くるくる回るテストベンチ 改良

2S化したV120D02Sに初めて使った回転式テストベンチですが、思い当るところがあり改造しました。

ターンテーブルの重量を測ってみると、なんと117gもありました。

テストするヘリの重量が130gなのに、ターンテーブルが117gもあります。

この重いターンテーブルの慣性力もヘリのテールで制御する必要があるのでテールのテストには不向きなことは明白です。

で、改良することにしました。新しいターンテーブルは、プラ板を加工して製作します。

手元にあるプラ板は1.2mmが一番厚手です。

板一枚ではヘリを載せた時に撓むので補強することにしました。

これで重量は19gです。これならそんなに慣性力もなさそうです。

土台に取り付けた状態

ヘリを載せてみました。

前回のテストで、テールを止める時にお釣りが来た事や、ジャイロ感度が上がらない原因が機体側ではなくこれでありますように！

V120D02S 2S化 連載 １１回 やっと完成 設定・調整

モーターが到着したことで、やっと機体が完成しました。

完成機体の記念写真です。

手前は、オリジナルのV120D02Sです。（置き方間違えた）

2Sモーターは、8000KVとKV値が小さいので、ひょっとしたらコギングも小さく始動性もよいのではないかと期待してましたが、手で回した感触では1S　16500KVと同じくらいコギングは強いです。

さて、完成機体の調整です。

まずは一番気がかりな機体重量はどうなっているかですが、

補強や機能付加でかなり機体重量が増加しているはずです。果たして飛べるか？との懸念もあるほど機体を持った感じは、オリジナルに比べて、重く感じられます。

で、測定。バッテリーは2S　300mahを着けて計ってみました。

129g…かなり重たい。オリジナルは1S　600mahを載せて99gだから　3割アップです。

原因は受信機とエクストラアンテナの重量が大きいです。

次は、ZYX-S　3軸ジャイロの設定。

パソコンと接続し、こんな画面で設定を行います。

最初は、右上のsetupボタンを押して、CCPM形式、サーボのトラベルアジャスト、サブトリム、リバース設定　3軸ジャイロの方向などを説明通りに行います。

これがあれば、プロポは5CHの普及品があれば十分です。高級プロポ側の機能を使う必要が全くありません。

ジャイロの味付けは画面上部に並ぶボタンでワンクリックで行えます。

とりあえずは3D　SOFTに設定。

次に、今回用にESCを追加発注してました。右は一緒に発注した、次の改造予定のMINI　CP用のXP-7Aです。

これにも組み込んだBLHELIのガバナーの設定。前回テスト済なのでそのままの設定をとりあえず使ってみます。

ここまでやれば、次はテストベンチでの計測です。

今回は、くるくる回るテストベンチを使用してみました。

電源を繋ぐとしばらくセルフテストを行い、バインド完了となります。

どうせ、脱調でモーター回らないだろうなと思いながらスロットルスティックをゆっくり上げていくと、なんとスムーズに回り始めました。これは意外でした。

試しに、ESCの設定で、モーター進角を、medium　lowからmideumに進めてみても大丈夫そうなので変更しました。

ところが、テールの抑えが全く効きません。最初は、くるくる回ってテストベンチに電源線が絡みつきました。

テールサーボの向きやジャイロの方向を確認し、サーボの向きが逆なのを直して、再挑戦。

ノーマルモードは、ジャイロがヘッドロック（AVCS）じゃないので、ゆっくり左に回転します。

リンケージで直そうとしましたが、リンク1回転で、右左が変わって中立点が見つけられないまま、ヘッドロックモードにしました。

調整後かなりハードに左右に振ったり、ピッチのアップダウンを繰り返しましたが、摩擦で止まっているテールシャフトが移動することはなかったので、テールクラッチの仕様はこれで良しとします。

ただ、ジャイロ感度はZYX-Sの推奨値の68%ではハンチングが出るため、60%に下げざるを得ませんでした。

これは、かなりの懸念事項です。感度を下げたため、急激なラダー操作の後少しお釣りが来て、ピッタと止まってくれません。ジャイロの固定方法なのか、テールシャフトの材質に問題があるのか？そもそも120クラスにこのジャイロを使うのが間違っているのか？

