Радиоуправление моделями
Радио, 1953, № 12
Радиоуправление с каждым годом находит все более широкое применение в авиамодельном спорте, а также в вождении моделей кораблей, управлении механизмами различных аппаратов, непосредственная связь с которыми невозможна, и т. д.
В настоящей статье приводится описание аппаратуры, применяемой для радиоуправления моделями самолётов. Эта же аппаратура может быть использована и для управления другими аппаратами.
СИСТЕМЫ РАДИОУПРАВЛЕНИЯ МОДЕЛЯМИ САМОЛЁТОВ
Простейшей является такая система, в которой управление производится только рулём поворота модели. В отсутствие сигнала руль находится в одном из крайних положений и модель, делая круги малого радиуса, снижается за счёт скольжения на крыло. При длительной передаче сигнала руль устанавливается в другое крайнее положение и модель, снижаясь, делает круги, но в противоположном направлении. В случае передачи коротких сигналов (длительностью 0,5-1 сек.) с паузами между ними, равными по продолжительности сигналам, руль непрерывно переходит из одного крайнего положения в другое и модель, не успевая вследствие своей инерционности реагировать на эти быстро чередующиеся отклонения руля, летит, набирая высоту, по прямой линии.
Изменяя соотношения между продолжительностью сигналов и пауз, можно достичь большого разнообразия маневров модели: заставлять её летать по прямой, по спирали, делать правые и левые развороты, круги, восьмёрки, снижаться, подниматься и т. д.
Для управления рулём поворота модели достаточно иметь простейшую радиоаппаратуру, которая содержит один передатчик и один приёмник. В случае же необходимости воздействовать на несколько механизмов модели приходится применять более сложные системы радиоуправления. Одной из подобных систем, получивших достаточно широкое распространение, является многоканальная, в которой применяется несколько передатчиков и приёмников, работающих на разных волнах. При этом каждый канал (комплект передатчик-приёмник) служит для воздействия на один из органов управления моделью.
Увеличение числа приёмников не сопровождается пропорциональным возрастанием веса аппаратуры, установленной на модели, так как для них используются общие источники питания. Однако практика показала, что количество приёмников не должно превышать трёх. В противном случае аппаратура становится слишком громоздкой, источники питания перегружаются, наконец, нарушается чёткость работы системы из-за близости волн соседних каналов.
Более совершенными являются системы, в которых для управления несколькими механизмами модели используется один приёмник. Принцип действия их может быть различен.
Рис. 1. Скелетная схема радиоуправления для выполнения нескольких команд: Пер - передатчик; Кл - ключ; Пр - приёмник; ЭМ - электромагнит; ЗК - зубчатое колесо; П - переключатель
На рис. 1 приведена скелетная схема системы, в которой включение того или иного механизма модели определяется числом переданных импульсов. Здесь принятые установленным на модели приёмником короткие импульсы воздействуют на электромагнит ЭМ, поворачивающий зубчатое колесо ЗК. Последнее связано с переключателем П, включающим тот или иной исполнительный механизм. Для того чтобы предотвратить срабатывание механизмов модели, соединённых с промежуточными контактами переключателя П, на то время, в течение которого ползунок переключателя скользит по этим контактам, особое приспособление, так называемое реле времени, задерживает включение батарей в цепь исполнительных механизмов.
Вместо реле времени в рассмотренной системе можно применять второй канал, состоящий из отдельного передатчика и отдельного приёмника, контакты реле которого включаются в общую цепь питания исполнительных механизмов модели. В этом случае первый канал используется для того, чтобы привести органы управления моделью в состояние готовности, а второй - для посылки исполнительного сигнала.
