2013/11/26

神奇三角翼 Zagi


記得當年苦悶的高中時期,常在房間內投擲自製的巴沙木小飛機來解悶,看它緩慢而且優雅地從房間一角滑向另一端,輕盈穩定有如小刀劃開鮮奶油一樣滑順,然後迎向窗簾的懷抱,結束短暫但完美的飄浮,我的心情也暫時脫離課業的束縛,自由奔放起來!這是無奈的苦中作樂,也是伸展筋骨的好方法!

咦,小房間內怎麼飛滑翔機?說來話又長了!

當時美國正掀起一股車庫造飛機的風潮,直接郵購就可買到DIY套件,依照說明書指示便能自己建造可以載人的飛機,經過檢驗合格便能飛上天,這簡直就是我們這些飛行宅男們的夢想境界啊,而掀起這股潮流的人就是飛行奇才:伯特-魯坦(Burt Rutan),他的招牌設計是:前置副翼(forward canard)、後置主翼、後推螺旋槳,以此得到極佳飛行效率與低失速攻角,這麼神奇的設計真是令我神往不已。


當然,一個苦悶的高中生做不了什麼偉大的事情,但我開始拿巴沙木自製小滑翔機來玩。

因為做三角翼麻煩所以直接用直翼,兩片式尾翼麻煩所以只做一片,主翼很寬位於後段,前面延伸出長長的鼻子,在最前端插入一個小紙片控制俯仰,這就是我的心靈良藥-慢速滑翔機。

可惜我的老舊殘屍在我結婚重新裝潢房間時全丟了,網路上看不到和我相同的外型,現在找得到最接近的圖片是Rutan的第77號設計Solitaire滑翔機,但我的展弦比小一些,前副翼小多了但移到很前面,全部用實心巴沙製作,全重不到10克,但翼展大概有50公分,機翼打磨到極為輕薄,飛行起來速度很慢但非常優雅。


後來看到這個1920年的玩具,照片裡的翼前緣已經缺角了,沒錯,超薄巴沙木就怕撞擊,我都摔到缺角1/3後才換新機翼,屍體大多破爛所以都丟了!


扯了這麼遠其實是飛慣猛暴的直升機3D後,懷念起滑翔機的優雅與愜意,然而我的環境條件不適合無動力機,動力滑翔機又都很大台,小一點的又不能拆槳收折,又要小又方便攜帶又堅固又能當滑翔機慢飛的則非三角翼莫屬。

三角翼對我來說仍是處女地帶,只有機翼沒有機身,只靠副翼控制飛行,短淺的長度會不會讓升降舵或是重心太過敏感?雖然三角翼的能力是無庸置疑的,但從無三角經驗的我來說還是很新鮮、充滿謎樣色彩的感覺!

其實現成的EPO三角翼非常便宜,最常見的翼展是120~140公分,80公分也有,60公分也有人可以幫你裁切,但這些都讓我躊躇不前,不知如何讓這麼一台飛機順理成章地納入機庫。

觀望幾個月之後,突然看到一段FPV的影片,他展示了三角翼的絕佳浮力與穩定性,這是最適合空拍與FPV的機型了,看來自製三角翼已成既定目標,於是開始尋找製作方法。

原來現在很多人用Depron造飛機,一層一層疊上去就可以簡單做出立體的機身和機翼,強度與韌性遠比保麗龍好很多,顯然這是個最簡單的方法。

可是影片裏面的機翼怎麼這麼奇怪,原本該平滑流線的機翼怎麼有人這麼白癡做成階梯狀,簡易工法也太粗糙了吧!

沒看不知道,查過才知學問大,原來這是一種特殊設計的慢速高浮力翼型,叫做 Kline-Fogleman airfoil,簡稱KF翼型。

原來在1960年代,Richard Cline想讓他的紙飛機能抗風且飛得又高又遠而發展出來的,其原理是讓階梯翼型產生可控制的渦流,在紙飛機上提高許多滑行距離。

然而這麼大的渦流用在大飛機上就不是件好事,因阻力大所以升阻比(lift-to-drag ratio)很差,因此從未應用在真機上,但在21世紀後卻開始在RC界流行,因為結構簡單容易施作而被DIY工法採用。


哇,用這個做翼型真是太簡單了,不用切割複雜的圓弧曲線,只要一層一層疊上去,再把前緣削尖就好了。

台灣很難找到影片中的那種Depron,只有珍珠板,於是到文具行買了10mm與5mm來試做。

至於三角翼的型版則是隨便找一個就好,因為三角翼容許彈性很大,只要重心調好動力夠就能飛!


