มารู้จัก เฮลิคอปเตอร์วิทยุบังคับ กัน

Written by StarFall1 on . Posted in บันเทิง, ฟิสิกส์, เทคโนโลยี




หน้าที่ 1 - RC ฮ. คืออะไร

RC คงย่อมาจาก Remote Control หรือแปลว่า การควบคุมบางอย่างด้วยเครื่องส่งสัญญาณหรือรีโมท และตัวย่อ ฮ. ก็คือเฮลิคอปเตอร์ อย่างที่เราคุ้นเคยกัน

     ในปัจจุบัน การเล่น RC ฮ. จัดเป็นงานอดิเรกหนึ่งที่น่าสนใจ และกำลังเป็นที่นิยม เหตุที่ RC ฮ. เป็นที่นิยมนั้นอาจเป็นเพราะว่า การบินของ ฮ. จะมีความแปลกไปจากเครื่องบินปกติ นั้นคือ ฮ. จะบินได้โดยใช้การหมุนอย่างรวดเร็วของใบพัดทำให้เกิดแรงยกมากพอที่จะยก ฮ. ทั้งลำขึ้นจากพื้นได้ ลอยนิ่งๆได้ และบินได้ โดยไม่จำเป็นต้องใช้ทางขึ้น (Run way) เหมือนอย่าง RC เครื่องบิน ทำให้การเล่น RC ฮ. ใช้พื้นที่ในการเล่นน้อยกว่า ถ้า RC ฮ. มีขนาดไม่ใหญ่เกินไป ก็จะเล่นในบ้านได้ เล่นในสวนหลังบ้านได้ และเนื่องจากการบินไม่จำเป็นต้องมีทางขึ้น ทำให้เราสามารถนำ RC ฮ. ขึ้นบินจากที่แบบใดก็ได้ ทำให้มีหลายๆ คนตัดสินใจซื้อมาเล่นในบ้านสักลำนั้นเอง

     ถ้าเรานึกย้อนกลับไปตอนที่เรายังเป็นเด็กๆ เราอาจจะเคยเห็นโดราเอมอนบินได้โดยใช้ คอปเตอร์ไม้ไผ่ ซึ่งมีใบพัดเพียงชุดเดียว แต่ในขณะที่ RC ฮ. ที่มีขายอยู่เกลื่อนตามสะพานเหล็กทุกลำ หรือแม้แต่ ฮ. จริงๆ จะต้องมีใบพัดอย่างน้อยสองชุดเสมอ ใบพัดชุดแรก (ใบพัดหลัก หรือ Main Rotor) จะอยู่เหนือตัว ฮ. ส่วนใบพัดอีกชุดจะอยู่ที่ที่ต่างกันตามแต่การออกแบบ ที่เห็นกับบ่อยๆ คือ RC ฮ. ขนาดเล็ก และขนาดจิ๋ว แบบ Co-axial helicopter design ใบพัดทั้งสองชุดของ RC ฮ. พวกนี้จะอยู่บนแกนหมุนเดียวกัน

  
รูปแสดง Co-axial helicopter design

อีกแบบที่พบเห็นที่เราอาจไม่คุ้นเคย เห็นไม่ค่อยบ่อยนักตามท้องตลาดจะเป็น RC ฮ. แบบที่ขนาดใหญ่ขึ้นและแพงขึ้นและเป็นแบบ Conventional helicopter design ชุดใบพัดชุดที่สองจะอยู่ที่หางมีแกนหมุนชี้ไปทางด้านข้าง (Tail Rotor)

 
รูปแสดง Conventional helicopter design

ตอนนี้เรารู้จักแบบของ RC ฮ. แล้ว แต่ถ้าเราจะไปซื้อ RC ฮ. แล้ว สเปคของ RC ฮ. ที่เราควรพิจารณาคือ
1. เป็น ฮ. ที่บินด้วยพลังงานไฟฟ้า (ในตัว ฮ. จะมีแบตเตอรี ชาร์ดได้) หรือพลังงานจากการเผาน้ำมัน (น้ำมันแบบเฉพาะสำหรับวงการ RC ซึ่งคนละอย่างกับน้ำมันเติมรถยนต์)
2. แบบ ฮ. ว่าเป็น Co-axial helicopter design หรือ Conventional helicopter design (เล่นยากกว่า แบบ Co-axial)
3. จำนวน Channel
4. Indoor หรือ Outdoor สำหรับ ฮ. Outdoor แบบที่ขายเป็นชุด พร้อมบิน (RTF) มักจะมีสองถี่ของสัญญาณวิทยุให้เลือกคือ ย่าน72MHz หรือ ย่าน2.4GHz

RC ฮ. ที่ใช้น้ำมันจะบินดีกว่า ฮ. ที่ใช้ไฟฟ้า แต่เนื่องด้วยพวกมันมีความซับซ้อนสูง มีขนาด ลำ ฮ. ใหญ่ และราคาแพง ดังนั้น ฮ. ใช้นำมันจึงไม่แนะนำให้ผู้เล่นใหม่เลือกซื้อ ฮ. ประเภทนี้ (แต่ถ้ามีใจรัก และมีครูสอนบิน มือใหม่ก็สามารถหัดเล่นจาก ฮ. พวกนี้ก็ได้) ในบทความนี้เราจะมาลองดูคำอธิบายสเปคโดยใช้ฟิสิกส์ง่ายๆ ครับ เมื่อเราเข้าใจมันแล้ว จะช่วยให้เราเข้าใจการบินของ ฮ. ซึ่งจะเป็นส่วนช่วยให้เราสามารถ บินได้ดี ซ่อมมันได้ดี และเซตอัพมันได้ดี ครับ

 
รูปซ้าย คือแบตเตอรี สำหรับของเล่น RC พลังไฟฟ้า รูปขวา คือน้ำมันสำหรับ RC เครื่องบินและ ฮ.

