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12 oct. 2008

Como funcionan los Giros en los Helicópteros Rc

Al comenzar en esta parte del hobby tuve muchas dudas sobre el funcionamiento de los giros en los helicópteros RC, tras una intensa búsqueda en Internet y bibliografía local logre extraer mucha información útil para entender su funcionamiento, en la práctica solo he tenido al alcance dos tipos de giros: El Futaba GY401 y el Futaba GY240; No siendo los únicos disponibles buenos en el mercado, en este articulo hablaremos de estos dos que además a mi entender son los más usados en el mundo.
Quiero agradecer a esos aeromodelistas asiduos a difundir sus conocimientos y observaciones, que gracias a estas es que podemos entender mejor su funcionamiento y operación.

Para comprender el funcionamiento de los giros es necesario primero entender la relación que tienen estos con el rotor principal y el rotor de cola. La mayoría de los helicópteros RC tienen un rotor principal con movimiento horario, por lo que asumiremos para la explicación en este articulo que las palas principales giran en ese sentido.

Así mismo algunos helicópteros utilizan un rotor de cola con ángulo de pala variable a través del movimiento de un servo y otros con un motor en el rotor de cola con velocidad variable asistidos por un ESC (Speed control=regulador de velocidad).

Con el fin de acomodar ambos casos en este artículo, cuando hablemos de aumentar/disminuir la fuerza o torque de empuje del rotor de cola me estaré refiriendo a estos dos casos mencionados.

Como funciona un rotor de cola

Las tres funciones principales de un rotor de cola son;
-Contrarrestar el fuerza/torque del rotor principal
- Cambiar de dirección el helicóptero (timón)
- Estabilizar la dirección de la cola (Timón)

Contrarrestar el torque/fuerza del rotor principal

La primera función del rotor de cola es contrarrestar el torque/fuerza del motor principal. El motor en un helicóptero RC hace girar la hélices principales en sentido horario, pero con el fin de poder mover la hélices en ese sentido el motor necesita apoyarse, empujar contra algo, en este caso el rotor principal empujara en contra del fuselaje del heli tratando de hacerlo girar contra las manecillas del reloj, esto es concordante con la ley de newton "Tercera ley de movimiento" " Por cada acción hay una reacción en dirección opuesta", para el caso en mención, la acción será el movimiento de las palas en sentido horario y la reacción será el fuselaje moviéndose en sentido contrario, quedando como termino "Fuerza contraria al rotor principal."

Cola con motor ESC y Cola con servo

Cambio de dirección del helicóptero (Timón)

La segunda función provista por el rotor de cola es cambiar la dirección del helicóptero. Si necesitamos movernos a la izquierda ponemos la fuerza del rotor de cola ligeramente menos que la fuerza contraria del rotor principal, esto quiere decir que la fuerza contra a las manecillas del reloj (reacción al momento del rotor principal) será mayor que la fuerza en sentido horario (fuerza del rotor de cola) resultando que el fuselaje del heli cambie de dirección contra las manecillas del reloj.

Si necesitamos movernos a la derecha, ponemos la fuerza del rotor de cola ligeramente mayor que la fuerza contaría del rotor principal, esto quiere decir que la fuerza contra las manecillas del reloj del rotor principal será menor que la fuerza en sentido horario (Fuerza del rotor de cola) resultado que el fuselaje del heli cambie de dirección en sentido horario.

Si no necesitamos cambiar de dirección, la fuerza del rotor de cola será igual a la del rotor principal haciéndose cero.

