Gyro/ Kreisel am Modellhelikopter
Drehmomentausgleich am Modellhelikopter
Um das zu erreichen, bedient man sich heute moderner Sensorik, die selbst geringste Drehbewegungen des Helikopters erkennt und über einen PID-Regelkreis die Schubkraft des Heckrotors kontinuierlich die Erfordernisse anpasst und so den Helikopter auf der Hochachse stabilisiert. Diese elektronischen Bauteile nennt man Heckkreisel, oder auch Gyroskope.
3-Achs-Kreiseln. Im Helikopter-Modellflug werden sie Flybarless -Systeme genannt. Sie stabilisieren einen Heli nicht nur auf einer Achse, sondern gleichzeitig auf 3 Achsen. Diese drei Achsen sind die Hochachse (Heck), Querachse (Nick) und die Längsachse (Roll ). Die Funktionsweise ist jedoch die gleiche, wie die eines reinen Heckkreisels. Daher gelten für die Einstellung von Heckkreiseln in FBL-Systemen die gleichen Regeln, wie für die Einstellung von reinen Heckkreiseln.
Ein Heck-Kreiselsystem ist ein Stabilisierungssystem für Helikopter, welches ungewollte Drehbewegungen des Hecks (Hochachse), ausgelöst durch äußere Einflüsse wie Wind oder Lastwechsel, automatisch ausgleicht bzw. ganz oder teilweise korrigiert.
Moderne Kreiselsysteme bedienen sich Sensoren, die auf Halbleitertechnologie basieren.
Kreisel Bauarten
Oft werden in Foren die Unterschiede zwischen SMM und MEMS diskutiert. Leider mit wenig fundiertem Hintergrund. SMM oder MEMS als Bezeichnung lassen noch keine Unterscheidung zu. Es kommt definitiv auf die Spezifikationen und Einzelheiten an, die jedoch meistens gar nicht offengelegt werden. Beschleunigungssensoren für militärische Zwecke oder für die Raumfahrt in SMM bzw. MEMS-Technologie werden für Stückpreise verkauft, die teilweise den Wert eines Kleinwagens übersteigen. Das zeigt klar, dass allein durch die Bezeichnung kein Unterschied ableitbar ist.
Moderne MEMS-Bauteile zeichnen sich dadurch aus, dass ein Großteil der gesamten notwendigen Elektronik mit den Sensoren zusammen auf ein und demselben Chip untergebracht ist - also in einem Arbeitsgang hergestellt werden.
Die hier beschriebenen Sensoren werden in gängigen Kreiselsystemen verschiedener Hersteller eingesetzt, aber auch in FBL Systemen finden wir diese Sensoren wieder.
Der Einbauort des Kreisels sollte immer so dicht wie möglich am Rotorkopf liegen, da hier der Drehpunkt für alle drei Rotationsachsen des Helikopters liegt. Die Ausrichtung bzw. Einbaurichtung des Kreisels muss entsprechend den Vorgaben des Herstellers erfolgen und es sollten vibrationsarme Einbauorte gewählt werden.
Ein weiterer Punkt für die Wahl des richtigen Einbauortes ist das Risiko von Beschädigungen des Gyro bei einem Crash. Ein gut geschützter Einbauort innerhalb des Chassis ist also immer zu bevorzugen. Gerade bei kleinen Helis bleibt aber meistens nur die Oberseite des Heckgetriebes, oder auch der Boden zwischen den beiden Seitenplatten um einen Gyro aufzukleben.
Zum Befestigen sollten möglichst nur originale Klebe-Pads verwendet werden, da diese auf den Gyro abgestimmt sind. Falls es zu unerklärlichen Reaktionen des Hecks während des Fluges kommt, kann das manchmal an Vibrationen liegen, die sich auf die Gyro-Sensoren übertragen und die Signale verfälschen. Dann muss man entweder den Einbauort verändern, oder andere Klebepads ausprobieren. Im Zweifelsfalle geht hier Probieren über Studieren. Neuere Kreisel mit modernster Technik sind weniger anfällig gegen Vibrationseinflüsse. Höherfrequente Vibrationen, wie sie bei Turbinenantrieben auftreten, können jedoch trotzdem zu Störungen führen. Nicht alle Kreisel sind zum Einbau in Turbinenhelikopter geeignet.
Die Ausrichtung der Kanten des Kreiselgehäuses muss immer exakt parallel zu den Drehachsen des Helikopters erfolgen. Ein Heckkreisel muss zumindest auf der Horizontalen Ebene exakt ausgerichtet sein. Mehrachskreisel erfordern die exakte Ausrichtung auf allen drei Achsen. Näheres findet sich in der Beschreibung des Herstellers. So darf ein GY-401 z. Bsp. nicht seitlich vertikal, sondern immer nur horizontal (z. Bsp. auf dem Heckgetriebe) befestigt werden. Man kann Heckkreisel natürlich auch kopfüber am Heli montieren.
Gyro Betriebsarten/ Betriebsmodi
Es gibt im Prinzip zwei Modi, in denen man Gyro -Sensoren betreiben kann. Das sind zum einen der Normalmodus und zum anderen der Automatik bzw., auch AVCSNormalmodus
Im Normalmodus wirkt der Gyro einer Heckdrehung entgegen. Der Kreisel bremst die Drehbewegung und dadurch stoppt diese irgendwann. Wie stark der Kreisel dabei korrigierend eingreift, ist abhängig von der eingestellten Gyro-Empfindlichkeit. Ein Vorteil des Normalmodus ist, dass der Windfahneneffekt nicht unterdrückt wird. Das Heck richtet sich bei schneller Fahrt durch den Fahrtwind immer nach hinten ausrichtet. So kann man wunderbar schnelle Kurven fliegen und das Heck richtet sich von selbst parallel zur Flugrichtung aus, ohne eigenes Zutun. Das ist jedoch auch schon der einzige Vorteil dieses Modus. Dieser Modus war bis vor einem Jahrzehnt der bevorzugte Modus bei den Piloten großer Scale-Helikopter.
Im Heading -Hold-Modus wirkt der Heckkreisel einer ungewollten Heckdrehung so lange entgegen, bis das Heck wieder in der Ursprungsposition steht. Bei richtiger Einstellung und Verwendung hochwertiger Komponenten ist der Regelkreis so präzise, dass mit bloßem Auge keine Drehbewegung des Hecks festgestellt werden kann. Die Reaktionsstärke und -geschwindigkeit sind maßgeblich abhängig von der voreingestellten Gyro -Empfindlichkeit und den PID-Werten des Regelkreises, aber auch von der Heckrotordrehzahl, der Qualität des verwendeten Heckservos, und anderen Faktoren. Der Windfahneneffekt kann im HH-Modus nicht ausgenutzt werden. Das ist auch nicht gewünscht. Der Heading Hold Modus ist verpflichtend für 3D-Fliegen mit schnellen Lastwechseln.
Man kann heute fast uneingeschränkt den Normalmodus vernachlässigen und den Heading -Hold-Modus verwenden. Man gewöhnt sich ganz schnell daran, dass man Heck immer aktiv mitsteuern muss.
Einstellung der Kreisel-Empfindlichkeit (Gyro-Gain)
Es gibt grundsätzlich 2 verschiedene Möglichkeiten die Gyro
Wie das Heck des Helis genau eingestellt wird, kannst du unter Heck einstellen erfahren.
Info
Um das Heck feinfühliger steuern zu können, ist es ratsam eine " Exponentialfunktion " auf die Hecksteuerkurve zu legen. Ich fliege Expo 35-50% bei großen Scale-Modellen sogar noch mehr!