この辺は実際飛ばしてみての調整になりそうです。

さて、機体重量増加に見合うパワーアップはあるのか？推力測定です。

今回はついでに電流も計ってみました。

ガバナーのスロットル設定は、

ノーマルモード　60%フラット
ST1モード　　　　64%フラット
ST2モード　　　　68%フラットです。

結果

ノーマルモード（ピッチ-3°~9°）では3500回転を維持　電流はホバリング時2.2A

ST1（ピッチ-6°~12°）でも3750回転を維持　電流はゼロピッチで2.2A～最大（ピッチ12°時）5.4A

ST2（ピッチ-12°~12°）では、3800回転～4100回転～3800回転　電流は最大6.3A（ピッチ12°時）でした。

さすがに回転数維持はできませんが、回転の落ち込み度合いは少ないようです。

しかし、6.3Aも流れていると300mahのバッテリーでは

0.3÷6.3×60（分）=2.8　　飛行時間2.8分です。

ピッチ12°でずっと飛んでるわけではないのでもっと長いとは思いますが。

ちなみにホバリングでは

0.3÷2.2×60=8.1(分）ですから、1S　16500KV　600mahと変わらないことになります。

これってかなり優秀？？

で、



推力は、ST2　ピッチ12°で　なんと314gでした。


1S　16500KVモーターの時は、200g前後でしたから、1.5倍以上の値です。

パワーウェイトレシオは

1S　2.02に対して　2S　2.43　ですから2割のパワーアップです。

これはかなり期待が持てます。


これから外出のため実際の飛行は次の週末に持越しです。

以下次号

V120D02S 2S化 連載 第10回 課題整理

なかなか到着しないモーターのため、ずるずる先送りとなっている課題を整理してみると

１．テールクラッチの改良
２．リンケージの改善
３．ロングテールの捻れ剛性強化
４．メカ用電源の安定化
５．始動性の改善
などがあります。

まず

１．テールクラッチ改良

摩擦を利用したテールクラッチですが、suantanki様から、遠心力で摩擦が減少しテール軸が移動するのではないかとのご指摘があったので、少し改良してみました。

改良点は、シリコンチューブが遠心力で膨らまないようにカバーするというものです。
カバーに使った材料は、内径3mm×外径4mmのカーボンパイプです。
そのために、クマー隊様のご指摘のように、カラーを使わず、シリコンチューブの長さをコーンギアから反対側までの長さ＋αとし、その外側にカーボンパイプをかぶせました。
＋αでコーンギアとの摩擦を確保します。
この中に軸を通すのが大変でしたが、かなりの力で軸方向に押しても移動しませんし、回転していてもチューブは膨らまないので同じ摩擦力が得られるはずです。
日曜日、飛行場でテールクラッチつけてる人がいたので、テールを手で回した感じを確かめると、かなりゆるゆるですがちゃんと機能してることがわかりました。３Ｄのぐりぐりもちゃんとできてました。
これに比べると、現在の摩擦はかなりなもので大丈夫そうです。
というか、これって製品化されてるのと同じものになっちゃいました。


２．サーボリンケージ

デジタルサーボ搭載のV120D02Sは、サーボの固定方法からそのままではつかずマウントを改造してる関係で、サーボの縦位置が5㎜上がってます。と同時にサーボの横方向の位置も標準から変わってしまってました。

高さが上がるのはリンケージの長さを短くすれば良いのですが、平面上の位置がずれてるのはどうしようもありません。
この辺が、私の抜けてるところというか、肝心のところの押さえをせず取付優先で進めた結果です。
が少し改善する必要があります。
このままだと、リンケージが斜めなので、肝心のCCPM制御で癖が出そうです。
それに、よく見るとサーボホーンもかなりちゃっちくて直ぐ割れそうです。

で、サーボホーンの補強と、リンケージの修正のために下記の改善を行いました。

サーボホーンの補強と、位置調整を兼ねて、プラ版で加工。

サーボの上下を入れ替える。

上の改善前の写真と比べるとかなり改善されました。
これ以上はリンケージでは無理なので、癖が出そうだったらプログラムミキシングでの修正となりそうです。

その時の強い味方は、スワッシュレベラーです。
海外通販で2.5mmシャフト用が新たにGCP、MINI CP V120D02S用に発売されていたので買ってみました。

