Zabývám se již pár let modely větroňů, postupoval jsem od menších a  konstrukčně jednodušších až po můj (v současné době) největší model výkonného dvousedadlového větroně ASH 25.  Jde o tzv. „orchidej“ s velice štíhlým křídlem, model je celokompozitové konstrukce a v měřítku 1:3,75 dosahuje rozpětí téměř 7metrů (podle zvolených nástavců křídla), délky 2,4m a váha se pohybuje v rozmezí 9 až 10kg.

    Létání s modelem bylo příjemné, ale jistě znáte situaci, kdy máte chuť jít létat, je termické počasí, jen není k dispozici vlečná… Nebo nezafouká správným směrem na kopec, je bezvětří – prostě nejsme soběstační. Jak tedy zabezpečit start modelu a nastoupání do potřebné výšky? Teoreticky by šlo použít naviják, ale budeme muset vyřešit řadu problémů – křídla jsem konstruoval pružná jako u předlohy, takže rasantní vlek ve stylu F3B nepřipadá v úvahu, museli bychom použít značnou délku lana a mít k dispozici patřičně rozměrný prostor. Také pohon navijáku by zřejmě nebyl reálně řešitelný v elektro verzi, bylo by třeba dořešit pohon spalovacím motorem patřičného výkonu. To vše byly argumenty, které mne vedly k nastoupení poměrně složité cesty elektrifikace takto velkého modelu.

    První fází byla rešerše dostupných informací (zejména na Internetu) o možných způsobech řešení takovéhoto zadání. To nejméně komplikované je umístění elektromotoru do (odříznuté) špice modelu a použití kužele s listy sklopné vrtule obdobně jako u účelových modelů. To ovšem nekoresponduje s maketovými ambicemi a v pravověrných větroňářích toto řešení vyvolává agresivní reakci. Inspirujeme se tedy řešením u skutečných větroňů, kde se používá výklopná jednotka umístěná v hřbetu trupu za kabinou. I zde máme pro modelové řešení na výběr ze dvou základních možností. Výklopné rameno s pevnou vrtulí,  motor v kořeni ramene a přenos síly pomocí ozubeného řemínku s příslušným převodem do pomala – systém Elicker. Výhodou je vyšší účinnost velké pevné vrtule a možnost použít převod, který může umožnit optimální využití elektromotoru. Nevýhodou je obtížná zástavba rozměrné mechaniky s velkým zásahem do trupu, nutnost řešit zastavení vrtule ve správné poloze, musíme konstrukčně vyřešit „hlavové“ složení. V provozu se projevuje klopný moment jednotky s vysoko položenou osou snahou modelu stavět se na nos, který výškovka není schopna korigovat. Tento problém se často řeší pomocí katapultu, kdy se model s pohonem v nízkých otáčkách rozjede tahem gumy, získá rychlost, postupně se přidává plyn a po odpoutání z katapultu je možné stoupat na plný výkon.

    Další možností je použití paralelogramu (systém Thekla), na jehož vrcholu je elektromotor se klopnou vrtulí (nuceně sklápěnou proti směru letu). Toto konstrukční řešení je kompaktnější, díky použití sklopné vrtule (též s více listy) a koncepci pohonu je celek menší a jeho instalace do trupu přináší méně komplikací, k pohonu je možné s výhodou použít motor s rotačním pláštěm. Nevýhodou je nutnost vyřešit vyklápění relativně těžkého motoru na páce paralelogramu, související malý posun těžiště není podstatný problém. Za nevýhodu dále považuji nutné delší silové kabely včetně nezbytné „dilatační“ délky kabeláže pro vyrovnání rozdílu mezi pozicí v obou krajních polohách. Klopný moment je menší než u dříve popsaného řešení, přesto je nutné s tímto faktorem počítat.