第一次用兩片10mm珍珠板黏合做KFm-2翼型,做好之後覺得不妥,KFm-2只有上面浮力大,像我這種習慣正飛倒飛亂翻的人翻滾起來一定不對稱,於是改用三層5mm珍珠板做KFm-4對稱翼型。

KFm的階梯尺寸我是抓50%翼弦來做,然而事後飛行抓重心時才發現與公式有出入,因為副翼的控制面也算是翼弦的一部分,包括重心的計算也要算在內,我在規劃時沒有算到副翼,所以KFm翼型也窄了許多。


實際製作很簡單也很快,只在中間層加一片碳纖片,上下用UHU Por黏起來就堅韌無比了。

翼前緣用美工刀切削,第一刀切45度角,第二刀把上面削圓弧一點,再用砂紙打磨一下就好了,超快!(照片裡面我畫了三條線,第三刀不要切用磨的比較漂亮)


很快做好機身,用包裝膠帶貼覆表面就可以了,為了辨識度與美觀,上層用紅色、下層用藍色,非常醒目又容易辨識!

翼前緣貼一層玻纖膠帶增加強度,免得像巴沙木飛機那樣飛久了就缺角凹陷。機鼻粘上一條有韌性的發泡以保護電池,主因是重心偏後需要把電池拉前面一點,而且第一次飛三角翼如果有甚麼閃失還能緩衝一下!(事後證明這是明智的決定)

至於翼尖的垂直翼有人說不用裝也能飛,第一次做就裝上吧,看起來比較威!


接收用閒置已久的RX-701,兩顆3.7克無牌伺服機,馬達是兩年前裝在三軸飛行器的2204-1500KV馬達(怪怪,當年竟然一次買6顆,三軸叛逃後還剩三顆),電變看似12A的板子(完全沒標示已經無從考證了),槳用7060慢速槳,電池是EP200的850mah/7.4V,無電池重量大約150克,算是重了點。


想了幾個月、計畫了一個禮拜,結果兩三天就做好了,真是知難行易!

其實本來是拿以前那台藍鳥的15克馬達,結果機身太重推力重量比小於1,只能勉強升空,後來才換大馬達,隨便推就上去了,這樣才有多餘能力做動作。

至於三角翼的遙控設定只要有Deviation就能隨心所欲設出來,我使用sunvsuv的3.2.5版,混控介面當然使用"增強模式2",這樣設定最有彈性。


設定目標:F.Mode切換三種舵量、三角翼模式的兩顆伺服機混控升降與副翼,參數如下:

機種:飛機

通道數:3

通道混控規劃:

通道1->虛擬1(無開關,等比例,取代,50%);虛擬2(無開關,3點(-100,0,+100),相加,50%)

通道2->虛擬2(無開關,等比例,取代,50%);虛擬1(無開關,3點(+100,0,-100),相加,50%)

通道3->油門

虛擬1->升降:FMOD0(指數曲線30%,取代,100%);升降:FMOD1(指數曲線30%,取代,115%);升降:FMOD2(指數曲線30%,取代,130%)

虛擬2->副翼:FMOD0(指數曲線30%,取代,70%);副翼:FMOD1(指數曲線30%,取代,85%);副翼:FMOD2(指數曲線30%,取代,100%)


基本設定就這樣,簡單吧!

使用虛擬通道的目的是為了把不同功能分開設定比較好閱讀,不然直接在通道內和三角翼的混控做在一起也可以,但這樣不易閱讀很花腦筋,將來要修改比例還要再想一遍很麻煩。

像我的設定使用虛擬通道來做D/R應該很容易理解,不過我發現機子升降比較遲鈍,所以把升降舵的比例拉高。

三角翼的混控其實不難,先拿原本的通道當底層(取代模式),再拿另一個通道相加(相加模式),為了讓總移動量不超過100%,所以基底與相加都只取50%的量,這樣最大值就剛好是100%!另外要注意的是升降和副翼有一邊斜率要相反,所以我用三點拉出反斜線。

以上參數只要基本概念就夠了,其餘的用實驗的也能抓出正確的對應,不必想太多太複雜,這是Deviation的好處!



第一次在綠園道直升機場地試飛才驚覺這不是飄飄機,飛機終究需要速度才穩定,於是移師市民廣場才夠直線飛行,才有辦法調整舵角。

拜對稱翼之賜,這台翻滾起來很自然平順,倒飛和正飛一模一樣的特性,不看顏色是分不出來的!

有趣的是重心位置的變化,重心偏前則可飛比較快升降舵比較遲鈍,重心偏後則可慢速飛行而升降較靈敏,只要動力夠都可以飛,沒有一定的標準。

這台Zagi-60飛起來沒有我期待的那種穩定與慢速,一來可能太重了,二來是KFm階梯位置不對,昇力沒有最佳化吧,需要帶點速度才飛得穩,慢速的時候副翼很敏感但升降很遲鈍,這和螺旋槳的反扭力也有關係。

總結起來,三角翼還是有它特殊的味道,飛起來比一般飛機穩重,無機身設計讓它不易受風的影響轉彎特別優雅。

看別人的三角翼都用高轉速小槳,聽說飛起來更快更猛,既然我的馬達只有1500KV,看來用3S會更適合!