หมายเหตุ การแบ่งกลุ่มของ ฮ. ด้วย Co-axial helicopter design และ Conventional helicopter design เป็นการใช้การแบ่งตามอ้างอิงที่ [1] ในบางครั้ง ฮ. ในกลุ่ม Conventional helicopter design อาจจะถูกเรียกว่า Single-rotor helicopter นอกจากนี้ ยังมี ฮ. ในกลุ่มของ Multi-rotor helicopter สำหรับกลุ่ม Multi-rotor helicopter ที่ผมเคยเห็นคือ จะเป็นอากาศยานที่มีชุดใบพัดหลักมากถึง 3 ชุด (Tri-rotor) หรือ 4 ชุด (Quad-rotor) ในบทความนี้จะกล่าวถึงเฉพาะ Co-axial helicopter design และ Conventional helicopter design เท่านั้น



หน้าที่ 2 - ทำไมต้องมีใบพัดอย่างน้อย2ชุด

     เรามาเริ่มต้นจากฟิสิกส์ที่สำคัญอีกอย่างหนึ่งสำหรับการบินของ RC ฮ. (สำคัญแม้แต่กับ ฮ. จริงๆ) ซึ่งเป็นคำอธิบายว่าทำไม ฮ. จึงต้องมีใบพัดอย่างน้อย 2 ชุด ในหน้านี้จะแบ่งการอธิบายออกเป็นสองส่วน ส่วนแรกคือการอธิบายถึงปัญหาของ ฮ. ไม่สมประกอบ ที่มีใบพัดชุดเดียว และ ส่วนที่สองเป็นการแก้ปัญหาดังกล่าว

ส่วนแรก ปัญหาของ ฮ. ไม่สมประกอบที่มีใบพัดเพียงชุดเดียว

สมมุติว่าเราเล่น RC ฮ. ลำหนึ่งที่มีใบพัดแค่ชุดเดียว ขณะที่เราบิน ลำ ฮ. จะหมุนรอบตัวเอง ทำให้เราแทบจะไม่สามารถควบคุมมันในสภาพนี้ได้ การที่ ฮ. ไม่สมประกอบลำนี้หมุดรอบตัวเองขณะบินสามารถอธิบายโดยหลักฟิสิกส์ได้ ฟิสิกส์ที่ใช้เป็นเรื่องของการอนุรักษ์โมเมนตั่มเชิงมุม ตามอ้างอิงที่ [2]

     ขณะที่ใบพัดหมุน ใบพัดจะมีโมเมนตัมเชิงมุม ซึ่งเป็นปริมาณเวกเตอร์ มีขนาดขึ้นกับขนาดของความเร็วเชิงมุม และ ทิศของโมเมนตัมเชิงมุมสามารถหาได้โดยใช้กฎมือขวา อาล่ะยกมือขวาขึ้นแล้วกำมือยกนิ้วโป้งขึ้นเหมือนกับจะชมใครสักคนว่า คุณยอดเยี่ยมมาก นั้นแหละ นิ้วทั้งสี่นิ้วคือ ชี้ กลาง นาง และก้อย จะแทนทิศทางการหมุนของใบพัด และนิ้วโป้งจะชี้ทิศโมเมนตั่มเชิงมุม ดังนั้นถ้าเราดูที่มือขวาเราจะเห็นว่านิ้วทั้งสี่นิ้วแทนทิศทางการหมุนทวนเข็มนาฬิกาและนิ้วโป้ง (แทนทิศของโมเมนตัมเชิงมุม) จะชี้ทิศขึ้น

     ต่อไปให้พลิกมือให้นิ้วโป้งชี้ลงพื้น เหมือนกับจะว่าใครสักคนว่า โอ้วคุณแย่มาก คราวนี้จะเห็นว่านิ้วทั้งสี่แสดงถึงการหมุนตามเข็มนาฬิกา และทิศของโมเมนตั่มเชิงมุมชี้ทิศลง
เรามาลองใช้มือขวานี้อธิบายการการบินของ ฮ. ครับ สมมุติว่าตอนนี้เรามี ฮ. ลำหนึ่งที่มีใช้พัดหลักแค่ชุดเดียว (ไม่สมประกอบ) เมื่อเราสั่งให้ใบพัดชุดนี้หมุนทวนเข็มนาฬิกาจนใบพัดหมุนเร็วมากพอแล้ว ฮ. ลอยขึ้นได้ จากการกำมือขวา เราจะเห็นว่าใบพัดที่กำลังหมุนทวนเข็มนาฬิกานี้มีโมเมนตัมเชิงมุมชึ้ทิศขึ้น (ทิศขึ้นไม่เกี่ยวกับการบินขึ้น อย่าสับสนนะ) นั้นคือตอนนี้ทั้ง ฮ. และใบพัดจะมีโมเมนตัมเชิงมุมลัพธ์ทิศขึ้น

