לדבר מסוקאית ולשרוד. פרק 5 - המכניקה

[HeliDraco]

הי כולם

טוב, כנראה שהגענו למאמר הקשה והארוך ביותר בסדרה, זה שמטפל במכניקה של המסוקים. ייתכן שדווקא המאמר הזה היה צריך להיות הראשון בסדרה - החלטתי אחרת בעיקר בגלל העובדה שרוב השאלות של מטיסים מתחילים שנתקלתי בהן בפורומים השונים, התמקדו דווקא באלקטרוניקה. מצד שני, דווקא המכניקה של המסוקים מלאה ב"קללות" ומונחים מוזרים שכדאי לתת עליהם את הדעת.
במאמר אני מתייחס בעיקר למסוקים בתצורה "קלאסית" (רוטור ראשי ורוטור זנב - לא מסוקים בעלי רוטור ראשי כפול). הסיבה לכך היא שאלה המסוקים הנפוצים ביותר ובעולם ה-RC - גם המורכבים יותר (מסוקים כפולי רוטור בד"כ משמשים כמסוקי מתחילים ו"מצטיינים" במכניקה מפושטת, למרות שיש גם יוצאים מהכלל בתחום הזה ). עוד דבר שחשוב לדעת - אם עוד לא הבנתם את זה עד עכשיו - התחום הזה מדבר אנגלית. נקודה. כך שגם אם אני אשתדל מאד (ואני אשתדל רק קצת... ) - עדיין יהיו כאן לא מעט ביטויים באנלית שפשוט אין להם מקבילה עברית

אז נתחיל...

חלק 1 - רושם ראשוני:

במבט ראשון על המסוק הוא יראה בערך כך:



כבר המבט הזה מאפשר לזהות כמה מרכיבים חשובים במסוק:




הדבר הבולט הראשון שאנחנו שמים לב אליו הוא החופה (Canopy). מלבד הצורך האסטטי הברור (בסוף אנחנו רוצים לראות מסוק ולא ערימת ברזלים ), לחופה יש שני תפקידים חשובים: היא מאפשרת לנו לזהות את מצב המסוק באויר ביתר קלות (כך שיותר קל לשלוט במסוק מהאוריינטציה שלו) וסופגת חלק מהנזק בריסוקים קלים, תוך הגנה (מינורית, יש לציין) על הרכיבים הפנימיים במסוק. החופות מיוצרות משלל חומרים, שהנפוץ ביותר היום הוא פיברגלס. די ברור שגם הנושא העיצובים בחופות הולך חזק בעולם המסוקים ולא חסר אנשים עם דוגמאות מקוריות ביותר לצביעה.
החופה מחוברת לגוף (Frame) של המסוק. הגוף מכיל את רוב המערכות האלקטרוניות במסוק. אליו מחוברים גם הסקידים המשמשים בתור כן הנחיתה של המסוק שלנו. מתוך הגוף יוצא גם הציר הראשי עם ראש הרוטור הראשי ובום הזנב עם מכלול הזנב. על כל אחד מהמרכיבים האלה של המסוק אנחנו נתעכב עכשיו.

חלק 2 - הגוף ותוכנו:

גוף (או שלדת המסוק) היא בעצם החלק העיקרי של המסוק וכולל בתוכו את רוב המערכות. כדי לאפשר ביצוע של תמרונים מורכבים הגוף חייב להיות חזק, מה שהגדיר שלושה חומרים עיקריים מהם מייצרים מסוקים היום (1) פלסטיק מחוזק בחומרים מרוכבים (בד"כ פחמן או "קרבון" מהמילה האנגלית לפחמן), (2) פחמן ממש (חומר מרוכב קשיח במיוחד) או אלומיניום. גוף מסוק חשמלי טיפוסי ייראה בערך כך:



הציר הראשי הוא למעשה ציר הרוטור הראשי של המסוק. בצידו השני הציר עובר בתוך הגוף דרך שני (במסוקים גדולים יותר - לעיתים שלושה) בתי מיסב עם מיסבים שמאפשרים לציר להסתובב בחופשיות - לתוך מיסב חד כיווני בתוך הגג"ש (גלגל שיניים) הראשי.תפקיד המיסב הזה - לאפשר סיבוב חופשי של הציר בתוך גלגל השיניים במצב ללא מנוע (או במינוח מקצועי - באוטורוטציה), מה שמאפשר לרוטור להמשיך להסבתובב בלי לאבד אנרגיה על סיבוב המנוע שכשל. כשהמנוע עובד - המיסב הזה "ננעל" והגג"ש הראשי מעביר כוח מהמנוע לציר הראשי ולרוטור. מהגג"ש הראשי הכוח מועבר גם לזנב, אבל על זה נדבר קצת יותר מאוחר.
אחרי שהבנו איך הכוח עובר מהמיסב לציר הראשי - זה הזמן לשאול איך הציר הראשי מונע, לא?! אז ככה:
במסוקים חשמליים הכוח מועבר מהמנוע באמצעות גג"ש מניע, או בשמו המקצועי (שוב העתקה מאנגלית *) Pinion, המולבש ישירות על ציר המנוע. הפיניון משתלב ישירות עם הגג"ש הראשי (במסוקים מסוימים - דרך תמסורת הכוללת גג"שים נוספים). יש לציין, שבמסוקים מסוימים (MSH Protos) המיסב החד-כיווני נמצא דווקא על הפיניון (בין הפיניון לציר המנוע) וההנעה של הגג"ש הראשי מבוצעת דרך רצועה... אבל אלה כבר פרטים.



במסוקי ניטרו התמונה יותר מסובכת. הקישור בין המנוע לפיניון אינו ישיר, אלה מבוצע דרך מצמד (Clutch). תפקידו של הקלאץ' - למנוע סיבוב של הרוטור הראשי בזמן שהמנוע עובד בסרק (שכן אחרת כל תפעול המסוק לפני המראה יהפוך למסוכן ביותר). מלבד זאת במסוקי נייטרו קיימת גם מניפת קירור למנוע (במסוקים חשמליים לפעמים נותנים לגג"ש הראשי צורה של מניפה, כפי שקל לראות בתמונה).מיותר לציין שגם מערכת הדלק (בחשמליים - סוללה), סרוו מצערת (בחשמליים - בקר המהירות, ESC) הרגולטור ומערכת הבקרה גם נמצאת בגוף - מה שמסביר את החיווט המאסיבי בתוכו.בחלקו האחורי של הגוף ננמצא תפס הבום, אליו מתחבר בום הזנב.

נמשיך...

חלק 3 - הראש

ראש הרוטור הראשי הוא כנראה החלק המסובך יותר במסוק. הוא גם החלק הקריטי ביותר בו, שכן עיקר השליטה על המסוק מבוצעת דרך הראש. אנחנו נעבור על הראש מלמטה למעלה, אז תתכוננו:
החלק התחתון ביותר על הציר הראשי הוא ה-Swash Plate (בקיצור סוואש - לא להתבלבל עם משחק המחבטים הידוע ). יחידה הזאת, שבנויה מזני חלקים, מקושר מצד אחד (המסתובב) למכלולים אחרים בראש ומצד שני (הנייח, שסיבובו נעצר במסילה נגד סיבוב המחובת לגוף) - לסרוואים, הפוקדים על המסוק. הסרוואים יכולים להזיז את הסוואש למעלה-למטה (שליטה בקולקטיב) או להטות את הסוואש ימינה-שמאלה (שליטה על הסייקליק בציר ה-Aileron) וקדימה-אחורה (שליטה על הסייקליק בציר Elevator). הקישור בין הסוואש לסרוואים מבוצע בעזרת לינקים המחוברים בקישור כדורי (Ball-Links):



המשך הסיפור תלוי במידה מסוימת בסוג המסוק ומידת המורכבות שלו. ברוב המסוקים הנפוצים, תנועת הסוואש מובלת לשני מקומות - זרועות ה-Washout (ומשם לכלוב ה-Flybar) וזרועות ה-Mixing:






שני המסלולים האלה מאפשרים שליטה מדויקת מאוד (ואם זאת מאד יציבה וזריזה) בפסיעת הלהבים. במאמר הזה לא נכנס לעקרון הפעולה של המערכת - ניתן לקרוא על זה ביתר פירוט במאמר המעולה של ליאור בר-עמי.
במסוקי FBL (כלומר Flybarless או חסרי Flybar) מערכת הפלייבר איננה, כמובן וה-Washout מחובר ישירות לגריפים. את התפקיד הדינמי של הפלייבר ממלאת מערכת אלקטרונית המוציאה פיקודים מתאימים לסרוואים.
שני מחזיקי הלהבים (גריפים) מחוברים למכלול הראש ואחד לשני על ידי ציר הספינדל (Spindle, Feathering Shaft), המוחזק בתוך מכלול הראש ע"י משככים (Dampers) מגומי קשיח. הדאמפרים מאפשרים "משחק" מסוים של הספינדל בתוך הראש והקשיחות שלהם היא בעלת תפקיד חשוב בקביעת ההתנהגות של המסוק באויר (ככל שהדמפרים יותר קשיחים, תגובת המסוק תהיה יותר אגרסיבית). כדי לאפשר תנועה חלקה של הגריפ על הספינדל והחלפת פסיעה מדויקת, הגריפ מצויד במיסבים רדיאליים (Radial Bearings) ומיסבי דחיקה (Thrust Bearings) כדוריים.

פרק 4 - הזנב

מערכת הזנב של המסוקים שלנו מעט פחות מורכבת מהראש, אבל עדיין מדובר במנגנון מסובך. ראשית, חשוב להבין שרוטור הזנב במסוק מונע מהמנוע ה"ראשי" של המסוק (במסוקי מיקרו וננו יש מקרים של הנעה ישירה ממנוע ייעודי, אבל אנחנו לא נדבר על זה כאן). הנעת הזנב מהמנוע הראשי נעשית בשתי שיטות עיקריות:
1. הנעת רצועה (Belt Drive) - הגג"ש הראשי מסובב (לפעמים דרך תמסורת) רצועה משוננת, המניעה את ציר רוטור הזנב (בדומה לרצועת Timing ברכב):



שיטת הנעה זו נפוצה מאד בשל הפשטות שלה ומחיר התחזוקה (הרצועה שורדת ריסוקים בקלות יחסית). מצד שני שיטת ההנעה הזאת דורשת בדיקות תקופתיות של מתח הרצועה והיא פחות מדויקת בגלל הנטיה של הרצועה להחליק. חוץ מזה, רצועה היא מקור ESD חזק ביותר.
2.דרך אחרת להניע את הזנב היא באמצעות צינורית פיתול (Torque Tube או Drive Shaft). במצב הזה הגג"ש הראשי מסובב (דרך תמסורת) ציר העובר בתוך הבום ומסובב את ציר הזנב. שיטת ההנעה הזאת, שמאפשרת דיוק גבוה מאד של השליטה בזנב, היא גם יקרה יותר ורגישה יותר לתקלות (גם מכה קטנה על הלהבים או על הבום יכולה להוביל לעיקום הציר או טחינת גלגלי השיניים בתמסורת).




באזור הזנב עצמו נמצא מכלול הזנב שתפקידו - שליטה על פסיעת הלהבים בזנב וע"י כך - בסבסוב המסוק.הגריפים של להבי הזנב מחוברים ליחידת סליידר, המסוגלת להחליק על ציר הרוטור ומקושרת, בעזרת מנוף , ללינק הזנב ולסרוו. תנועת הסרוו מתרגמת, אם כך, להחלקה של הסליידר על הציר ולתנועה של הגריפים בכיוון הרצוי.
יש לציין ששני הגריפים מחוברים ל-Hub ובמסוקים חדשים - מצוידים במיסבי דחיקה בדיוק כמו הגריפים ברוטור הראשי.






טוב, זהו בינתיים. המאמר הזה גם ככה ארוך מדי...

מקווה שעזרתי.

[Friman]

מאמר מאד מעניין ומפורט ואדים, תודה רבה.
באופן כללי כל סדרת המאמרים שלך מאד עוזרת לרקע הכללי בכניסה לתחביב.
יש לך אולי אפשרות לכתוב כמה מילים על אופן פעולת הרכיבים האלקטרוניים במסוק? או להפנות למקור קריאה בנושא? (גם באנגלית זה בסדר גמור)


עריכה: מצאתי.
*