Estabilizar la dirección de la cola (Timón)

La tercera función provista por el rotor de cola es estabilizar la dirección de la cola (Timón).
Cuando el aire golpea a un lado del helicóptero este intentara girar en dirección al viento para acomodarse a él originando que fluctúe en la dirección de lado a lado, inclusive con poco viento.
Para eso podemos usar la fuerza del rotor de cola para contrarrestar ese ligero movimiento aumentado o disminuyendo la fuerza de empuje. Bueno entonces ya sabemos que estas tres variables deben de funcionar juntas al volar un helicóptero RC:

"Fuerza de empuje de rotor de cola = Fuerza de empuje contraria del rotor principal + Fuerza de dirección de la cola + fuerza de estabilización"


Giros con ratio de cambio (Yaw rate gyros) y cómo funcionan

El ratio de cambio de dirección de la cola del Heli está controlado por lo siguiente:
- Fuerza de torque contrario del rotor principal- Trasmisor en Revo Mixing o en Heading hold
- Cambio de dirección de la cola del heli- Mandos de Timón (Rudder stick)
- Estabilización de la dirección de la cola del heli- Ratio de cambio de dirección en el giro

Los giros con el sistema de cambio del ratio en la dirección son aparatos electrónicos muy simples, tienen un sensor que evalúa el ratio del cambio de dirección corrigiéndolo. Sin embargo realmente esta corrección no es absoluta, toda la orientación del helicóptero en forma práctica solo compensa el corto movimiento de la cola en una dirección dada, no los 360 grados de dirección.

Imagínate que eres un ciego y estas parado en un Lago helado con calzado ligero, una persona tratara de moverte sobre tu eje y no tienes la suficiente fuerza para contenerlo, solo tienes el apoyo de tus zapatos ligeros tratando de quedarse en una sola dirección encima de la capa de hielo resbaloso, Básicamente no podrás contrarrestar la fuerza de movimiento por mucho tiempo y una vez que te gane te darás toda la vuelta originando que tu cuerpo pierda el sentido de orientación no sabiendo cuál fue la posición de tu cuerpo al inicio, esto es lo que pasa con el ratio de cambio de dirección en los giros.

Por eso un giro con capacidad de corregir el ratio de cambio de dirección de la cola solo lo podrá hacer parcialmente, usualmente la cantidad de fuerza de estabilización del giro es contralado por la ganancia del mismo, aumentado la ganancia lograras que el helicóptero sea más resistente a los cambios inesperados de dirección pero también disminuye la capacidad de hacer piruetas (girar la cola 360 grados sobre el eje del heli) porque el tratara de pelear en contra de esos cambios de dirección inesperados y a los indicados por el piloto mediante los mandos del radio..

Un giro con esta función no podrá proveer bloqueo de cola (Heading Hold) porque solo corrige el cambio de dirección en un ángulo pequeño, luego no resistirá mas y al pasar ese ángulo se irá en banda y cuando suceda esto no podrá regresar a su dirección original.

Un giro con esta capacidad se va en banda cuando trata de corregir la dirección de la cola, por lo que no son efectivos contrarrestando la fuerza del rotor principal, por esta razón para este tipo de giro los trasmisores proveen una opción hoy en día que se llama Revo Mixing donde te permite programar la fuerza del rotor de cola para cada posición del acelerador pudiendo así contrarrestar la fuerza horaria del rotor principal de manera más efectiva.
No hay fórmula para programar los valores en el trasmisor así que tendrás que probar con tu heli en vuelo hasta que quede ajustado. La fuerza impuesta para el cambio de dirección de la cola en este tipo de giro está gobernado por el mando del timón (Rudder) en el trasmisor de la misma forma que en los giros con la opción de bloqueo de cola. Una información adicional sobre los giros de cambio de dirección (Yaw rate gyros) y otras funciones. La ganancia en un giro de cambio de dirección (Yaw rate gyros) es diferente a los giros con bloqueo de cola.

Este controla en cuanto el giro (trabaja en contra) intenta compensar el movimiento, esto está bien si no estás usando el timón (Rudder), pero si lo usas, el giro de cambio de dirección tratara de pelear contra los elementos externos. Así que aumentando la ganancia en este tipo de giro tiene dos efectos

• Peleara mas con todo lo que intente hacer mover la cola (ejem: viento) logrando hacer el heli más estable, esto es bueno.

