طائرة هليكوبتر يتم التحكم فيها عن بعد

كانت أولى طائرات الهليكوبتر التي تعمل بالتحكم عن بعد تُزوَّد بمحركات احتراق داخلي ( تستخدم وقودًا متوهجًا ، أو نيترو ، بالإضافة إلى الغاز أو البنزين). وكانت "فئات" طائرات الهليكوبتر الأصلية تُصنَّف بناءً على حجم المحرك. فعلى سبيل المثال، كانت طائرة الهليكوبتر ذات محرك سعة 4.9 سم مكعب (0.30 بوصة ^مكعبة ) تُصنَّف ضمن الفئة 30 ، بينما كانت طائرة الهليكوبتر ذات محرك سعة 14.7 سم مكعب (0.90 بوصة ^مكعبة ) تُصنَّف ضمن الفئة 90. وكلما كان المحرك أكبر وأقوى، زادت مساحة شفرات الدوار الرئيسي التي يمكنه تدويرها، وبالتالي زاد حجم الطائرة بشكل عام. ويتراوح وقت الطيران النموذجي لطائرات الهليكوبتر التي تعمل بالنيترو بين 7 و15 دقيقة، وذلك حسب حجم المحرك وضبطه.      

ظهرت طائرتان صغيرتان تعملان بالكهرباء في منتصف التسعينيات، وهما Kalt Whisper و Kyosho EP Concept، وكانتا تعملان  ببطاريات نيكل-كادميوم سعة 1.2 أمبير/ساعة (7-8 بطاريات) مزودة بمحركات ذات فرش. إلا أن هذه المحركات، التي يبلغ حجمها 540، كانت تستهلك تيارًا كهربائيًا يصل إلى الحد الأقصى، حيث يصل إلى 20-25 أمبير في المحركات الأقوى، مما أدى إلى مشاكل شائعة في الفرش والمبدلات.

تُسهم التطورات الحديثة في تكنولوجيا البطاريات في جعل الطيران الكهربائي أكثر جدوى من حيث مدة الطيران. إذ توفر بطاريات الليثيوم بوليمر (LiPo) التيار العالي اللازم لأداء الحركات البهلوانية الجوية بكفاءة عالية، مع الحفاظ على وزنها الخفيف. وتتراوح مدة الطيران عادةً بين 4 و12 دقيقة، وذلك بحسب أسلوب الطيران وسعة البطارية.

في الماضي، كانت الطائرات المروحية الكهربائية تُستخدم بشكل رئيسي داخل المباني نظرًا لصغر حجمها وانعدام انبعاثاتها. أما في السنوات الأخيرة، فقد أصبحت الطائرات المروحية الكهربائية الأكبر حجمًا، والمناسبة للطيران في الهواء الطلق والاستعراضات الجوية المتقدمة، واقعًا ملموسًا، وحظيت بشعبية واسعة. وقد ساهم هدوؤها في جعلها خيارًا شائعًا في مواقع الطيران القريبة من المناطق السكنية، وفي أماكن مثل ألمانيا حيث تُفرض قيود صارمة على الضوضاء. كما تم تحويل الطائرات المروحية التي تعمل بالنيترو إلى طائرات كهربائية باستخدام مجموعات تجارية ومحلية الصنع.

أصغر طائرة هليكوبتر نموذجية تعمل بالتحكم عن بعد (موسوعة غينيس للأرقام القياسية 2014) هي طائرة Silverlit Nano Falcon XS، المتوفرة في العديد من متاجر الألعاب (مع أنها تعمل بالأشعة تحت الحمراء، وليس بالراديو)، ومتاجر الإلكترونيات، والمتاجر الإلكترونية، بسعر حوالي 30 دولارًا (28 جنيهًا إسترلينيًا). تليها في الحجم طائرة Nano Falcon، التي كانت تحمل سابقًا الرقم القياسي لأصغر طائرة هليكوبتر تعمل بالتحكم عن بعد.

تتنافس عدة نماذج على لقب أصغر طائرة هليكوبتر يتم التحكم فيها عن بعد غير إنتاجية، بما في ذلك عائلة طائرات الهليكوبتر الصغيرة Pixelito ، وعائلة Proxflyer ، والروبوت الطائر Micro .

من الابتكارات الحديثة طائرات الهليكوبتر الكهربائية المحورية . وقد جعلها نظام التحكم البسيط في الاتجاه، وانعدام الانحراف الناتج عن عزم الدوران، خيارًا مناسبًا في السنوات الأخيرة للنماذج الصغيرة للمبتدئين أو للاستخدام الداخلي. تُزيل هذه النماذج، كما هو الحال في طائرات الهليكوبتر كاملة الحجم، عزم الدوران الدوراني، وتتميز باستجابة تحكم فائقة السرعة، وهما ميزتان بارزتان في نموذج CCPM . لا تحتوي معظم النماذج الأرخص على لوحة توجيه، بل تستخدم دوارًا ثالثًا في الذيل للتحكم في الميل. تفتقر هذه الطائرات إلى التحكم في الدوران، وتتميز بقدرة محدودة على الحركة.