ピッチの全域でスワッシュの水平を見ようと思ったらこれを使うのが便利です。


３．ロングテールの捻れ剛性強化

V120DQ05のテールが1cm長い事から採用してますが、駆動シャフトが1.5mmのカーボンロッドのため大変良く捻じれます。
まずやったのが、カーボンロッドの交換です。国産の1.5mmカーボンロッドに変えただけでもかなり剛性上がりました。
それでもステンレスに比べると、かなり捻じれます。
で、次にトライしたのは、1.8mmのカーボンパイプを利用して、ギアとベアリング部のみ1.5mmを接着してDカットするというものです。接続部でセンターが出るか不安でしたが、カーボンパイプの穴自体のセンターが出ていなくて没です。

最後は、秋葉原のヨドバシで見つけた、真鍮棒1.5mmを使うというものです。真鍮は強度がなくすぐ曲がってしまいますが、ねじれはありません。

写真　上から

V120DQ5用カーボンロッド

1.8mm継ぎ足し案(没のため長さ調整前）

国産1.5mmカーボンロッド使用案

真鍮棒利用案

V120D02S用ステンレスシャフト

結局、真鍮を使ってみることにしました。

４．メカ用電源の安定化

モーター供給電圧　7.4V
受信機電圧　　　　5.0V
サーボ電圧　　　　5.0V
搭載予定のESC（XP-12A）は
モーター供給電圧　7.4V
受信機電圧　　　　5.0V
サーボ電圧　　　　5.0V

で、無問題ですが、
電流許容値は1.5Aしかありません。これで、受信機、ジャイロ、デジタルサーボ4個を動かす必要があります。
T-REX600Eは、6S 4000mah×2個積んでるにもかかわらず、メカ用に別に2S　2200mahのlipoを積んでます。
それでも、このメカ用のlipoは3フライト位しか持ちません。この頃のメカはかなりの大飯食いなようです。
マイクロヘリでは重量の関係でメカ用にバッテリーを別に積む事はしたくないですが、電流不足でノーコンにもしたくありません。

で、lipoから直接5V取り出すことを考えました。
アイテムは、murataのレギュレータ、6A用と3A用があります。入力は12Vまで出力は可変で抵抗値で調整できます。
価格はそれぞれ900円と450円

しかし、完成後にテスト後導入を考えるという事でとりあえずは保留とします。

そうこうしているうちに、ついにモーターが到着しました。

完成に向けて作業開始です。

以下次号

オートローテーションランディング t-rex700 vs t-rex 250（シミュレーター）

コメントに質問があったので、オートローテションランディングをシミュレーターでやってみました。

オートロの目的は、本来は、ヘリが上空飛行中に異常があった場合などに動力がなくても緊急着陸できるように考えられたものですが、ラジコンの世界ではF3Cなどのコンテストの上空飛行の最後の種目として取り入れられています。

もちろんラジコンでもコンテスト以外に飛行中に異常があった場合などは非常に有効な機体回収手段ですので、上空飛行に進むときには練習しておいて損はない技術です。

原理は、ヘリが下降するに伴って、ピッチをマイナスにしておくことで下からの風をローターが受けて、まるで風車のように、ローターを回転させ続けることができることを利用し、上空でエンジン(モーター)を停止させ(あるいはホールドに入れ）、ピッチのマイナス具合でゆっくり降下させるとともに姿勢を安定させ、エレベーターやエルロンの舵も効かすことができるようにします。

地面寸前にピッチをプラス側に変化させることで機体に浮力を与え降下速度を限りなくゼロにすることと、エレベーターで前進速度を無くすことで着陸を可能にします。

オートローテーションランディングの動画をアップします。最上点でホールドに入れています。その後は、上に書いた原理で、機体をピッチ操作で徐々におろし最後にピッチアップで着陸です。