• También peleara en contra de los movimientos intencionales como los tuyos al hacer una pirueta por ejemplo, haciéndola más lenta, Esto es malo

Un giro estándar de cambio de dirección exhibe este comportamiento, el Mercado a creado giros más sofisticados que solucionan en parte el problema. Tenemos lo giros de doble ganancia donde la programación de esta se hace en el mismo giro y en el trasmisor con acción remota, de esta manera se podrá disminuir la ganancia cuando se necesite piruetas rápidas en pleno vuelo.

Giros con bloqueo de cola (Heading Hold gyros) programable y cómo funcionan


Giros con la opción de bloqueo de cola o sus siglas en ingles "Heading Hold Gyros" están controlados por las siguientes funciones:

-Contrarrestan la fuerza del rotor principal - Bloqueo de cola
- Cambio de dirección del helicóptero- mando de timón vía bloqueo de cola
- Estabiliza el cambio de dirección de la cola - Bloqueo de cola

Un giro con bloqueo de cola es más sofisticado que un giro con ratio de cambio de dirección y funciona completamente diferente. La primera gran diferencia entre ambos es que el giro con bloqueo de cola tiene un micro procesador abordo que le permite recordar en cuanto a variado la dirección del helicóptero desde la última vez, por eso si hay un ligero movimiento ocasionado por el viento lograra regresar este a su última posición buena conocida, en otras palabras se corrige automáticamente.

Asimismo proporciona información al rotor de cola de manera correcta para que este aplique la fuerza necesaria para contrarrestar al rotor principal debido a que recuerda la última posición buena conocida no yéndose en banda, es más, es capaz por sí solo de aumentar la fuerza contra rotatoria de la cola para que esta regrese a su posición original. También es capaz de proveer mejor estabilización, siempre recordara la mejor posición y no permitirá que se mueva.
La segunda diferencia es que la señal que recibe el timón (Rudder) es considerada como la principal, así el sistema no peleara contra ti como en los giros de cambio de dirección.

Una vez terminada la maniobra inducida a la cola, esta automáticamente en mili segundos bloqueara el sistema en la nueva posición ordenada, compensando el correcto ángulo/fuerza de la pala/rotor de cola para crear un movimiento ordenado y limpio. Es importante que deshabilites la función Revo Mixing en el radio al usar giros con bloqueo de cola, si la función Revo Mixing en el radio esta activada, el sensor de bloqueo de cola interpretará esta señal como que debe girar el helicóptero y perderás el control, esta función debe estar desactivada no te olvides.

Diferencias entre giros con Ratio de cambio dirección y Bloqueo de cola

Imaginate que tenemos un helicóptero RC apropiadamente configurado para usar un giro con ratio de cambio de dirección, el motor esta desconectado y está en el piso donde no puede darse vuelta.

Si ponemos por un segundo el mando del timón (stick) en el trasmisor todo para la izquierda y luego lo soltamos para que regrese al centro notaremos que el servo que controla el eje de la cola regresa también al centro inmediatamente Ahora imaginate que en el mismo helicóptero pero apropiadamente configurado con un giro con bloqueo de cola, también con el motor desconectado y en el suelo donde no pueda moverse, y que hemos programado el giro para que cambie de dirección hasta 180 grados por segundo a la izquierda.

Si mantenemos el mando del stick del timón en el transmisor por un segundo y luego lo soltamos notaremos que el sistema de bloqueo de cola mantendrá la posición del eje de cola en 180 grados, pero como este no se moverá porque está en el suelo, el servo continuara tratando de mantenerlo en esos grados, ahora si manualmente levantamos el helicóptero y lo giramos 180 grados notaremos que el eje de la cola empezara a regresar a cero conforme vayamos girando hasta llegar a los grados ordenados.

Nótese que ambos giros solo estabilizan la dirección de heli, ninguno tipo de giro estabiliza el roll o el ángulo de pala (Pitch), esto quiere decir que el giro en un helicóptero RC solo contiene el ángulo para un solo eje cartesiano.