    
จากกฎอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุม การที่อยู่ดีๆ ฮ. และใบพัดมีโมเมนตัมเชิงมุมลัพธ์ทิศขึ้นแบบนี้จะลอยอยู่นิ่งๆไม่ได้ ระบบ (ฮ. และใบพัด) จะต้องทำอะไรสักอย่างที่จะหักล้างโมเมนตั่มเชิงมุมทิศขึ้นนี้ ระบบจะบังคับให้ ลำ ฮ. หมุนในทิศที่เกิดโมเมนตัมเชิงมุมทิศลง นั้นคือ ฮ. จะหมุนตามเข็มนาฬิกาด้วยความเร็วเชิงมุมที่มากพอที่จะหักลางขนาดของโมเมนตัมของใบพัดได้ แน่นอนว่าเราไม่อยากให้ ลำ ฮ. ของเราหมุนแบบนี้

ส่วนที่สอง การแก้ปัญหา

การแก้ปัญหาลำ ฮ. หมุนรอบตัวเองนี้ทำได้โดยใส่ชุดใบพัดเพิ่ม การใส่ชุดใบพัดเพิ่มจะทำในลักษณะที่แตกต่างกันออกไป ขึ้นกับการออกแบบซึ่งแต่ละแบบจะใช้หลักการที่แตกต่างกัน ในที่นี้จะอธิบายการแก้ปัญหาจากส่วนแรกของ ฮ. ที่เป็น Co axial helicopter design และ Conventional helicopter design

สำหรับ ฮ. พวก Co axial helicopter design จะแก้ปัญหาโดยใส่ใบพัดชุดที่สองเพิ่มซึ่งจะมีแกนหมุนทับกับใบพัดชุดแรก หลักการของการแก้ปัญหา ก็สามารถอธิบายได้โดยหลักอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุมเช่นกัน นั้นคือ


1. จากส่วนที่หนึ่ง เมื่อใบพัดหมุนทวนเข็มนาฬิกา ลำ ฮ. จะหมุนตามเข็มนาฬิกา
2. ในทางกลับกัน ถ้าใบพัดชุดนี้หมุนตามนาฬิกา ลำ ฮ. จะหมุนทวนเข็มนาฬิกา
3. ฮ. Co-axial design จะมีใบพัดสองชุด เมื่อใบพัดสองชุดหมุนในทางตรงข้างซึ่งกันและกัน และหมุนด้วยขนาดความเร็วเชิงมุมที่เท่ากัน ลำ ฮ. จะอยู่นิ่งๆ


Conventional helicopter design จะใส่ใบพัดชุดที่สองไว้ที่หางมีแกนหมุนชี้ด้านข้างของลำ ฮ. หลักการทำงานของใบพัดที่หางนี้คือทำให้เกิด ทอร์กหักล้าง หรือ Counter torque มากระทำกับลำ ฮ. (ตามเวปไซด์อ้างอิงที่ [3] และ [4]) นั้นคือ


1. จากส่วนที่หนึ่ง เมื่อใบพัดหมุนทวนเข็มนาฬิกา ลำ ฮ. จะหมุนตามเข็มนาฬิกา
2. ถ้า ฮ. มีแต่ใบพัดหาง เมื่อใบพัดชุดที่หางสร้างแรงผลักที่หาง มีทิศตามลูกศรสีส้ม เกิดทอร์กมากระทำที่ลำ ฮ.จึงทำให้ลำ ฮ. หมุนทวนเข็มนาฬิกา 
3. ฮ. ที่มีทั้งใบพัดหลัก และใบพัดหาง ถ้าใบพัดที่หางสร้างแรงกระทำที่หางตามทิศของลูกศรสีส้มอย่างพอดี โมเมนตัมเชิงมุมจากข้อ 1 จะถูกหักล้าง ทำให้ลำ ฮ. จะอยู่นิ่งๆ
 

อย่างไรก็ตาม ปัญหาของ ฮ. ไม่สมประกอบหมุนรอบตัวเองขณะบิน ตามที่อธิบายไว้ในส่วนที่หนึ่ง ยังมีอีกคำอธิบายหนึ่งที่น่าจะสอดคล้องกับ หลักอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุม คือการอธิบายด้วย  Torque effect ตามการอ้างอิงที่ [3] และ [4]



หน้าที่ 3 - ใบพัดหมุนแล้วทำให้ ฮ. บินได้อย่างไร

     ต่อไปเราจะมาดูหน้าที่ของใบพัดกัน การทำงานของใบพัดคือการสร้างแรงยก แรงยกจะมากหรือน้อยความเร็วเชิงมุมในการหมุนของใบพัด และขึ้นอยู่กับรูปร่างใบพัดด้วย รูปร่างของใบพัดที่จะพูดถึงคือตัดขวางของใบพัด (ในวงการการบิน ภาคตัดขวางของปีกเครื่องบินจะเรียกว่า Airfoil) และ มุมเอียงปะทะกระแสอากาศ (Attack angle หรือ Angle of attack วัดโดยมุมระหว่างปีกกับระนาบที่ตั้งฉากกับแกนหมุน) ฟิสิกส์ที่ใช้อธิบายแรงยกนี้มีหลายทฤษฎี หลักๆ ก็คือ การอธิบายแรงยกด้วยทฤษฎีนิวตัน (ปีกทำให้เกิดการเปลี่ยนทิศการเคลื่อนที่ของกระแสอากาศ อ้างอิง [5]) และการอธิบายแรงยกด้วยทฤษฎีแบร์นูลี (เกี่ยวกับผลต่างความดันอากาศที่ผิวบนและผิวล่างของปีก อ้างอิง [6]) ไม่ว่าอย่างไรก็ตาม สรุปคือใบพัดจะทำหน้าที่สร้างแรงยกจากการไหลของอากาศ แรงยกจะมากหรือน้อยจะขึ้นกับ Attack angle และ Airfoil และความเร็วในการหมุนของใบพัด