しかし、下の動画でもわかるように、小さな機体だと、ピッチアップとともにローター回転がすぐに無くなってオートロはかなり難しいです。

ましてや、100クラスや120クラスのマイクロヘリでは、オートロはまず不可能だと思います。

T-REX 700

T-REX 250

これはどういうこと？ BLHELI

いまだに送られてこない2Sモーターの在庫を確かめるべく、MIRACLEMARTのページを見たら、
なんと、BLHELIのファームが載ったESCが売られているではありませんか？

http://www.miracle-mart.com/store/index.php?main_page=product_info&cPath=83_167&products_id=8975

しかも、ファーム書き換え用USBスティックも

http://www.miracle-mart.com/store/index.php?main_page=product_info&cPath=83_167&products_id=9063

あります。

今のところ、MCPX用の10A　ESCのみです。

本来、BLHELIはGPLで書かれており、オープンソースなので商売に使っちゃいけないはず？？

本家のOVERSKYのページでは、

http://www.overskyrc.com/index.php?main_page=product_info&cPath=12&products_id=54

で確かに製品化されてます。

このページの最後にこんなクレジットがありました。

ATTENTION:

-The sofeware of this ESC is from BLHeli

- BLHeli should be acknowledged as the root of the code with appropriate copyright notice

- If changes are done to the firmware, the source code shall be open There is no money involved, BLHeli do not take fees, nor encourage donation

著作権表示することで許されるのでしょうか？表現もちょっと勘違いな感じです。

helifreak.comでも話題になっており、

http://helifreak.com/showthread.php?t=431226&highlight=oversky+blheli

こんなスレッドが立っています。

何とか解決の方向には向かっているようですが、さすがパクリの中国の真髄を見た感じです。

V120D02S 2S化 連載 第9回 ガバナー実験～ハプニング(墜落2回）

テストしたガバナー機能を実際に飛ばしてテストしてみました。

まず、飛行時間ですが、前回同じモーターとESC(XP-12A）でLipo750mahのバッテリーだと2分しか飛ばなかった02Sですが、今回は7分ほど飛んでました。

スタント２に入れて機体をかなり動かしても、感覚的にローター回転数は変化ありません。かなり安定して回っています。

ジャイロ感度を75%まで上げてみましたがハンチングも出ません。これだとフルピッチかけて回転が落ちても機体が触れることもありませんでした。

ところが、Lipoを3パックほど気分よく飛ばしていたら、このところシミュレータで背面系ばかりやっているのでホバリングピルエットの対面で舵が分からなくなり生垣に激突。

メインギアのマスト固定部分のハブが破損しました。

こんなところが破損するのは初めてです。ここは、D02系の160tのメインギアが使えるようにシャフトを2mmに加工してあるところですが、破損はシャフトではなくメインギアのほうでした。

で、さっそく修理ですが、改めて比べてみると

なんかやっぱり、02Sの100Tほうが頑丈そうです。
という事で、修理は100T＋ピニオン9Tに変更して修理することにしました。

という事は、同時にコーンギアも変更です。これも比べると

右が02S用ですが、やはり頑丈そうです。

で、組み上げた機体

いっぱいESCからコネクターが出てます。上からバッテリー接続用、真中は設定やファーム書き換えのためのパソコン接続用、下はKVメーター用端子です。しかし、実際飛ばすのには、バッテリー端子しか使いません。

ESCも実験用に仮固定です。（シュリンクチューブがないのでメンディングテープで巻いて両面でくっつけてます）

この結果、160T-14Tのギア比11.43から100T-9Tの11.11に少しギア比が変わります。（高回転型）
昨日のスロットル64%で4140回転は計算上4260回転に上がることになります。
果たして、テストベンチで回転数計測すると、ノーマル4250回転、ST1　4500回転、ST2　4650回転でした。
この回転数では、フルピッチで維持できないので、スロットルカーブの設定をノーマル57%フラット、ST1、ST2とも60%フラットに変更しました。
結果、ノーマルモードで4000回転、ST1,2で4200回転になりました。（ちょっと計算が合わない？）

さっそくテスト飛行と思って玄関先でホバリングさせようと思ったら、D02とD02Sでメインシャフトの長さが違うため、ピッチが狂って浮きません。さっそくピッチ調整。

下写真が現在お気に入りのゼロピッチ確認法。

両ローターにピッチゲージを取り付け、それが平行になるところがゼロピッチ
この位置でデジタルゲージをゼロアジャスト。
これで、マストを垂直に立てなくてもデジタルゲージ直読でピッチ調整ができます。

