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童心童趣的遥控版愤怒小鸟

2017-05-09

航空模型 2016年10期
关键词:机头舵机扇动翅膀

动画电影《愤怒的小鸟》播出后(图1、图2),俄罗斯、德国、美国、台湾等国家和地区的航模爱好者纷纷发挥想象力和创造力,设计了手掷飞行的愤怒小鸟模型、遥控版愤怒小鸟,继而升级为会拍打翅膀的遥控版愤怒小鸟。

他们不仅毫无保留地将模型的结构和制作过程公布在网络上,还与同好一道组织了愤怒小鸟特技飞行赛(图3)。在比赛视频里,遥控版愤怒小鸟模型像鸟儿一样扇动翅膀飞行(图4-图6),形象逼真有趣,不时地还会做一些特技动作,吸引着各年龄段观众的注意力。

这款遥控版愤怒小鸟非常适合在校园操场等小场地操纵飞行,又因动力桨安放在模型中间,即使坠机也不太可能伤人,安全可靠。下面就重点介绍这款能扇动翅膀的遥控版愤怒小鸟模型的制作方法。

模型图纸

国外模友将遥控版愤怒小鸟的图纸放在了网上(图7、图8)。模型使用了2204无刷电机(KV值1 900)、12A电调、450mAh/2S锂电池和3个4.3g舵机。结合飞行视频,笔者推断操纵手主要是通过螺旋桨附近的舵机“十”字摇臂和与之相连的杆控制小鸟翼尖扇动,并靠HXT-500连接器让油门杆同时控制电机转速和翅膀的动作频率。

性能数据

在国外模友提供图纸的基础上,笔者升级制作了一款愤怒小鸟。模型的动力系统包括银燕GT2203无刷电机(KV值1 560、工作电流6.8A)、GWS 8×4.3螺旋桨、银燕ESC 12A电调、TP20-500-2锂电池(39g),可提供310g拉力。其上装有3个4.1g舵机,用于操纵飞行。

模型可用EPP板材、D板、KT板等材料制作。

其性能数据如右表。

制作过程

制作时,先将网上下载的图纸原图插入CAD界面,然后参照螺旋桨槽尺寸20mm×200mm的比例放大样,利用CAD画出1:1样板。由于笔者制作的模型采用了8英寸的螺旋桨,其实际长度为203.2mm,因此把螺旋桨槽的尺寸改为20mm×210mm。为方便制作,还用A4纸打印了一份参考图纸。接下来将愤怒小鸟的机身和机翼图纸排列在一个尺寸525mm×900mm的平面内,得到一张模型零部件的样板切割图(图9)。最后取一张类似卡片纸的厚纸,用激光切割机切出所有零部件的厚纸样板。

为顺利整齐地分离出全部零部件,笔者使用了30°刀尖的美工刀片辅助切割(图10)。这种美工刀片切得又深又透,且易于切除转弯处的圆弧。在从KT板中分离出模型零部件的过程中,如果发现切割口有毛刺,说明刀片不够锋利,可用钳子把不锋利的刀片掰掉。

笔者直接选取蓝色KT板进行激光切割,省去了彩色喷绘的工序(图11-图13)。因为“鸟嘴”部分是黄色,“鸟腿”是白色,所以还要做进一步处理。操作时先分割出这部分零件并轻轻撕下KT板的蓝色覆膜,然后用泡沫快干胶在其上粘贴黄色或白色KT板覆膜。

得到机翼、机身零部件后,还需根据银燕ES9051舵机的实际大小在机翼和机身中段切出舵机安装槽。其中紧靠机身中心线的舵机用于模型扇动翅膀,位于中心线偏下位置的舵机用于操纵垂直尾翼。

组装时,先将两片机头同时对准在机身上的安装位,用泡沫快干胶粘接(图14)。然后把0.5mm厚、5mm×340mm的碳纤片粘在机翼后段前缘,用914胶粘接、透明纸胶带暂时固定(图15)。待914胶固化后,揭掉透明胶纸带,将机翼后段倾斜着插入螺旋桨槽,转至水平方向后横着插进桨槽后机身中心线位置预留的长槽里(图16),用914胶粘牢。再将机翼后段与两片机头对齐,用泡沫快干胶粘接,同时加固其与机身的连接。

在粘接过程中,如果不小心用多了914胶,可用湿布擦拭干净,泡沫快干胶则可用酒精或其他溶剂去除。接下来将“眼睛”和“眉毛”粘接在机身对应位置,其中“眼珠”、“尾羽”用丙烯颜料涂上黑色。再用透明纸胶带或带网丝的胶带把左右翼尖、副翼、升降舵和方向舵一一连接。为增加模型刚度,笔者在机身和机翼间加了4根互相垂直、直径2mm的碳纤棒,用作整体支撑(图17)。模型的“鸟脚”其实是与机身粘合的两块KT板,脚底各粘有一个耐磨的木片,并用丙烯颜料涂成黑色。至此,机体的组装工作完毕。