Giros con serie - GY

Programación de un giro GY401

El giro GY401 es el más conocido en los helicópteros RC y solo tiene seis ajustes: Dirección (Direction), servo digital (DS), demora (Delay), Limites (Limit), Ganancia (Gain) y pirueta (Piroutte)

El Delay y el Limit son controlados por los potenciómetros del propio giro, la ganancia o Gain es controlada desde el Transmisor colocando los valores en el canal dispuesto para el giro y la pirueta será ajustada a través de los valores de los Endpoints del canal del timón (rudder).

GY401- switch de direccion (Direction switch)

Para un heli con servo de cola el switch en un GY401 configura la dirección de su movimiento, sea en sentido horario o en contra las manecillas del reloj. Para los helis con motor de cola ESC se configura de acuerdo al movimiento del acelerador en el radio, arriba o abajo para cambiar la dirección del heli en sentido horario o en contra las manecillas del reloj.
Para ambos tipos de heli, si el switch es puesto incorrectamente empezará a hacer piruetas (giro sobre su propio eje) sin control.

GY401 DS servo digital (digital servo) switch

El switch DS en un GY401 permite que el giro se actualice a un servo digital que es 4x más rápido que un servo normal. No programes esto hasta que estés seguro que el servo que vas a usar sea digital y que este soporte 270 hz de ratio, Como los S9253, S9254, o los Volz Speed-Maxx. No selecciones esta opción en el giro si usas un motor ESC en la cola.

GY401 potenciómetro de demora (Delay)

La demora o Delay se ajusta directamente en el giro, y permite configurar al giro para que responda de acuerdo al sistema de rotor de cola que estés utilizando. Solo se utiliza en el modo de bloqueo de cola (Heading Hold mode). La programación de la Demora en cero (0) es utilizada en servos veloces como los S9253/S9254. La programación de la demora en cien (100) es utilizada en servos de cola muy lentos y para colas con motor ESC, Un motor ESC de cola requiere por lo menos un segundo para ir de la mitad de acelerador hasta full, es dos veces más lento que los servos de cola (0.25 sec/60grados)

Para un heli con servo de cola si programamos una demora muy baja el giro asumirá que el servo es más rápido de lo que realmente es, así que enviara comandos al servo para que se mueva más rápido y este tratara de hacerlo pero es demasiado lento quedándose siempre retrasado a las ordenes del giro
Para el caso de helis con motor ESC de cola si programamos la demora muy baja el giro asumirá que el motor puede cambiar de RPM muy rápido así que tratara de cambiar la velocidad del motor de cola muy rápido originado que el motor ESC se quede atrás del comando del giro.

Esta lentitud en responder en ambos tipo de helis afectara el final de la vuelta necesitando el giro en ese punto aumentar la fuerza del rotor de cola para reducir el movimiento de esta (El cacheteo final) en el otro sentido no pudiendo hacerlo, por lo que tu tendrás que corregirlo manualmente y si no eres lo suficientemente hábil se te volteara en esa dirección. Por ejemplo, imagínate que estas volando tu heli y estas a punto de dar la vuelta (cambio de dirección) y de repente paras, si la demora está programada muy baja en esta situación, la cola continuara moviéndose hasta que se detenga y luego la bloqueara. Si aumentas la demora esto te permitirá aumentar la ganancia del giro, tienes que tener en cuenta que deberás afinar esto en vuelo asistido por un piloto experto de lo contrario si tu reacción de corrección en el timón es muy lenta abras volteado el heli avecinándose un crash seguro.

GY401 Limite (Limit trimer)

El ajuste del Limite (Limit) se realiza en el mismo giro y te permite afinar el recorrido del servo hacia el eje de la cola, quedando una luz muy pequeña a ambos lados del eje. Para un heli con servo de cola si el límite es muy alto originara que el giro intente mover el servo mas allá de lo que puede en ambas direcciones ocasionando que los pushrods del eje de cola se doblen y emitan un ruido (Buzzing), originado que este se malogre en el tiempo y falle ya que el conjunto estará chocando con la carcasa de la cola. Si el limite lo programas muy bajo disminuirá el rango del ángulo de pala reduciendo el ratio de la Pirueta originado descontrol de la cola del heli.