ついでに、センターハブ固定ピンの抜き方。

大型ヘリ用のリンクペンチを使うとうまく簡単に抜けます。

閑話休題

フライトインプレッションは、これがファーム書き換え前のまともに飛ばなかった同じESCかと思うほど安定して飛ばしやすいです。

特にスタントモードで0ピッチ近くの過回転が抑えられるので非常に安定し、ジャイロ感度も上げられるし、バッテリー効率も良いのか飛行時間が伸びたのも感激ものです。

始動時の脱調はギア比が下がったためか160Tの時よりは悪くなってますが慣れてコツをつかめばなんとか使えそうです。

後は、このモーターでも12度ピッチで回転維持できてないので2S化してこの辺がどうなるかでしょうか？

ついでに、外した純正のESCでこんな実験してみました。

このESCに2Sバッテリー繋いだらBEC（受信機の電源供給端子）出力はどうなるかです。

おなじみ、自作電源で7.55Vに設定し、

ESCの右側バッテリ端子につなぎ、下の受信機接続端子（小さいので変換コネクターでJR用の端子にして）テスターで計ってみました。

事前予想は、5Vに落ちて出てきてるのだろうと思ってましたが、なんと驚いたことにそのまま7.55Vありました。
2Sバッテリーは充電直後は8V以上あるので、この電圧に耐えられるサーボってあるのでしょうか？
やはり2SバッテリーをV120D02Sにポンつけするのは無理があるようです。

この後、午後、飛行場に行ってもう一度テスト飛行しましたが、風が強く（言い訳）もう一度墜落。
今度はサーボのギア欠けが発生してしましました。

walkera飛ばしてる人は、ジャイロ感度は100%近くで飛ばしてるようです。75%に上がって喜んでる場合じゃないですね。自分も今度上げて飛ばしてみよう。

以下次号

V120D02S 2S化 連載第８回 ガバナー機能の実験

回転計が使える明るいうちに、ガバナー搭載のESCをHP08　１Sモーター搭載のV120D02Sでテストしてみました。

結果は、うまくやれば使えそうです。

設定が今一まだ良くわかりませんので、当てずっぽうでスタント2のスロットルカーブを64％フラットでピッチを−12度から12度の直線にしてテストしました。

最初は、脱調でモーターが全く回らない状態から始まりましたが、デフォルトの設定項目のうちモーターの進角設定をMedium Lowにする事と、PWM FrequencyをLowからHighに切り替えることで、かなりスムーズに回し始められそうです。今のところの最良の設定画面をアップします。

motor/gear Setupはmcpx用であてにならないので無視してます。

startup RPMやStartup Accelerationは始動時のスロースタート設定です。
このくらいでゆっくり回転が上がってきます、

Mai Gogevernor P-gain,I-gainは今のところどういう効果なのかよくわかりません。

スロットルカーブ64％フラットでピッチ変えても回転は4140回転に固定されます。

これは、かなり気持ちが良いです。

ただ、ピッチが12度近くになるとトルクが追いつかないのか回転が3500回転まで落ち込みます。4140回転を維持できるピッチは−10度から10度の範囲みたいです。しかし、±12度のスラスト（推力）は全備重量が105gの機体で200gと−230gで最大ですので、回転落ちでテールが振られなければこのまま使えそうです。

今日の最終の設定は、ノーマルモードスロットル　64％、スタント１　70％、スタント２　74％としました。これによる設定回転数は4140回転、4200回転、4300回転でした。しかしいずれもピッチが12度近くになると回転落ちは同じなので4140回転で統一しても良さそうです。