รูปประกอบการนิยาม Attact angle

     เมื่อเรารู้แล้วว่าการที่ใบพัดหมุนจะทำให้เกิดแรงยกและโมเมนตัมเชิงมุมที่ใบพัดแล้ว จริงๆ แล้วการหมุนของใบพัดก็สร้างเพียงแรงยกเท่านั้น แต่การที่ ฮ. บินพร้อมกับเคลื่อนที่ในแบบต่างๆ ได้เป็นเพราะ ฮ. มีวิธีที่จะจัดการกับแรงยกนี้ ดังนั้นในหน้าถัดไปเราจะมาดูสิว่าจะมีลูกเล่นอะไรกับแรงยกนี้ ที่จะทำให้ ฮ. เคลื่อนที่ในแบบต่างๆ ส่วนในหน้านี้ เพื่อความสะดวกในการกล่าวถึง จะขอแยก RC ฮ.ออกเป็น 2 กลุ่ม โดยใช้การมีและไม่มีของกลไก Swashplate Assembly 

กลุ่มที่ชุดใบพัดหลัก ไม่มี Swashplate Assembly
RC ฮ. พวก 3Ch เกือบทั้งหมด และ 4Ch ฮ. บางรุ่น ชุดในพัดหลักของ ฮ. ในกลุ่มนี้จะมีมุม Attack angle ที่ตายตัว หรือ Fixed pitch helicopter การหมุนของใบพัดของ ฮ. ในกลุ่มนี้ทำได้เพียงทำให้ ฮ. ลอยขึ้นและลงเท่านั้น การบินเดินหน้าและถอยหลังของพวกมันจึงใช้ใบพัดชุดที่สามช่วย (จะอธิบายในหน้าถัดไป) สำหรับ ฮ. 4Ch ที่ไม่มี Swashplate Assembly จะมีเป็นส่วนน้อย มี RC ฮ. 4Ch อยู่รุ่นหนึ่งที่การบินของมันจะมีใบพัดเพิ่มเติมอีก เป็นชุดที่สี่และห้าช่วยในการบินอยู่ด้านข้าง เลื่อนซ้าย และขวา (ไม่ได้กล่าวถึงในหน้าถัดไป แต่หลักการคล้ายกับการบิน เดินหน้า ถอยหลังของ ฮ. 3Ch)

   
รูปซ้ายคือ ฮ. 3Ch ที่มีใบพัดชุดที่สามที่หางช่วยในการบิน ส่วนทางขวาเป็น ฮ 4Ch ที่มีใบพัดเพิ่มอีกสองชุดด้านข้าง ช่วยในการบินแบบเลื่อนซ้ายขวา


กลุ่มที่ชุดใบพัดหลัก มี Swashplate Assembly
จะมี RC ฮ. 3Ch บางรุ่น 4Ch ส่วนใหญ่ และ 6Ch ทั้งหมด ที่อยู่ในกลุ่มนี้ มีทั้งพวกที่เป็น Co-axial และ Conventional helicopter design โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ฮ. 6Ch จะเป็น Conventional helicopter design ทั้งหมด ใบพัดหลักของ RC ฮ. ที่เป็น 3Ch และ 4Ch ในกลุ่มนี้ยังคงเป็นพวกที่มี Attack angle ที่ ปรับได้บ้างเล็กน้อย* และเป็น Fixed pitch helicopter ด้วย แต่ ใบพัดหลักของ RC ฮ. 6Ch จะมี Attack angle ที่ไม่ตายตัว หรือ Collective pitch helicopter กล่าวคือใบพัดหลัก (อาจจะรวมถึงใบพัดหางด้วย) สามารถเปลี่ยน Attack angle ได้อย่างมาก และอิสระจากกันและกัน การปรับ Attack angle ของใบพัดไม่ว่าจะมากหรือน้อยก็เป็นหัวใจสำคัญของการบินของ ฮ. ที่มี Swashplate Assembly ไม่ว่าจะเป็น การขึ้นลง การเลื่อนซ้ายขวา รวมถึงการหมุนพลิกตัวซ้ายขวา และเฉพาะสำหรับ 6Ch จะมีการเชิดหัว ทิ่มหัว และการบินกลับหัว (ยอดเยี่ยมใช่ไหมล่ะ)

 
   
 รูปซ้าย กลไก Swashplate assembly (ที่เป็นชิ้นส่วนสีม่วงเงาๆ) ของ RC. พวก Collective pitch ส่วนรูปถัดไปแสดงการเปลี่ยน Attack angle ของใบพัด (สีชมพู) จะมีการเปรียบเทียบกันของ มุมค่าบวก (รูปกลาง) และมุมค่ีาลบ (รูปขวาสุด)