على الرغم من أن النموذج المحوري يتمتع بثبات عالٍ ويمكن تحليقه داخل المباني حتى في الأماكن الضيقة، إلا أن سرعته الأمامية محدودة، خاصةً في الهواء الطلق. معظم هذه النماذج ذات زاوية ميل ثابتة، أي لا يمكن التحكم في زاوية ميل الشفرات، بالإضافة إلى أن التحكم الدوري يُطبق فقط على الدوار السفلي. حتى مع أدنى نسمة هواء، فإن محاولة تعويضها تجعل النموذج يرتفع بدلاً من أن يطير للأمام، حتى مع تطبيق التحكم الدوري بالكامل. وقد تم تطوير نماذج محورية أكثر تطوراً مزودة بلوحتي توجيه و/أو تحكم في زاوية الميل (وهو أمر شائع في طائرات الهليكوبتر المحورية كاملة الحجم مثل كاموف ) في مشاريع فردية، لكنها لم تُطرح في الأسواق على نطاق واسع حتى عام ٢٠١٤..

في الآونة الأخيرة، اكتسبت تصاميم الطائرات متعددة المراوح شعبيةً واسعةً في هواية الطائرات المُسيّرة عن بُعد وأبحاث الطائرات بدون طيار . تستخدم هذه الطائرات نظام تحكم إلكترونيًا ومستشعرات إلكترونية لتحقيق استقرارها. وتتميز الطائرات متعددة المراوح عمومًا بأنها أقل تكلفةً وأسهل في التصنيع والتشغيل من طائرات الهليكوبتر المُسيّرة عن بُعد. وقد جعلها ذلك منصةً جذابةً لمشاريع الطائرات النموذجية للهواة والتصوير الجوي. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

تُصنف طائرات الهليكوبتر التي تعمل بالنيترو والتي يتم التحكم فيها عن بعد ضمن الفئات التالية:

• الحجم 30  : محرك 0.3 بوصة مكعبة، شفرات رئيسية 550-600 مم
• الحجم 50  : محرك 0.5 بوصة مكعبة، شفرات رئيسية 600-620 مم
• حجم 60  : محرك 0.6 بوصة مكعبة
• الحجم 90  : محرك 0.9 بوصة مكعبة، شفرات رئيسية 690-710 مم

تُصنّف طائرات الهليكوبتر الحديثة التي تعمل بالتحكم عن بُعد عمومًا حسب طول شفراتها الرئيسية (مع استثناءات قليلة). ومن التصنيفات الشائعة ما يلي:

• ميكرو (أقل من 200 مم شفرات رئيسية)
• ميني (شفرات 240-420 مم) - تسمى تقليديًا 300-450.
• 500 (425-500 مم)
• 600 (600 مم)
• 700 (حجم المنافسة القياسي)
• 800

تتطلب طائرات الهليكوبتر التي تعمل بالتحكم عن بُعد عادةً ما بين 3 و7 قنوات للتحكم (مع وجود طائرات هليكوبتر صغيرة جدًا تستخدم نظام تحكم بالأشعة تحت الحمراء ثنائي القنوات). تستخدم طائرات الهليكوبتر الصغيرة ذات زاوية الميل الثابتة جهاز تحكم لاسلكي رباعي القنوات ( للخانق ، والمصعد ، والجنيح ، والدفة )؛ بينما تحتاج طرازات زاوية الميل الجماعية إلى 5 قنوات على الأقل ( للخانق ، وزاوية الميل الجماعية ، والمصعد ، والجنيح ، والدفة ). تُستخدم القناة السادسة غالبًا لضبط كسب الجيروسكوب. أما القناة السابعة فتُستخدم عادةً للتحكم في مُنظم سرعة المحرك في الطرازات التي تعمل بالوقود. ونظرًا للتفاعل الطبيعي بين آليات التحكم المختلفة، تتضمن أجهزة التحكم اللاسلكية المتقدمة وظائف مزج قابلة للتعديل، مثل الخانق/زاوية الميل الجماعية والخانق/الدفة. ^{[ 11 ]} تتراوح أسعار أجهزة التحكم اللاسلكية بين 50 و3000 دولار أمريكي.

استخدمت أنظمة التحكم اللاسلكي المبكرة تقنية تعديل السعة (AM) لإرسال إشاراتها. وفي أواخر السبعينيات، أصبحت تقنية تعديل التردد (FM) أكثر شيوعًا.