Рис. 2. Скелетная схема системы управления с фильтрами звуковых частот: Пр - приёмник; Ф1, Ф2, Ф3, Ф4 и Ф5 - низкочастотные фильтры; РЛ1, РЛ2, РЛ3, РЛ4, РЛ5 - ламповые реле; Р1, Р2, Р3, Р4, Р5 - электромагнитные реле; Пер - передатчик; М - модулятор; Кн1, Кн2, Кн3, Кн4 и Кн5 - кнопочные выключатели
Наибольшее число различных видов управления можно получить, если для целей радиоуправления использовать модулированные колебания. В такой системе (рис. 2) колебания, генерируемые передатчиком, модулируются различными звуковыми частотами (по числу включаемых механизмов), причём для включения каждого из исполнительных механизмов имеется своя модулирующая частота. В приёмнике Пр, установленном на модели, выделенные в результате детектирования напряжения этих частот разделяются с помощью специальных фильтров (Ф1...Ф5), после чего поступают на ламповые реле (РЛ1... РЛ5) На выходе ламповых реле включены электромагнитные реле Р1... Р5, которые включают соответствующие исполнительные механизмы.
Остановимся более подробно на аппаратуре для простейшей одноканальной системы управления.
Рис. 3. Принципиальная схема приёмника
Приёмник, устанавливаемый на модели, собран на двух лампах типа 2П1П (рис. 3). Его первая лампа (Л1) используется как сверхрегенеративный усилитель высокой частоты, вторая (Л2) работает в режиме сеточного детектирования. Колебательный контур L1L2C1C2 сверхрегенератора с помощью подстроечного конденсатора С1 настраивается на частоту колебаний, генерируемых передатчиком системы радиоуправления.
Прерывающее напряжение генерируется также лампой Л1. В этом случае колебательный контур является сложным: в него, кроме упомянутых выше катушек L1, L2 и конденсаторов С1, С2 входят также катушки L3, L4 и конденсатор С3. Частота прерывающего напряжения определяется в основном индуктивностью катушек L3 и L4 и суммарной ёмкостью конденсаторов C1 и С2.
При нажатии на ключ передатчика, что соответствует посылке сигнала, высокочастотное напряжение, поступающее через конденсатор С4 с контура сверхрегенератора на управляющую сетку лампы Л2, возрастает и анодный ток лампы резко снижается (примерно с 2,5 до 0,5 мА). В результате этого срабатывает реле Р, включённое в анодную цепь лампы Л2.
Рис. 4. Каркас для катушек
Чувствительность приёмника составляет около 40 мкВ, рабочий диапазон частот - 85...87 мГц.
Контурные катушки L1 и L2 бескаркасные. Каждая из них имеет внутренний диаметр 14 мм и содержит по три витка голого медного провода диаметром 1,5 мм. Расстояние между катушками 4 мм; намотаны они в одну сторону.
Катушки прерывающей частоты L3 и L4 намотаны проводом ПЭЛ-1 0,1 на каркасе (рис. 4) из органического стекла или любого другого диэлектрического материала, например целлулоида. В одной из секций размещается катушка L3, содержащая 900 витков, а в другой - катушка которая имеет 700 витков. Обе катушки наматываются в одном направлении.
Дроссель высокой частоты Др намотан проводом ПЭШО 0,15 на бумажном каркасе диаметром 6 мм и длиной 20 мм, пропитанном аэролаком. Число витков дросселя - около 50.
Приёмник монтируется на текстолитовой или гетинаксовой плоской панели толщиной 1,5-2,5 мм. Его можно смонтировать также и на панели из органического стекла толщиной 2-4 мм. Размеры панелей и расположение деталей на ней показаны на рис. 5.
Рис. 5. Монтажная схема приёмника
Монтаж следует начинать с установки ламповых панелей, переменного сопротивления и подстроечного конденсатора. К ним в дальнейшем крепятся и остальные детали. Ламповые панели, а также подстроечный конденсатор необходимо укреплять на панели с помощью винтов. Для этого в соответствующих местах просверливаются отверстия и нарезается резьба.
