel (
den som går mot vinden) möter en högre lufthastighet, den andra paddeln möter en mindre lufthastighet. Detta resulterar precis som i rotorhuvudet, att paddels anfallsvinkel minskar i den framåtgående paddel och tvärt emot ökar i den bakåt gående. Funnes inte denna utjämnande effekt skulle helikoptern öka riktningen och dyka rakt ner i marken.
Praktiska fördelar:
Någon har sagt någon gång, att en helikopter består av två ”olika rotorer en i fram och en i bak”.
Vad är det för märkligt med det ?
Fast detta påstående verkar märkligt så måste man kanske tillstå att till viss del är detta rätt.
Det är ju inte så mycket vi kan ändra på, men vad vi däremot kan göra är att anpassa vår helikopter efter den flygstil vi föredrar och efter den förutsättning vi har vad beträffar flygskicklighet.
Det kanske första som slår oss är att en ganska komplex situation uppstår, om vi tänker oss följande förlopp. Full pitch rätt upp, direkt på med full pitch framåt.
I vilken anfallsvinkel arbetar det bakre bladet?
Låt oss leka med tanken en kort stund, full pitch + 9 grader full fart framåt + 9 grader = en total anfallsvinkel på ca 18 grader på det bakre bladet.
Vi vet också att lite beroende på bladets profil så stallar (Producerar ingen lyftkraft) ett rotorblad vid ca 12 grader, därefter övergår bladet till att bromsa i stället för att lyfta.
Inte konstigt att motorn börjar gå lite tungt!
Med utgångspunkt från ovanstående exempel, så tror jag att de flesta förstår vikten av den cykliska utslagen och även möjligheten att rätt kunna anpassa paddelstången till den
funktion vi vill ha.
Istället för att bara se sig blind på olika rotorblad, profiler mm, är det kanske i avstämningen av paddelstången som de flesta intrimningarna av helikoptern kan ske.
Lycka till med den där D..la stången.
Arne Nohlberg 1999 10 18