เรามาดูการทำงานของชุดใบพัดที่เป็น Collective pitch กัน

คลิปที่ 1 การปรับ Attack angle ของใบพัดโดย Swashplate Assembly

http://www.youtube.com/watch?v=dbMm6LJnVng

คลิปที่ 2 การ Flap ของใบพัดเมื่อที่จะทำให้เกิดการเปลี่ยนระนาบการหมุนที่จะทำให้ ฮ. บินขึ้นพร้อมไปด้านหน้าได้
http://www.youtube.com/watch?v=7HBziltI_t4

ดูคลิปที่ 1 เป็นหลัก
ช่วงเวลา 0.00 ถึง 0.02 นาที คือช่วงที่ ฮ. ไม่มีแรงยก

ที่เวลา 0.04 นาที แผ่นสีเหลืองซึ่งเป็นของ Swashplate Assembly ยกขึ้น Attack angle ของใบพัดทั้งสองใบจะเพิ่มขึ้น ทำให้เกิดแรงยกเท่าๆกัน (Symmetry of lift) ตอนนี้ ฮ.จะลอยขึ้นแล้ว

เวลา 0.10 นาที แผ่นสีเหลืองเบนไปด้านหน้า (ผมขอเรียกด้านเฉียงลงซ้ายของจอคือด้านหน้าละกัน) ทำให้ใบพัดมี Attack angle เปลี่ยนตลอดเวลา การเบนแผ่นเหลืองแบบนี้จะทำให้ ฮ. มีแรงยกชี้เฉียงๆไปทางด้านหน้าครับ

นาทีที่ 0.17 จะเป็นการยกแผ่นเหลืองขึ้นพร้อมเบนไปด้านหน้า จะเป็นช่วงที่ ฮ.กำลังลอยขึ้นพร้อมกับบินไปด้านหน้า
สังเกตแล้วจะเห็นว่าในพัดเมื่อมันมาหมุนอยู่ตรงซ้ายบนของจอจะมี Attack angle น้อยมาก แต่ใบที่อยู่ล่างขวาของจอจะมี Attack angle มาก (ดูคลิปที่ 2 นาทีที่ 0.30 ประกอบด้วยจะเห็นภาพชัดเจน)

ตอนนี้แรงยกจากใบพัดทั้งสองใบจะไม่เท่ากัน (Dissymmetry of Lift)
จะทำให้ใบพัดที่ Attack angle น้อยจะตกลง ส่วนใบที่ Attack angle มากจะยกตัวขึ้น ใน 1 รอบ ใบพัดแต่ละใบจะตกลงและยกขึ้นเป็นจังหวะสลับกันไป (เรียกว่า Flapping ดูนาทีที่ 1.04 ของคลิปที่ 2) นี่คือระนาบการหมุนของในพัดชุดนี้เบนไปด้านหน้า (ระนาบการหมุนจะจากเดิมที่ขนานกับพื้นจะกลายเป็นเอียงไปด้านหน้า ซึ่งในตอนนี้ระนาบจะไม่ขนานกับพื้นแล้ว) ทันใดนั้นเอง แกนดึงจากแผ่นสีเหลืองจะปรับให้ใบพัดที่อยู่ต่ำกว่ามี Attack angle เพิ่มขึ้น ส่วนใบพัดที่อยู่สูงกว่า Attack angle ลดลง (ไม่ได้แสดงในคลิปทั้งสอง) ใบพัดทั้งสองในสถาพนี้จะกลับมามีแรงยกเท่ากันอีกครั้งแต่มีระนาบการหมุนเอียง การเบนระนาบการหมุนของใบพัดอันเนื่องนี้เองที่จะทำให้ ฮ. เคลื่อนที่เดินหน้า (และอื่นๆ)

*หมายเหตุ ที่บอกว่า "Attack angle ที่ ปรับได้บ้างเล็กน้อย" เป็นความเห็นของผมที่มองแตกต่างไปจากเวปไซด์อ้างอิงที่ [7] และ [8]
ในอ้างอิงนี้บอกว่า พวก ที่เป็น Fixed pitch helicopter มีมุม Attack angle ตายตัว แต่ผมคิดว่า Swashplate Assembly สามารถปรับมุมได้บ้าง และการปรับมุมดังกล่าวนี้ก็เป็นสิ่งที่ทำให้เกิดเคลื่อนที่ เดินหน้า ถอยหลัง เลื่อนซ้าย ขวา ด้วย

     
รูปซ้าย แสดง Swashplate Assembly ของใบพัด ฮ. พวก Fixed pitch จะเห็นว่ามันมีความซับซ้อนน้อยกว่า ฮ. พวก Collective pitch มาก ส่วนรูปอนิเมชันทางขวา มาจากเวปไซด์อ้างอิงที่ [8] แสดงการเปลี่ยนมุม Attack angle ของใบพัด (สีเขียว) ที่เป็นแบบ Fixed pitch ส่วนแผ่นสีดำเล็กที่เห็นคือ Pabble ซึ่งไม่กล่าวถึงในบทความนี้



หน้าที่ 4 - จำนวน Channel กับการบิน

อย่างที่กล่าวไปในหน้าแรกว่าจำนวน Channel จะบอกถึงความสามารถในการบินของ ฮ. ได้ และในหน้านี้เราจะมาดูกันว่าพวก 3Ch 4Ch และ 6Ch สามารถบิน (พื้นฐานที่สุด) แบบไหนได้บ้าง