    Velice zajímavý pohon vyvinul a provozuje sympatický Florian Schambeck, který používá pevný pylon vysouvaný po optimalizované dráze. Díky tomu se celé zařízení vysune minimálním prostorem – při pohledu na velikost dvířek na hřbetu trupu se nechce věřit, že tudy může pohon projít. Minimalizace je umožněna použitím pevné jednolisté vrtule, samozřejmě s protizávažím. Motor s převodovkou je na vrcholu pylonu. Toto řešení nutně vyžaduje řídící elektroniku, která umožní vysunutí a zasunutí jednotky a další modul zabezpečuje dotočení vrtule do určené polohy listem dolů. Podrobnosti si můžete prostudovat na www.klapptriebwerk.de včetně objednání pohonu, ale pozor – tato velikost je určena pro modely v měřítku 1:2,5 až 1:3! Autor Florian Schambeck jednotku provozuje v modelu vlastní konstrukce Nimbus 4 o rozpětí 10,5m a to už je pořádný „kousek“, nicméně model poháněný 30-ti články GP 3700mAh startuje na poloviční plyn a dokáže jak majestátní pomalý let, tak i rychlý průlet.

    Popsané systémy vyžadují spolehlivé provedení, vše musí „na zemi“ bezpodmínečně fungovat, z bezpečnostních důvodů se mechanismy v zasunuté poloze mechanicky fixují a odpojuje se pohon (resp. regulátor).

    Po dřívějších zkušenostech se systémem Elicker v „menších“ modelech o rozpětí cca 4m, kde se obtížně řešila zástavba do trupu, jsem pro model ASH 25 zvolil systém Thekla. Principy konstrukčního řešení jsou jasné, mým dalším požadavkem bylo takové uložení  dalšího vybavení (zejména pohonných zdrojů) aby bylo zachováno modelové zpracování kabiny. Následovaly předběžné propočty a návrh rozhodujících prvků, nákresy kinematiky apod. Rozhodl jsem se pro následující osazení: rotační motor AXI 4130/16 o váze 410g, pětilistá vrtule s listy Aeronaut 13/7, regulátor JETI Advance 75, 24ks Sanyo 1700SCR, pro vyklopení mechanismu je užito servo s tahem 25kg. Následovala stavba mechaniky vlastního mechanismu, zhotovení specielního unášeče pro pětilistou vrtuli s nuceným sklápěním listů pomocí pružin, kompletace a vyzkoušení funkčnosti mimo model. Po ověření funkčnosti začaly práce na zabudování mechaniky do trupu. Rozhodl jsem se pro složitější variantu, kde jsou dvířka kryjící mechanismus rozdělena. Malá část v délce asi 20mm je na samostatných pantech, tato dvířka jsou v místech paty pylonu v otevřeném stavu a nejsou ovládána – pouze se pomocí jednoduchého zámku otevřou spolu s „velkými“ dvířky. Ta jsou ovládána dvěma servy - každá polovina jedním. Celý mechanismus ovládám pomocí elektronického modulu, kde po naprogramování postačuje k řízení jeden kanál s třípolohovým přepínačem. Sekvence pohonu pak vypadá následujícím způsobem: serva otevřou velká dvířka a s nimi se otevřou malá dvířka, vyklopí se pylon s motorem, serva zavřou velká dvířka (malá zůstávají otevřena), regulátor roztočí motor, vrtule se odstředivou silou rozevře. Po zastavení motoru sklopí pružiny listy vrtule, serva otevřou velká dvířka, zaklopí se pylon s motorem a prostřednictvím gumiček za sebou zavře malá dvířka (jako se používá u podvozku), serva zavřou velká dvířka. Toto řešení umožňují mikrospínače, které systému signalizují ukončení jednotlivých fází – je ale třeba podotknout, že motor se spustí plynule do plného výkonu, ovšem nemáme možnost plynulé regulace.