Конденсатор С2 припаивается к внутренним концам катушек L1 и L2. Затем соединённые этим конденсатором в одно целое контурные катушки крепятся на панели. Для этого в последней просверливаются отверстия и в них пропускаются концы этих катушек. После установки катушек для повышения прочности можно залить зазор в отверстиях канифолью. К выведенным с противоположной стороны панели концам катушек припаивается подстроечный конденсатор С1.
Внешний конец катушки L3 присоединяется к катушке L1, внутренний - к месту соединения конденсатора С3 и сопротивления R3. Внешний конец катушки L4 присоединяется к сопротивлению R1, внутренний - к катушке L2.
Для проверки работы приёмника в анодную цепь лампы Л2 включают миллиамперметр со шкалой на 5 мА. Вместо реле на это время можно включить сопротивление в 2000 Ом. Если приёмник смонтирован правильно, то при медленном вращении ручки переменного сопротивления R1 показания миллиамперметра будут плавно изменяться в пределах от 0,5 до 2,5 мА. Затем, изменяя ёмкость конденсатора С1, следует настроить приёмник на частоту колебаний, генерируемых передатчиком. При точной настройке показания миллиамперметра должны уменьшаться до 0,5 мА.
Рис. 6. Общий вид приёмника
Настроить приёмник на заданную волну можно и с помощью резонансного волномера, который связывается с контуром сверхрегенеративного усилителя ультравысокой частоты; при точной настройке показания миллиамперметра увеличиваются до 2,5 мА.
Наладив приёмник, следует установить на панели четыре петельки для крепления приёмника на модели и затем всю нижнюю часть панели закрыть футляром, склеенным или выдавленным из целлулоида (рис. 6). На модели приёмник укрепляется с помощью резиновых амортизаторов - четырёх колечек из резиновой нити сечением 1х4 мм.
Вес приёмника без реле 100 г. Для его питания применяются батареи от слухового аппарата "Звук" НС-СА и ГБ-СА-45, общий вес которых составляет 370 г.
В качестве первичного реле Р можно использовать любое готовое или самодельное высокочувствительное реле, срабатывающее при токе в 0,2-0,3 мА.
Рис. 7. Общий вид реле и его детали: 1 - кронштейн; 2 - магнитопровод; 3 - якорь; 4 - пружина с плоским контактом; 5 - изоляторы; 6 - изоляционная пластина для крепления выводов от контактов и катушек; 7 - болты крепления изоляторов; 8 - катушки; 9 - медный упор; 10 - плоская пружинка с выпуклым контактом; 11- крепёжный винт; 12 - прижимная скоба; 13 - возвратная пружина; 14 - регулировочный винт; 15 - заклёпки
Устройство самодельного реле и чертежи отдельных его деталей приведены на рис. 7. Кронштейн 1 изготовлен из листового дюралюминия толщиной 1 мм. Магнитопровод 2, являющийся одновременно сердечником для катушек 8, выполнен из мягкой листовой стали толщиной 1,5 мм и скреплён с кронштейном посредством двух медных заклёпок 15. Якорь 3 сделан из мягкой листовой стали толщиной 1 мм.
Пружинная скоба 12, удерживающая якорь 3 на левом (по чертежу) конце магнитопровода 2, изготовлена из фосфористой бронзы - волоска от баланса будильника. Возвратная пружина 13 сделана из того же материала. Натяжение возвратной пружины регулируется винтом 14. Выпуклый контакт контактной системы приклёпан к плоской пружине 10, припаянной к якорю Другой контакт - плоский, он приклёпан к пружине 4, изолированной от корпуса посредством двух изоляторов 5. Последние изготовляются из листового текстолита или гетинакса толщиной 1 мм и крепятся к кронштейну винтами 7, В реле использованы катушки от головных телефонов, каждая из которых содержит по 3200 витков провода ПЭЛ-1 0,05 и имеет сопротивление 1000 Ом. Катушки соединены последовательно.