组装好机体后,开始安装模型的电动动力系统。由于银燕GT2203无刷电机的最大直径33mm、厚19.5mm,因此用1块直径38mm的五层板结合泡沫塑料做了电机座,并用三角剖面的輕木条加强机头接合处(图18-图20)。小鸟的“眼眉”和机头间加1根直径2mm的碳纤杆作为斜支撑(图21),安装时注意不能碰到螺旋桨的旋转面。

动力系统中的电调和导线均用直径2.5mm、长120mm的尼龙扎带固定,锂电池则用钢丝钩和橡筋圈固定在机头上(图22、图23)。锂电池固定件的制作方法是:先取1段直径1mm、长67mm的钢丝,用什锦锉把两端修成圆头。然后在距两端钢丝头18mm的地方各取一点,以其为折点将钢丝两头同向弯折90°。在机头用三角轻木条加强靠近KT板和锂电池安装位的地方,用直径1mm钻头打两个相距31mm的通孔,将做好的钢丝件两头分别穿过KT板,再各自向外弯成带30°角的钩子。最后把锂电池放在安装位,将橡皮筋挂在钢丝钩上,多次缠绕紧固电池(图24)。

模型上还需安装方向舵、升降舵舵机,以及接收机天线。在安装、粘接舵机前,注意让每个舵机的摇臂都处于回中位置。舵机与操纵面间通过直径2mm的碳纤杆和直径1mm的钢丝弯钩连接。接收机天线用泡沫快干胶粘在“眼睛”旁(图25、图26)。

扇动翅膀的控制系统

愤怒小鸟之所以能在飞行中不停地扇动翅膀,关键在于其控制系统。国外爱好者不仅用单片机做出了扇动翅膀的专门控制电路,而且让油门和控制翅膀扇动的舵机实现了联动:随着油门由小变大,小鸟扇动翅膀的频率也由慢变快。

德国模型爱好者制作了一款扇动翅膀控制器,输入端引入了接收机油门通道,输出端有两个接口,分别引入电调和扇动翅膀用的舵机。在愤怒小鸟控制器电路图中(图27),TINY45单片机的程序需自行写入。

不会写程序的普通爱好者也无需忧虑,在此推荐一种用舵机测试器来实现扇动翅膀的控制方式(图28、图29)。这里用到的舵机测试器花几元钱就能买到,将其外包装去掉后固定在机腹,电源插头则接在接收机或任意一个闲置通道上(图30)。如果用的是四通道接收机,可从1个舵机插头上另引出±5V电源,再接在舵机测试器上。

调试时,先按模式选择键的微动开关第一档(手动模式),调节电位器旋钮,直到模型的翼尖有一定上反角(图31)。这一步操作可增加模型试飞时的横侧向稳定性。再按微动开关第二档(中位模式),让舵机摇臂回到中立位置(图32)。最后按微动开关第三档(自动模式),模型就开始扇动翅膀了(图33)。

试飞和调整

为保证飞行稳定,模型的设计重心比较靠前,约在距螺旋桨槽20mm处,靠近机头。完成总装后,由于模型的重心大多偏后,因此还需在机尾处减重或在机头处加配重铅。

因为模型采用了平板机翼,需要具有一定迎角才能产生升力,所以在飞行前调整升降副翼时应带一些舵。具体方法是,先用签字笔沿机翼底面在机身上划1条直线,然后调整升降舵连杆的长短,使升降副翼后缘向上翘5-6mm。

遥控设备的设置

初学者设置遥控设备时,先把舵机测试器拨到第一档,并调节电位器旋钮,让模型左右机翼呈15°上反角。然后将方向舵舵机插入接收机的通道一,并左右拨动遥控器的右手操纵杆,控制方向舵的摆动幅度。接着将左右升降副翼的两个舵机用三通插头连接,插入接收机的通道四,并前后拨动遥控器的左手操纵杆,控制升降副翼的摆动幅度。

如果想做特技飞行,遥控设备的设置方法是:将左右升降副翼的两个舵机用三通插头连接,插入接收机的通道一,并打开遥控器,按“高级设置-三角翼混控-混控‘開”的顺序,让升降舵与副翼形成联动;左右拨动遥控器的右手操纵杆,观察副翼的偏转幅度能否满足“盘旋”、“横滚”等特技飞行动作的要求;前后拨动遥控器的左手操纵杆,观察模型能否做出“上升”、“下降”、“筋斗”等动作;用遥控器接通舵机测试器的第三档,愤怒小鸟便会自动扇动翅膀。

由于新模型制作完成后,容易出现不对称、不平衡的现象,因此建议在初次试飞时采用第一种遥控设备设置方式,舵面操纵幅度不宜过大,最好限制在总幅度的50%以内。模型的飞行速度由油门控制。经调试飞行一切正常后,操纵手便可在练习特技飞行时逐步增大各个舵面的舵角。

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