    Jak je z předchozího textu patrné, v modelu přibylo „něco“ techniky, hmotnost modelu se zvýšila na cca 12kg a počet serv narostl na 18. Pro zvýšení bezpečnosti jsou serva rozdělena do dvou samostatně napájených okruhů, první je „letový“ a zahrnuje prvky nezbytné pro řízení modelu (výškovka, směrovka,brzdy a odtoková hrana křídla), druhý okruh napájí ovládání mechanismu pohonu a zbývající funkce (vlečný háček, podvozek…). Oba okruhy napájejí články Sanyo 1700SCR. Oddělené okruhy zajistí, že při závadě například na pohonu – kdy by mohlo dojít za letu k zablokování mechanismu a fatálnímu stavu – zasáhne porucha pouze jednu část řízení a zůstává zachována řiditelnost modelu. U této velikosti a složitosti modelu je ostatně bezpečnost provozu prvořadým kriteriem! Vzhledem k velkému počtu řízených funkcí používám přijímač DS24, který umožňuje řídit proporcionálně 12 kanálů, škoda že ne v PCM módu. V této oblasti se blýská na časy s novým čtrnáctikanálovým vysílačem Futaba… Nakonec bylo vše zabudováno v modelu a dokonce tak, aby nebylo třeba dovažovat. Trochu jsem měl obavy o chlazení pohonných zdrojů, po zabudování už opravdu nebylo místo na případné nucené chlazení větrákem, v trupu modelu začalo být těsno „jak v dámských hodinkách“. Naprogramoval jsem základní letové fáze ve vysílači, to považuji za nezbytné pro takovýto typ modelu, kdy se jedním přepínačem přestaví celá řada funkcí.

    Nadešel čas vyzkoušet ASH-čko v provozu a zkusit odstartovat ze země. Nejprve je ale třeba nabít pohonné zdroje, což klade nároky na zdroj nabíječky. Použil jsem autobaterii 125Ah a nabíječku TEMA SCD300 v automatickém režimu. Pro zajímavost jsem změřil maximální odběr z autobaterie, ten dosahoval až 30A. Přestože je to pro tento typ baterie „brutální“ režim, nenastaly problémy. Při zkoušce na zemi vydával pohon specifický „turbínový“ zvuk a otáčky byly vyšší, než předpokládal výpočet. No ale něco výkonu navíc se vždy hodí :-). Naměřené hodnoty na zemi z čerstvě nabitých článků ukazují odběr 45A při více jak 7 tis. otáček.

    Na betonové dráze letiště stojí připravené ASH-čko a já provádím předletovou kontrolu. Vše je v pořádku, kamarád drží letadlo ve startovní poloze, nastává chvíle pravdy – povel pro spuštění pohonu, vše běží podle plánu a roztáčí se vrtule. Model se rozjíždí a po pár metrech reaguje na křidélka, vztlakové klapky zkracují start a za chvíli je větroň ve vzduchu. V letu trimuji a nastoupávám výšku. Bude potřeba ještě odladit vyosení motoru – naštěstí jsem s tím počítal a konstrukce takové zásahy umožňuje. Použité zdroje umožní jedno stoupání s malou rezervou, kdybych musel opakovat přistání. Větší plošné zatížení je na modelu znát, ale žádné drama se nekoná spíše naopak. Jen na přistání bude potřeba počítat s větší energií modelu, brzdy budou méně účinné. Jsem spokojený, podařilo se mi realizovat poměrně náročné zadání.

    Následovala řada startů a další odlaďování pohonu, o vyosení motoru jsem již psal a podařilo se docílit uspokojivého stavu. Trochu nezvyklé je řízení modelu při rozjezdu kdy je nutné směr jízdy po podvozku korigovat směrovým kormidlem a současně pomocí křidélek držet křídla vodorovně, protože každé „škrtnutí“ koncem křídla (byť je koncovka opatřena malým kolečkem) způsobuje díky velké páce vybočení modelu. Tento problém jsem nemusel řešit při startech z trávy, protože výkon jednotky nepostačoval k dostatečně rychlému rozjezdu na kole o průměru 100mm, takže přišel ke slovu katapult. V tomto případu je úkolem krátký start, postačuje vlastně impuls potřebný ke vzletu do minimální výšky. Pevný háček  je umístěn lehce před polohou pro klasický navijákový start „do výšky“. Po napnutí katapultu kamarád přidržel model a po rozběhnutí pohonu jej vypustil, následoval start kdy model s užitím vztlakových klapek vzlétl do nízké hladiny, katapult sklouzl z háčku a model dál stoupal poháněn motorem.

i

 