สำหรับ RC ฮ. ที่ ไม่มี Swashplate Assembly
RC ฮ. 3Ch ส่วนใหญ่จะอยู่ในกลุ่มนี้ซึ่งใช้ใบพัดชุดที่สามช่วยในการบิน จะมี 4Ch. ในกลุ่มนี้บ้างแต่มีน้อยรุ่น และขอไม่กล่าวถึง

1. สำหรับการบินขึ้นและบินลง ทำได้โดยการเพิ่มความเร็วหรือลดความเร็วของใบพัด เพราะเมื่อใบพัดหมุนเร็วก็จะสร้างแรงยกได้มาก การบินขึ้นจึงแค่เพียงทำให้ใบพัดหมุนเร็วจนสามารถสร้างแรงยกได้มากกว่าน้ำหนักของ ฮ. นั้นเอง เนื่องจาก RC ฮ. กลุ่มนี้เป็น Fixed pitch ฮ. จะไม่สามารถปรับ Attack angle สำหรับการบินขึ้นได้

2. การเดินหน้าถอยหลัง จะทำโดยใช้ใบพัดชุดที่ที่หางช่วยสามช่วย ใบพัดที่ห่างนี้จะมีแกนหมุนชี้ทิศขึ้น เมื่อมันหมุนเร็วพอมันก็จะสร้างแรงยกทำให้ ฮ. ยกหางขึ้นได้ การยกหางของ ฮ. จะทำให้ระนาบการหมุนของใบพัดหลักถูกหมุนให้เอียงไปด้านหน้า แรงยกที่สร้างจากใบพัดจึงแตกออกเป็นส่วนของแรงที่ชี้ทิศขึ้น และส่วนของแรงที่ชี้ไปด้านหน้า และแรงที่ชี้ไปด้านหน้านี่เองที่ทำให้ ฮ. เคลื่อนที่ไปข้างหน้าได้ สำหรับการถอยหลังก็จะกลับกัน ใบพัดที่สามจะหมุนเพื่อสร้างแรงกด หางของ ฮ. ตกลงจึงส่งผลให้ระนาบการหมุนของใบพัดหลักเอียงไปด้านหลัง ทำให้เกิดแรงที่ผลัก ฮ. ให้เคลื่อนที่ถอยหลัง


3. การหมุนหัว ฮ. ทวนเข็มและตามเข็มนาฬิกา ทำได้โดยสั่งให้ใบพัดชุดแรกกับชุดที่สองหมุนด้วยความเร็วไม่เท่ากัน จะระบบ (ใบพัดและลำ ฮ.) มีโมเมนตัมเชิงมุมลัพธ์ที่ไม่เป็นศูนย์ ทันใดนั้นเอง ลำ ฮ. จึงต้องหมุนรอบตัวเองเพื่อหักล้างกับโมเมนตัมเชิงมุมลัพธ์นั้น สรุปคือคำสั่งนี้จะเป็นการทำให้การหมุนของใบพัดทั้งสอง เปลี่ยนจากเดิมที่หมุนด้วยความเร็วเชิงมุม เท่ากัน ไปเป็นการหมุนด้วยขนาดของความเร็วเชิงมุม ไม่เท่ากัน ทำให้ลำ ฮ. หมุนหัวทางเดียวกันกับใบพัดชุดที่หมุนข้ากว่า

สำหรับ RC ฮ. ที่ มี Swashplate Assembly
กลุ่มนี้คือ RC ฮ. 3Ch เป็นส่วนน้อย 4Ch เป็นส่วนใหญ่ และ 6Ch ทั้งหมด พวกมันมีการบินแบบได้บ้าง มาดูกัน

1. การบินขึ้นบินลง
สำหรับ ฮ. ที่เป็น Fixed pitch แม้ว่าจะมี Swashplate assembly ก็ตาม แต่ก็ยังไม่สามารถปรับ Attack angle เพื่อการบินขึ้นหรือลงได้ ดังนั้นการบินขึ้นและลงสำหรับ ฮ. ที่เป็น Fixed pitch ยังคงเป็นการควบคุมความเร็วของใบพัด

สำหรับเป็น RC ฮ. แบบ Collective pitch การบินขึ้นและลงจะนอกจากจะเป็นการปรับความเร็วของใบพัดแล้วจะมีการปรับ Attack angle ของใบพัดหลักมาเกี่ยวข้องด้วย การเพิ่มมุม Attack angle (แต่ไม่เพิ่มมากจนเกินไป) จะเป็นการเพิ่มแรงยกซึ่งมีส่วนช่วยในการขึ้นด้วย ส่วนการบินลง ก็นอกจากจะลดความเร็วของใบพัดแล้ว การปรับมุม  Attack angle ให้น้อยลงยังเป็นการลดแรงยก ทำให้ ฮ. บินลงได้ อีกสิ่งที่พิเศษคือเราสามารถสั่งให้ในพัดสร้างแรงกดได้ (แทนที่จะเป็นแรงยก) โดยการปรับมุม Attack angle ให้ติดลบ (ในที่นี้ มุมบวกคือทำให้เกิดแรงยก มุมติดลบคือทำให้เกิดแรงกด) เมื่อ ฮ. มีแรงกด จะทำให้มันบินลงได้อย่างรวดเร็ว