При изготовлении и регулировке реле особое внимание следует обратить на то, чтобы якорь не имел боковой качки на магнитопроводе и чтобы зазор между магнитопроводом и якорем был равномерен по всей ширине последнего и не превышал 0,2 мм.
Очень большое влияние на чувствительность и устойчивость работы реле оказывает степень нажима прижимной скобы 12 на якорь. Это усилие должно быть минимальным и одинаковым в обеих точках соприкосновения скобы с якорем.
Реле крепится к панели приёмника винтом. Возможна также установка реле и отдельно от приёмника.
Рис. 8. Общий вид исполнительного электромагнита: 1 - сердечник; 2 - катушки; 3 - магнитопровод; 4 - якорь; 5 - гибкая соединительная пластина (латунь 0,3 мм); 6 - рычаг
В качестве исполнительного механизма может быть применён электромагнит, работающий от батареи карманного фонаря. Конструкция одного из возможных вариантов такого электромагнита показана на рис. 8. Каждая из его катушек содержит 1000 витков провода ПЭЛ-1 0,25. Катушки соединены последовательно.
Соединение электромагнита с рулём поворота производится при помощи жёсткой тяги 6. При притяжении якоря магнита руль отклоняется обычно вправо. Обратное движение руля осуществляется спиральной пружиной, натяжение которой подбирается практически во время регулировочных полётов.
Располагать аппаратуру на модели следует так, чтобы доступ ко всем её агрегатам был лёгким. Контрольный прибор желательно также установить на модели, хотя он служит только для регулировки и настройки приёмника. Наличие прибора позволяет всё время контролировать режим работы приёмника и тем самым избежать возможных отказов в работе аппаратуры.
Рис. 9. Схема передатчика
Антенна протягивается вдоль одной половины крыла и заворачивается к хвостовой части фюзеляжа. Такая форма антенны уменьшает её направленные свойства. Длина антенны подбирается практически: при наивыгоднейшей длине (около 1,5 м) подключение её к приёмнику вызывает минимальные изменения в показаниях контрольного прибора.
Передатчик собран по простейшей схеме с самовозбуждением (рис. 9) и работает на лампе СО-243 или 1Н3С в диапазоне частот от 85 до 87 мГц.
Контурная катушка L1 бескаркасная. Она изготовлена из медного провода диаметром 3 мм, состоит из трёх витков и имеет внутренний диаметр 30 мм. Шаг намотки 6 мм. Антенная катушка L2 с внутренним диаметром 30 мм содержит два витка такого же провода, что и катушка L1. Расстояние между катушками равно 6 мм. Дроссели Др1 и Др2 имеют такие же данные, как и в приёмнике. Ключ Кл может быть любой конструкции. Настройка передатчика производится изменением расстояния между витками катушки L1. Если индуктивность катушки L1 окажется мала, то параллельно к ней подключается конденсатор С1 ёмкостью в 2-8 пф.
Антенна передатчика состоит из двух одинаковых по длине медных проводов (лучей) диаметром 2 мм. Длина каждого провода около 700 мм. Первоначально они делаются несколько длиннее, а затем наивыгоднейшая длина подбирается практически, путём постепенного их укорочения. При правильно подобранной длине лучей подключение антенны не должно изменять настройку передатчика.
Описанная выше аппаратура радиоуправления прошла длительные испытания (с 1951 по 1953 год) и показала очень высокие результаты. За летающие модели с приёмниками, собранными по данной схеме, был присуждён приз имени A. С. Попова на всесоюзных соревнованиях авиамоделистов в 1951 году Ю. Соколову (Москва) и в 1952 и 1953 годах т. Лосеву (Харьков).
Звание чемпиона 1952 года по авиамодельному спорту по радиоуправляемым моделям было присуждено П. Величковскому, выступавшему с моделью, приёмники для которой были собраны по такой же схеме.
С этой моделью П. Величковский установил три мировых рекорда.
С. Малик, г. Москва.