航空模型的普及知识大全十六（直升机篇）

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陀螺效应     这是一个很奇妙的物理现象，，一个转动的物体，当在某一点施力，施力的效果会出现在沿转动方向 90 度的地方出现，而且转动的物体会有保持原来状态，抗拒外来力量的倾向，也就是转动中物体的轴心会极力保持在原来所指的方向。像枪管中的tang线使***高速旋转以保持直进性就是运用陀螺效应，直升机高速旋转的主旋翼同样的也会有陀螺效应产生，控制方式也必须考虑这种力效应延後 90 度出现的陀螺效应。   
    陀螺仪的功用
    直升机飞行的基本原理是利用主旋翼可变角度产生反向推力而上升，但对机身会产生扭力作用，于是需要加设一个尾旋翼来抵消扭力，平衡机身，但怎样使尾旋翼利用合适的角度，来平衡机身呢？这就用到陀螺仪了，它可以根据机身的摆动多少，自动作出补偿讯号给伺服器，去改变尾旋翼角度，产生推力平衡机身。以前，模型直升机是没有陀螺仪的，油门、主旋翼角度和尾旋翼角度很难配合，起动后便尽快往上空飞(因为飞行时较易控制)，如要悬停就要控制杆***灵敏的动作，所以很容易撞毁，现在已有多中直升机模型使用的陀螺仪，分别有机械式、电子式 、电子自动锁定式。
    直升机的抬头现象
    当直升机***前进时，旋翼一偏离 6 点和 12 点钟方向时，两支旋翼对空气速度就会不一样，而在 3 点和 9 点钟方向产生最大速度差，假设旋翼翼端转速 300km/h，机体前进速度 100km/h 时，以 R/C 直升机顺时钟方向转动的旋翼来讲，3 点钟方向对空气速度200km/h ( 後退旋翼 )，9 点钟方向对空气速度 400km/h（前进旋翼 )，产生 3 点和 9 点钟方向的升力差，因陀螺效应的关系，力效应发生在 6 点和 12 点钟方向产生抬头现象，此种抬头现象不论主旋翼是顺时针或逆时针转动皆会发生。
    翼端速度与离心力
    直升机靠著主旋翼高速回转时所产生的离心力来悬住机体。离心力是水平方向的力而机体重力是垂直方向的力，实№飞行时两者几乎呈 90 度，所以直升机飞行时其主旋翼所产生的速度和离心力是非常大的。
    在这里有一个公式可算出翼端速度和离心力:
    翼端速度：
    V = 2 * 圆周率 * R * 60 * RPM
    V = 旋翼翼端速度(公尺/小时)
    圆周率 = 3.14(大约值)
    R = 旋翼头中心到翼端距离(公尺)
    RPM = 旋翼每分钟转速
    以30级来算
    停悬 1500 RPM 翼端速度= 2 * 3.14 * 0.625 * 60 * 1500 = 353km/h
    上空 1800 RPM 翼端速度= 2 * 3.14 * 0.625 * 60 * 1800 = 424km/h
    速度够吓人吧 !
    离心力：
    F = W * R * ( 2 * 圆周率 * RPM / 60 )* ( 2 * 圆周率 * RPM / 60 ) / G
    F = 离心力,也就是单边旋翼头承受的拉力 (公斤)
    W = 旋翼重量 (公斤)
    R = 旋翼头中心到旋翼重心距离 (公尺)
    G = 重力加速度 ( 9.8 公尺/ 秒 平方)
    以30及来算
    停悬1500 RPM 离心力=0.1 * 0.355 *(2*3.14*1500/60)的平方/9.8 = 89 公斤
    上空1800 RPM 离心力=0.1 * 0.355 *(2*3.14*1800/60)的平方/9.8 =129公斤
    可见旋翼头要承受多大的拉力
    以上只是30级的数据,60级的数据更大
    地面效应
    当直升机接近地面时会产生地面效应，直升机离地滞空时，旋翼把空气向下抽，因此旋翼和地面之间的空气密度变大，形成气垫效果，浮力会变佳，离地越近，效果越佳，但是因为空气被压缩，无处逸散而产生乱流，导致停悬的不稳定，所以R/C直升机在接近地面时会呈现不稳定现象而比较难控制，产生这种气垫效果的高度大约是旋翼面直径的一半左右。
    反扭力
    高速转动的主旋翼，有一定的速度和质量，除了会产生陀螺效应外，更有反扭力的产生，尾旋翼主要的功用就是平衡反扭力使机身不自转，但现在的 R/C 直升机均采用可变攻角形态，油门的加减，攻角的变化 ...等因素使得反扭力千变万化，尾旋翼产生的平衡力也要跟著***变化，以保持机身的稳定，现在的 R/C 直升机采用各种的措施来平衡瞬息万变的反扭力。直升机的反扭力可分成两种：静转距和动转距。两者的特性不同所采用的平衡方法也不同。
    1.静转距
    静转距和旋翼攻角，旋翼转数有关，两者的大小都会对静转距造成影响，而且静转距是随著旋翼攻角，旋翼转数的产生而持续存在的。旋翼 +9 度 1800rpm 和 +9 度 1500rpm的静转距不同。而 +9 度 1800rpm 和 +5度 1800rpm的静转距也不同。当操作直升机上升下降时， 旋翼攻角，旋翼转数都不断的在变化， 静转距的大小也不断的在变化。所以必须不断的变化尾旋翼攻角来矫正。静转距以尾旋翼连动 Revolution Mixing(也叫做 ATS )来矫正，在较高级的遥控器上都拥有多段式的 ATS，以因应不同的攻角，油门曲线组合。
    2.动转距
    顾名思义，动转距是"动了"才会产生的转距。直升机从停悬加油门到最高速的"过程"中，动转距就会产生，动转距的大小决定在加速过程的快慢，停悬加油门到最高速花 2 秒钟比花 4 秒钟所产生的动转距大，一但到达最高速时，动转距就消失了。
    以力学来讲，如静转距是因速度而产生，那动转距就是因加速度而产生，克服动转距以 ACC ( Acceleration Mixing ) 或陀螺仪来矫正，ACC是早期陀螺仪不普及时代的产物，是一种主动式的矫正方式，预先在发射机设定连动值，但因影响动转距的因素实在太多，难以预先设定一个适当的矫正值，在陀螺仪普及後就没人使用了。现今有些遥控器仍保留此项功能，使用陀螺仪时必须关闭 ACC，否则陀螺仪和 ACC两种修正系统会相冲突，导致不正常的修正。
    陀螺仪虽然是一种被动式的修正方式，但是总比人工修正快多了。而陀螺仪的优劣也是决定在反应速度，一般机械式陀螺仪的反应速度大约 70 ms，压电式陀螺仪大约 10ms，普通伺服机转 60 度　要 200ms ，好一点的伺服机约 100ms ，所以使用压电陀螺仪时，　使用高速伺服机才能发挥压电式陀螺仪的功效。