2. การเดินหน้าถอยหลัง จะใช้การทำงานของ Swashplate Assembly ในปรับ Attack angle ของใบพัด (Cyclic control)
สำหรับ ฮ. ที่เป็น Fixed pitch การปรับมุมในส่วนนี้จะทำให้เกิด Dissymmetry of lift ซึ่งทำให้เปลี่ยนระนาบการหมุนของใบพัดให้หมุนเอียง (หรือ เสมือนกับระนาบเอียง) ไปด้านหน้า หรือด้านหลัง

สำหรับเป็น RC ฮ. แบบ Collective pitch การปรับมุมจะเกิด Dissymmetry of lift เช่นกัน จากใบพัดมีระนาบการหมุนเอียงได้ ตามที่อธิบายด้วยคลิปในหน้าที่แล้ว การเอียงของระนาบการหมุนของใบพัดไปด้านหน้าหรือด้านหลังก็จะทำให้ ฮ. เคลื่อนที่ตามการเอียง

การเคลื่อนที่ของ ฮ. แบบเดินหน้า และถอยหลัง ทั้งสำหรับ ฮ. Fixed pitch และ Collective pitch จะแสดงด้วยรูปทางด้านล่าง


3. การหมุนหัว ฮ. ทวนเข็มและตามเข็มนาฬิกา สำหรับ ฮ. ที่ยังคงเป็น Co axial helicopter design นั้นยังใช้การหมุนหัวจะเป็นการทำให้ความเร็วในการหมุนของใบพัดทั้งสองไม่ เท่ากัน เหมือนกับพวกแรก แต่สำหรับ Conventional helicopter design จะเป็นการปรับ Attack angle หรือ เปลี่ยนลักษณะการหมุน ของใบพัดหาง เป็นการเพิ่มหรือลดขนาดหรือกลับทิศของแรงทางที่กระทำที่หางของ ฮ. ซึ่งจะทำให้ ลำ ฮ. หมุนหัวได้

RC ฮ. 3Ch จะทำได้ตามข้อ 1 ถึง 3 เท่านั้น ส่วน ฮ. 4Ch และ 6Ch จะมีการควบคุมเพิ่มเติมดังต่อไปนี้

4. เลื่อนทางซ้ายและเลื่อนทางขวา
จะใช้ Swashplate Assembly เหมือนกับข้อ 2. เพียงแต่การเปลี่ยนมุมของใบพัดสำหรับการควบคุมนี้จะทำให้ระนาบการหมุนของชุดใบพัดเอียงไปด้านซ้ายหรือด้านขวาแทน



RC ฮ. 4Ch จะทำได้ตามข้อ 1 ถึง 4 เท่านั้น แต่สำหรับ RC ฮ. 6Ch แล้ว การเดินหน้าหรือถอยหลังตามข้อ 2 จะทำให้ ฮ. เกิดการปักหัวหรือเชิดหัว ได้อย่างมาก หรือการเลื่อนทางซ้ายหรือขวาตามข้อ 3 ก็จะทำให้ ฮ. พลิกตัวได้อย่างมากด้วย (4Ch จะไม่ปักหรือเชิดหัว หรือ พลิกตัวได้มากเท่านี้) ดังนั้น ฮ. 6Ch จะสามารถกลับหัวลงพื้นได้ และบินในสถาพกลับหัวได้ (ขณะที่ ฮ. ลอยในสถาพกลับหัว ใบพัดหลักจะมี Attack angle เป็นมุมติดลบ เทียบกับตอนลอยแบบหัวตั้ง)

5. การเพิ่มความและลดความเร็วของใบพัดหลัก (Idle mode) สำหรับ 6Ch บางรุ่นที่การบินขึ้นบินลงจะไม่ใช่การเพิ่มความเร็วใบพัดเหมือนอย่าง 3 หรือ 4Ch ฮ. พวกนี้จะมีการทำงานที่ 5 นี้เพิ่มเติม ซึ่งก็คือการตั้งความเร็วในการหมุนของใบพัดนั้นเอง

 
รูปซ้าย แสดงการบินแบบเชิดตัวขึ้น รูปขวาแสดงการบินกลับหัว



หน้าที่ 5 - Indoor หรือ Outdoor และสรุป

เมื่อเรารู้การบินของแต่ละ Channel แล้ว ทีนี้เป็นหน้าที่ของผู้ที่จะเล่นแล้วว่าตัวเองควรเล่นแบบกี่ Channel สเปคต่อไปที่ผู้เล่นควรจะเลือกก่อนที่จะตัดสินใจซื้อ ฮ. ก็คือวิธีส่งคำสั่งจากเครื่องส่งไปสู่เครื่องรับ สเปคนี้จะเขียนไว้ว่า Indoor หรือ Outdoor และสำหรับ Outdoor ยังมีสเปคย่อยลงไปอีกคือ 72MHz หรือ 2.4GHz