Para helis con motor ESC en la cola, si el límite es muy bajo originara que el motor ESC de la cola empiece a fallar y no se “Arme” cuando dejemos el mando del timón todo a un lado, por eso no se debe poner los limites muy bajos cuando se usa un motor ESC en la cola, claro también dependiendo del ESC de cola y su programación. Para un heli con motor ESC de cola si el límite lo programas muy alto originara problemas severos al no poder “Armarse” debido a que la señal que emite el giro se encuentra en este punto fuera de rangos programados, para un heli con motor ESC de cola se debe programar un límite de 100%.

GY401 Programación de la ganancia (Gain setting)

El ajuste de la ganancia en este tipo de giro se realiza desde el radio a través de un cable (amarillo) en un canal preestablecido en el receptor, usualmente es el canal cinco. No hay mucha documentación disponible para esta programación así que la información aquí expuesta fue deducida mediante la experiencia y observaciones de expertos hobistas, no siendo estas necesariamente las más exactas pero por lo menos yo la probé en mis helis y me funciono.

La ganancia parece que controla “En cuanto la cola está permitida para moverse de lado a lado” antes que el giro la corrija, una ganancia baja hace que la cola se mueva de lado a lado aproximadamente de 2 a 3 grados antes que el giro haga su trabajo. Una ganancia alta origina que este movimiento sea de 0.5 grados a ambos lados aproximadamente.

Hay dos factores limitantes para el máximo de ganancia:

Para un heli con servo de cola el factor limitante es el ratio del servo mismo, en la habilidad y velocidad de mover el mecanismo del ángulo de pala del timón de cola. Si el ratio de la ganancia del servo de cola es muy bajo, el giro no tendrá la suficiente señal para prevenir el movimiento a ambos lados. Para un heli con motor ESC de cola el factor limitante es el ratio de la capacidad del motor ESC para acelerar y desacelerar, sumado a su inercia en disminuir o aumentar su velocidad.

Imagínese un servo o un motor ESC de cola con extrema baja resolución, digamos que solo 9 pasos entre el bajo y el alto de los endpoints, sucederá que cualquier posición de 0% a 9% se truncara en 0% y cualquier posición de 10% a 19%, se truncara a 10%, etc.

Imagínese que el hover requiere un ratio de 57%, pero el servo de cola o de motor ESC se encuentra limitado y solo puede de 40% a 50%, si la ganancia del giro está ajustada muy alta, el giro se comportará muy acelerado y tratara constantemente de corregir la cola originando un movimiento de lado a lado sin parar (Tail wag). Si la ganancia del giro está ajustada muy baja, el giro se comportará muy lento y no podrá detener la cola y seguirá esta moviéndose de lado a lado.


Si el mecanismo del ángulo de pala en la cola se encuentra un poco suelto, el giro necesitará mover el servo de cola hasta pasar esta holgura en cada dirección antes que cambie al ángulo deseado.

La recomendación de los Gurus para solucionar este problema es la siguiente:

Bajar los valores al máximo posible para reducir el sobre esfuerzo del servo
Poniéndolo muy cerca al punto que la cola deje de moverse de lado a lado, si tu radio tiene la opción de GY (8U, 9C, 7C), debes poner el modo en GY, luego en Heading Hold (AVC) o ratio de dirección (Yaw rate)

Si tu radio no tiene esta opción puedes usar la siguiente fórmula:

Para Heading Hold considera una constante de 50 y súmale el porcentaje de la ganancia dividido en dos y este será el porcentaje del recorrido que utilizaras para el canal de la ganancia del giro.
Por ejemplo: Para un ajuste de 60% de ganancia, seria (50/2)+50=80% del máximo recorrido del servo.Para giros de cambio de dirección, otra vez seria restar la constante 50 al ratio de la ganancia divido entre dos, este porcentaje de recorrido se hará en el trasmisor, de esta manera por ejemplo:
En el radio programar yaw rate mode en 40% de ganancia, esto quiere decir 50-(40/2)=30% de recorrido máximo.