مع إطلاق نظام الإرسال Spektrum DX6 المخصص للطائرات اللاسلكية في عام 2006، بدأت هذه التقنية بالابتعاد عن الترددات المنخفضة التي كانت عرضة للتداخل وأقل موثوقية من بروتوكولات الطيف المنتشر الجديدة. تستخدم أنظمة مثل Spektrum وJR تقنية DSM2، ولاحقًا تقنية DSMX، وهي طريقة الطيف المنتشر بالتسلسل المباشر (DSSS)، حيث تبث عبر زوج من القنوات الثابتة يتم اختيارها عند تشغيل جهاز الإرسال والاستقبال. أما الأنظمة اللاحقة، فتتجنب استخدام هذه القنوات وتستمر في البحث عن زوج آخر غير مستخدم.

تستخدم أنظمة مثل نظام طيف الانتشار بالقفز الترددي (FHSS) الذي تستخدمه شركة فوتابا تقنية القفز الترددي على نطاق 2.4  جيجاهرتز بدلاً من الترددات المختلفة في نطاقات الميغاهرتز المنخفضة. وتكمن الميزة في أن أجهزة الراديو لم تعد تستخدم ترددًا ثابتًا أثناء الطيران، مما يقلل من خطر التداخل على ذلك التردد الثابت.

باستخدام أيٍّ من الطريقتين، يمكن للعديد من أجهزة الراديو الإرسال في وقت واحد دون تداخل فيما بينها. تُغيّر أنظمة فوتابا التردد كل 2 ملي ثانية تقريبًا، لذا حتى لو استخدم جهازا إرسال نفس القناة، فلن يستمر ذلك طويلًا. لن يلاحظ الطيار أي سلوك غير طبيعي للطائرة النموذجية خلال 1/500 من الثانية التي يحدث فيها التداخل. وهذا يمنح الطيار ميزة تشغيل جهاز إرسال دون الاكتراث بالقنوات المستخدمة حاليًا من قِبل أجهزة راديو الطيارين الآخرين.

من عيوب تردد 2.4  جيجاهرتز ضرورة توخي الحذر أثناء التركيب، إذ قد تحجب بعض المواد، كألياف الكربون، الإشارة. وفي بعض الحالات، يلزم استخدام أجهزة استقبال الأقمار الصناعية المزودة بهوائيات ثانوية لضمان خط رؤية أفضل مع جهاز الإرسال . ومن عيوبه الأخرى عدم وجود معيار موحد لتردد 2.4  جيجاهرتز يسمح باستخدام أجهزة الاستقبال والإرسال معًا بغض النظر عن الشركة المصنعة.

يتطلب تعلم قيادة طائرة هليكوبتر لاسلكية ذات تحكم جماعي في زاوية ميل الشفرات وقتًا وتدريبًا. ينضم العديد من هواة الطائرات النموذجية إلى نادٍ ليتلقوا التوجيه من طيارين ذوي خبرة في هذا المجال، أو يتبعوا أدلة عبر الإنترنت. ^{[ 12 ]}

تحتوي طائرات الهليكوبتر التي يتم التحكم فيها عن بُعد عادةً على أربعة عناصر تحكم على الأقل: الدوران (الميل الدوري)، والمصعد (الميل الدوري للأمام والخلف)، والدفة (الانعطاف)، والميل/الخانق (الميل/القوة معًا). ^{[ 3 ]} في الطيران البسيط، يُضبط جهاز التحكم عادةً بحيث يكون الميل حوالي -1 درجة عند استخدام عصا التحكم بنسبة 0%، وحوالي 10 درجات عند استخدام عصا التحكم بنسبة 100%. من الضروري أيضًا تعديل الخانق بالتزامن مع الميل للحفاظ على سرعة دوران ثابتة للطائرة. هذا مفيد لأداء طيران متسق وسلس.

إذا رُغِبَ في أداءٍ بهلواني ثلاثي الأبعاد، يُستخدم وضع الطيران التلقائي للتحكم في قوة المحرك، أو وضع "الخمول التصاعدي ". في هذا الوضع، يتراوح ميل الشفرات الجماعي من حده السالب عند إدخال عصا التحكم في قوة المحرك بنسبة 0%، إلى حده الموجب عند إدخالها بنسبة 100%. من ناحية أخرى، يتم تعديل قوة المحرك تلقائيًا للحفاظ على سرعة دوران ثابتة، وعادةً ما تكون عند أدنى قيمة لها عندما تكون عصا التحكم في مركزها وميل الشفرات صفرًا. يسمح هذا الوضع للشفرات بتوليد قوة دفع للأعلى (باستخدام ميل سالب)، مما يُتيح، عند قلب الطائرة، طيرانًا مقلوبًا مستدامًا. عادةً ما يُستخدم جهاز تحكم لاسلكي حاسوبي أكثر تطورًا لهذا النوع من الطيران، مما يسمح بتخصيص مزيج قوة المحرك والتحكم في الشفرات الجماعي.