RC ฮ. ที่ระบุว่า Indoor หรือ Indoor only นี้ การส่งสัญญาณจะใช้คลื่นอินฟราเรด ซึ่งไม่ใช่คลื่นวิทยุ (ก็ไม่ควรนักที่จะเรียกว่า RC) ฮ. ที่มีระบบรับส่งคลื่นอินฟราเรดจะเล่นได้เฉพาะในที่ร่ม มีแดดน้อย เพราะว่าในแสงแดดเองก็มีคลื่นอินฟราเรดอยู่มาก ดังนั้นถ้าหากเอา ฮ. แบบนี้ไปเล่นกลางแดด คำสั่งของเราจากเครื่องส่งจะถูกแสงแดดรบกวน และไปไม่ถึง ฮ. ครับ

RC ฮ. ที่ระบุว่า Outdoor นี่ต่างหากถึงจะเรียกว่า RC ที่แท้จริง เพราะการรับส่งจะใช้สัญญาณวิทยุ และตามท้องตลาดส่วนใหญ่จะมีสองความถึ่ให้เลือกคือ ย่าน72MHz และ ย่าน2.4GHz ด้วยเหตุผลทางเทคนิคบางอย่าง ทำให้คลื่น 72MHz มีโอกาสมากที่จะรบกวนกับเครื่องสื่อสารอื่น หรือคลื่นจาก RC ฮ. ลำอื่นที่อยู่ใกล้ๆ และการรบกวนกันนี้เองจะทำให้เราไม่สามารถควบคุม ฮ. ได้อย่างราบรื่น ส่วนคลื่น 2.4GHz มีโอกาสรบกวนกันกับคลื่นอื่นน้อยกว่า ทำให้การเล่นเป็นไปอย่างราบรื่นกว่านั้นเอง ในปัจจุบัน RC ฮ. ที่เครื่องส่งเป็น ย่าน2.4GHz จะมีราคาแพงกว่า ย่าน72MHz อยู่ราวๆ 500-1000บาท

สรุป

     ในปัจจุบันนี้คนไทยได้หันมาสนใจเล่น เฮลิคอปเตอร์วิทยุบังคับ หรือ RC ฮ. กันอย่างแพร่หลาย ซึ่งอาจเป็นเพราะ RC ฮ. มีความพิเศษกว่าเครื่องบินตรงที่มันสามารถบินได้โดยไม่ต้องใช้ Run Way พวกมันมีความเร็วต่ำเมื่อเทียบกับเครื่องบิน ทำให้ผู้สนใจสามารถซื้อหา RC ฮ. มาเล่นในสวนหลังบ้าน หรือแม้แต่ในบ้านก็ได้ (ถ้าขนาดเป็น ฮ. เล็ก) จากความนิยมนี้เองทำให้ในท้องตลาดมี RC ฮ. วางขายอยู่อย่างมาก ผู้ที่เริ่มเล่นควรจะซื้อ ฮ. พลังไฟฟ้า และควรให้ความสนใจกับจำนวน Channel ซึ่งจำนวน Channel จะบอกความสามารถ (ทางอ้อม) ในการบินของ ฮ. ถ้าจำนวน Channel มีมากถึง 6 ลำ ฮ. ก็จะสามารถบินได้อย่างอิสระและหลากหลายกว่า 4Ch หรือ 3Ch แน่นอนว่า จำนวน Channel มากขึ้น ราคาก็จะแพงขึ้น เล่นยากขึ้น ด้วย สิ่งถัดไปที่ควรจะคิดถึงคือสถานที่เล่นว่าจะเป็น Indoor หรือ Outdoor เพราะ ฮ. ที่เป็น Indoor จะใช้คลื่นอินฟราเรดในการส่งสัญญาณทำให้ไม่สามารถเล่นกลางแดดได้ ส่วน ฮ. Outdoor อาจจะขนาดใหญ่เกินไป เร็วเกินไป จึงไม่เหมาะที่จะเล่นในบ้าน

     อีกสิงที่อยากจะให้ผู้เล่นตระหนักไว้ว่า ฮ. จัดเป็นของเล่นที่มีอันตราย ไม่เหมาะสำหรับเด็กเล็ก ไม่ควรบินในที่ที่มีคนมาก เพราะใบพัดที่หมุนอย่างรวดเร็วของมันสามารถทำอันตรายกับส่วนของร่างกายได้

สุดท้ายนี้ขอฝากคลิปการบินฝาดโผนสุดมันส์ของ Tareq Alsaadi นักเล่นมืออาชีพ มาบินด้วย RC ฮ. 6Ch พลังงานน้ำมัน ครับ
http://www.youtube.com/watch?v=7V8BRoRUIU8


อ้างอิง
[1] http://www.rchelicopter.com/category/rc-helicopter-construction-design/rc-helicopter-coax-design/
[2] http://www.britannica.com/EBchecked/topic/388641/conservation-of-momentum
[3] http://www.flightsimbooks.com/gunship/03_4_The_Anti-Torque_Rotor.php
[4] http://www.dynamicflight.com/aerodynamics/torque/
[5] http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/right2.html
[6] http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/presar.html
[7] http://www.eskyhelicopters.com/faq/fixed-vs-collective-pitch.php
[8] http://rc.org.uk/rc-helicopters.html


Keyword: Swashplate assembly, Lift theory, RC helicopter, Dissymmetry of lift, Coanda effect

ขอขอบคุณคลิปประกอบในบทความจาก http://www.youtube.com

รายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยว ฮ. 6Ch
http://xn--42c8ar7ag3ccc9c1gg1m.blogspot.com/2010/10/3d.html



แสดงความคิดเห็น