    Dalo by se konstatovat „ono to funguje“. Ale znáte to. Po nějaké době začne hlodat pochybnost, jestli by nešlo něco vylepšit, prodloužit dobu letu, nastoupat do větší výšky apod. Takže jsme postoupili do fáze dalších experimentů. Vzhledem k vysokým otáčkám jsem snížil počet napájecích článků na 21 ks 1700SCR (vyhovoval mi krátký čas nabíjení) a použil jsem jinou vrtuli. Na čtyřlistý unašeč jsem namontoval „těžší“ a širší listy Aeronaut 14/8“. Subjektivní pocit z tohoto pohonu byl dobrý, odběr mírně poklesl a výkon celku zhruba odpovídal předchozí konfiguraci, odlehčení o tři články se v celkové váze příliš neprojevilo. Jen toho motorového času kdyby bylo více… Zvažoval jsem tedy užití článků s vyšší kapacitou, v úvahy přicházely NiMh GP3700mAh, dále články LiPol, případně IiIon. Dostupné informace k NiMh článkům GP naznačovaly, že v dané aplikaci by nemusela využitelná kapacita naplnit očekávání. U článků LiPol byla situace jiná, zde není problém „poskládat“ libovolnou sadu, elektrifikace akrobatů F3A je dostatečným argumentem. Favority byly články 3200 20C – ty by postačovaly v uspořádání 6S1P, případně „čínské“ 2200 15C v uspořádání 6S2P. Velkým kladem je vůči NiXX článkům úspora hmotnosti, ale odrazovalo mne, že vyžadují značnou péči v provozu a mechanicky jsou snadno zranitelné. Jistě by bylo řešitelné nabíjení s hlídáním napětí každého LiPol článku, ale v předpokládaném uspořádání by to znamenalo vždy při nabíjení dosti rozsáhlou „rozborku“ modelu kvůli přístupu k bateriím a hlavně „nekonečné“nabíjení.

    Rozhodl jsem se tedy pro LiIon články dodávané firmou Jeti (POWER-Ion) v kovovém pouzdru o kapacitě 1100mAh se stálou zatižitelností 10C v sestavě 6S4P. Články nabíjím na hodnotu 4,1V na článek, tedy 24,6V. Maximální nabíjecí proud je 3C, ale protože mohu nabíjet maximálně 10A, je nabíjení šetrnější. Čas nabíjení jsem ještě nevyzkoušel, zatím jsem nevybil plnou kapacitu, ale je akceptovatelný. Odběr na zemi je lehce nad 40A, otáčky 6600 za minutu. Doba chodu motoru je cca 8 minut, ke konci už je znát snížení výkonu. Tento pohon umožní tři plnohodnotná nastoupání do výšky odhadem 300m, což i při beztermickém počasí dovolí naklouzat slušnou dobu letu. Stoupání není nijak závratné jde tak o 2-3m/s, což však koresponduje s originálem a mě plně vyhovuje. V reálném provozu mohli model vidět návštěvníci akce Lipenecký obr, kde jsem startoval aerovlekem za modelem Vojty Součka osazeným boxerem ZDZ 100.

    Pohon nevyužijeme pouze při létání na rovině, ale i na svahu nám dodá „jistotu“ za slabých podmínek, kdy se můžeme „zachránit“ z nízké výšky, nebo si můžeme dovolit zalétnout dál od svahu, možností je více až po možnost opakovat okruh na přistání.

    Tímto uspořádáním jsem snad na nějakou dobu ukončil změny v elektrifikaci ASH-čka a předávám své zkušenosti - přestože asi příliš následovatelů nenajdu, řada zkušeností a poznatků je využitelná obecně. Je skvělé, že vývoj všech komponentů postoupil natolik, že lze najít řešení i pro úkoly, které ještě nedávno vypadaly nereálně – jako elektrifikace velkého větroně a navíc u řady prvků z tuzemských zdrojů!

    Závěrem bych rád vyslovil poděkování všem, kdo se účastnili radou či zkušeností při návrhu pohonu i při řešení dalších otázek, které vyvstávaly při vlastní realizaci a optimalizaci pohonu. Nechtěl bych na nikoho zapomenout, takže ještě jednou děkuji všem!

 Video1