GY401 ratio de la Pirueta (Pirouette rate)

El ratio de la pirueta se ajusta desde el radio vía el canal del timón (Rudder) en EPA (Endpoint). 100% de EPA es alrededor de 720 grados/segundo de ratio de pirueta, Programar una pirueta con ratio bajo disminuye la condición de girar el heli sobre su propio eje y aumentándolo lo hacemos más rápido.

Programación de un giro 240 (GY240)

En este giro solo ajustaremos tres funciones: Dirección, ganancia y ratio de pirueta.

GY240 programación de la demora (Delay setting) (fijo)

El GY240 tiene la demora fija y no es ajustable sin embargo el giro asume que el servo que estas usando es un servo con un ratio lento programándose a 100% de demora, es por esta razón que este tipo de giro pareciera que funcionara mejor en helis con motor ESC en cola, en mi caso especial yo tengo el Raptor 30v1 con este giro y funciona muy bien. Dale una mirada a la parte del GY401 para mayor información.

GY240 programación de los limites (Limit setting) (fijo)

En este giro los límites son fijos y no ajustables. Si usas un heli con servo de cola deberás ajustar los limites de recorrido en la cola mecánicamente para que el conjunto de cola no doble el cable en ambos extremos, esto quiere decir que tendremos que probar con los diferentes agujeros del cuerno del servo de cola o en el Pushrod del conjunto de cola hasta que quede centrado y no doble el cable que los jala o empuja. Si usas un heli con motor ESC de cola no necesitaras ningún ajuste. Para mayor información mira la parte de los límites en un giro GY401

GY240 Switch de direccion (direction switch)

Esta función es idéntica al giro GY401. En el acápite del giro GY401 está la explicación

GY240 Potenciómetro de ganancia (Gain trimer)

El giro GY240 tiene un potenciómetro de ganancia que trabaja similarmente al del giro GY401 sin embargo es menos sensitivo que este, mi opinión es que el giro GY240 tiene una ganancia del 60% equivalente al 30% del giro GY401.

GY240 Ratio de Pirueta (Pirouette rate)

El ratio de la pirueta en el giro GY240 se configura de la misma manera que el giro GY401 si embargo la máxima pirueta del GY240 es solo un cuarto de la pirueta del GY401.
Muy bien hasta aquí llegamos con esta parte de los giros, próximamente explicare como programe y ajuste ambos giros en mis Raptors con un 9CAP, el articulo expuesto se realizo con el apoyo de “The Electric Helicopter Guide" de Toshiyasu Morita, Raptor Tecnik, Helifreak fórum, Futaba support, Thunder Tiger support y mis apuntes en la prueba de ambos giros.

Team Rcontrol Peru tv





3 comentarios:

JImmy Logan dijo...

Muy intersesante este blog.
Consulta: Venden en Peru combustible para motores glow de helicopteros?
Tengo un airwolf 60 con mecánica Century nitro; el motor OS55 opera con heli fuel.
Estoy regresando a Peru y quiero llevar mi heli.

Leo.

Rcontrol Peru Tv dijo...

Claro que venden conbustible de Helicoptero, debes tener en cuenta que en tienda solo venden hasa 15% nitro, si necesitas mas lo hacen a pedido, consulta en la tienda que figura en el Banner de la derecha;

Team Rcontrol Peru tv

Gogy dijo...

consulta: si tengo tengo 2 palos en forma de X y en cada extremo pongo un motor con una helice, ¿como hago que se mueva a la derecha, izquierda, arriba y abajo?
buen blog, gracias de antemano

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