لا تختلف عناصر التحكم الدورية وعناصر التحكم في الانعطاف بحكم التعريف في هذين الوضعين، على الرغم من أن الطيارين ثلاثي الأبعاد قد يقومون بضبط نماذجهم لتكون أكثر استجابة.

تستخدم معظم طائرات الهليكوبتر التي يتم التحكم فيها عن بُعد جهاز إرسال محمول مزود بهوائي يرسل إشارات إلى مستقبل الطائرة، وعادةً ما يكون بتردد لاسلكي يبلغ 27  ميجاهرتز أو 49  ميجاهرتز أو 2.4  جيجاهرتز. ^{[ 14 ]} كما تستخدم بعض الطرازات أجهزة راديو تعمل بالأشعة تحت الحمراء. إلا أن هذه الأجهزة تعاني من عيب يتمثل في احتمال تأثرها بأشعة الشمس أو مصابيح الفلورسنت، ^{[ 15 ]} مما يجعلها أكثر ملاءمة لطائرات الهليكوبتر التي يتم التحكم فيها عن بُعد داخل المباني.

تحتوي أجهزة التحكم اللاسلكية عمومًا على عصا تحكم مزدوجة تُستخدم للتحكم في حركة المروحية. في جهاز إرسال رباعي القنوات، توجد أربعة أوضاع مختلفة يمكن ضبط عصا التحكم عليها: ^{[ 16 ]}

• الوضع 1 - يتحكم عصا التحكم الأيسر في حركات الميل والانحراف، بينما يتحكم عصا التحكم الأيمن في حركات الخانق والدوران.
• الوضع 2 - يتحكم عصا التحكم الأيسر في حركات الخانق والانعطاف، بينما يتحكم عصا التحكم الأيمن في حركات الميل والدوران.
• الوضع 3 - تتحكم عصا التحكم اليسرى في حركات الميل والدوران، بينما تتحكم عصا التحكم اليمنى في حركات الخانق والانعطاف.
• الوضع 4 - يتحكم عصا التحكم الأيسر في حركات الخانق والدوران، بينما يتحكم عصا التحكم الأيمن في حركات الميل والانعراج.

قد تتضمن أجهزة الإرسال أدوات ضبط لكل محور لتصحيح أي حركة غير مرغوب فيها للطائرة المروحية.

تتضمن بعض أجهزة الإرسال اللاسلكية كابل شحن لشحن بطارية المروحية باستخدام بطاريات جهاز الإرسال نفسه.

يمكن التحكم ببعض طائرات الهليكوبتر التي يتم التحكم فيها عن بعد من خلال هاتف ذكي أو جهاز لوحي . عادةً ما يتم التحكم عبر تطبيق يتم تنزيله من الشركة المصنعة للطائرة، وغالبًا ما يشبه ذلك أزرار التحكم المادية الموجودة على جهاز الإرسال، أو يستخدم مقياس التسارع المدمج في الجهاز المحمول.

يمكن التحكم في طائرات الهليكوبتر التي تعمل بالأشعة تحت الحمراء باستخدام جهاز إرسال الأشعة تحت الحمراء المتصل بمنفذ الصوت 3.5 ملم في جهاز محمول. ^{[ 17 ]}

ومن طرق الاتصال الأخرى المستخدمة تقنية الواي فاي . يقوم الحاسوب المدمج في المروحية بإنشاء شبكة لاسلكية خاصة به ، والتي يتصل بها الجهاز المحمول المزود بتقنية الواي فاي ويتواصل من خلالها مع المروحية. ^{[ 18 ]}

في يوليو 2013، عُثر على جثة رجل سويسري يبلغ من العمر 41 عامًا في ماوينسي بالقرب من طائرته الهليكوبتر النموذجية. وقد أصيب بجروح بالغة في الرأس والذراع. ^{[ 22 ]}

سلط حادث وقع في سبتمبر 2013 في مدينة نيويورك الضوء على المخاطر المحتملة للطائرات الهليكوبتر النموذجية التي يتم التحكم فيها عن بعد، عندما توفي شاب يبلغ من العمر 19 عامًا، وهو هاوٍ ذو خبرة كبيرة في قيادة الطائرات الهليكوبتر التي يتم التحكم فيها عن بعد، بعد أن أصابت إحدى شفرات طائرته الهليكوبتر رأسه. ^{[ 23 ]}