±１2度の範囲で設定回転数を維持するためには、もう少しトルクのあるモーターを使うか、回転数を下げるかだと思いますが、このへんは今後もう少し試行錯誤してみます。

しかし0ピッチでも回転が上がらず4140回転を維持するのはなかなかのものです。

ガバナーを外すと4500回転は回っていました。

過回転によるハンチング防止や、無駄に電池を消耗しないのでフライト時間も伸びそうです。

V120D02S 2S化 連載第7回 ガバナー機能の搭載 その３

前回の宿題は、ESCのXP12AをBLHELIのファームに書き換えて、しかもJRのDSX11送信機（DEMJ方式）とTAROTのZYX-Sを受信機に使った場合に、PWM制御されているスロットル出力とモーター回転数の関係を考察することでしたが、

そのヒントとして、MCPX用のPWM出力とローター回転数の関係が解かるスプレッドシートを見つけてここから何とか上記関係を見つけようとしました。

そのスプレッドシート（再掲）

MCPXメインギアの歯数は

買って数えるは、もったいないので、通販ショップの画像を拡大してフォトショップで色を変えながら数えると64枚と判明しました。これで、モーターとローターの回転数の関係はわかります。

しかし、このシート中に出てくる1-2*((255-PWM/256)-0.25という式の意味が全く分かりません。

それ以外の計算過程はなんとなく想像がつくのですが、この式を理解しようとすると、"PWM制御とは"という制御工学の基本から勉強する必要がありそうです。

基礎知識のない自分にはできないし、やる気にもなりません。

で、習うより慣れろ？演繹法より帰納法？で

実験してみることにしてシステムを組みました。システムというほど大げさではないですが、全体像は下記です。

送信機：JR　DSX11

電源：TURNIGY　1080W　18V　安定化電源

ヘリ受信機への電源　：　自作電圧可変電源　MAX電流15A　電源電圧4.02Vに設定（1S）
電圧監視　　　　　　　　：　デジタルテスタ

モーターのKV値およびRPM測定　：　ホビーキングK1 KV/RPM METER
KV/RPM METER用電源　　　　　　：　3S　2200mah　LIPOバッテリー (1Sではこの機械動きません）

ESC　　　　：　OVERSKY　XP12A（BLHELI　FIRM　VER6.11書換え）
受信機　　：　TAROT　ZYX-S　3軸ジャイロシステム＋JR　EA131　エクストラアンテナ
モーター　：　walkera純正12000KVブラシレスモーター

受信機用電源電圧4.02VでTAROT　ZYX-Sが動作するかどうか心配でしたがサーボを動かさなかったので大丈夫でした。
しかし、本番の受信機への電源供給は少し考えたほうがいいかもしれません。デジタルサーボを4つも駆動しなければならないのですが、ESCの許容電流は1.5Aしかありません。（この件はまた後日---また課題が一つ増えた）

今回の実験は、モーターは無負荷で行ったので（夜の人工照明下ではローター回転計が働かない）、また、後日明るいうちにローターが付いているHP08　1Sモータでも実験してみようと思います。

で、結果ですが、
スロットル開度74%から100%までモーター回転数の変化がありませんでした。

その時の回転数が51300RPM

KV値が12782でした。（多少変動がありKV撮影時の回転数は51360になってます）

walkera純正モーターのKV値は12000ですから、最高回転数まで回っていることになります。

また、walkera純正のDEVO8送信機、V120D02S純正受信機、純正ESCと純正12000KVモータでも測定したところ、スロットルフルハイでKV値12878　回転数51360でした。

という事は、ガバナーモードでモーターを回した場合、スロットル開度74%で最高出力が出てその時の回転数が51300回転という事です。言い換えるとESC側でこれ以上の回転数を要求してもモーターの性能で回らないという事です。

なんとなく、ガバナー機能は働いてそうだという事がこの実験でわかりました。
後日、負荷をかけて負荷変動があった時に回転数を維持するかどうかもう一度実験してみます。

それから、このモータをV120D02Sに載せた場合は、ギア比が10:1ですからピッチ0度効率95%とすると最高回転数は4870回転となります。この設定だとフルピッチ12度でサイクリックピッチが入った場合は抵抗でこの回転数を維持することは到底できないので、もっと低い回転数に設定しないとガバナーの意味がなさそうだという事です。この辺のガバナーモードのスロットル開度をどのくらいにすれば良いかはHeliFleak.comのフォーラムでもかなりの話題になってます。（MCPXの場合ですが）

以下次回