浅谈遥控精准特技模型飞机的器材、安装与调试(2)

2. YS四行程发动机的原理、磨车与调整

YS四行程发动机扭矩充沛、功率强劲，且结构紧凑、重量较轻，是油动特技模型飞机的理想动力。但由于发动机整体设计、加工工艺与常见的四行程发动机有所不同，因此需要对YS发动机有一定了解认识，才能做到物尽其用。

FZ-110S与FZ-115S发动机具有独特的油箱增压供油系统（更小排量的FZ-63S与FZ-70S发动机工作原理类似）。在机匣高度气密的前提下，活塞下行的压缩混合气经单向阀送至密封油箱内。然后压缩混合气流经气泵，此时气泵燃油流动途径导通。油箱内燃料经过气泵流入化油器。考虑到FZ系列发动机实际工作要求与操作方便性，可使用图15中的实用油路连接。图中发动机增压接头、单向阀、三通接头A与油箱增压管依次相连，且单向阀的方向由发动机指向油箱，如因疏忽等原因导致反接则会引发发动机不能工作甚至损坏单向阀。燃料自油箱供油管流出，经三通接头B和油滤，供应至发动机。在加油时，移除两个油堵，即可通过三通接头B向油箱内加油。而在飞行结束或发动机运转停止后，要及时移除油堵A，释放油箱内的压缩气体。正因为这种独特的增压供油原理，FZ系列发动机的启动过程与常见发动机不同，以FZ-115S为例（同系列发动机启动方法与其接近，仅初始主油针开度与盘车时风门位置略有不同）：打开主油针约2圈，保持略微富油的初始状态；将风门打开至约20%的位置，缓慢用手转动螺旋桨10圈左右，完成对油箱的增压，并确认燃料流入化油器；将风门收回怠速位置，准备工作即告完成，可接通电热塞电源并启动发动机。

不同于FZ系列发动机油箱强制增压的“准油泵”设计，DZ160、DZ170与DZ175发动机具有真正由气门顶杆与机匣压缩气体共同驱动的油泵，因而供油更加稳定，且避免了因油箱增压可能产生的各种问题。另外，DZ系列发动机采用汽缸内直喷燃料设计，燃料汽化充分、燃烧效率更高，且可以使用低硝基、低油成分的燃料，降低对环境的废气污染。如传统电热塞版本DZ系列发动机使用硝基成分15%～30%、合成油成分20%～24%的优质燃料；而CDI版本DZ系列发动机燃料，其合成油成分低至5%～25%、硝基成分在25%以下均能满足要求，甚至允许不含硝基成分。图16为一种常用的油路连接：油箱通气管通过三通接头、单向阀与外部空气联通；其方向指向油箱，可防止杂物意外进入油箱，并保证燃料不会经由通气管泄露并污染腐蚀机体；供油管与加油器、油滤依次连接，最后接入发动机燃料入口。如果使用YS原装油滤时，应将内部的纤维滤网拆除，仅保留金属滤网。在加油时，先移除油堵，通过加油器向油箱内输送燃料。如果发动机短时间内不需运转，可使用油管夹锁死加油器硅胶管，避免燃料进入发动机。如果长期放置，则应移除油堵，通过加油器抽出油箱内残余燃料。加油器通常可选用日本Tettra品牌配件，也可以自行制作（图17）。另需特别注意，由于DZ系列发动机在启动时，如果混合气中燃料成分过多或风门位置过高易产生爆震，可能影响发动机寿命，甚至直接损坏减震支架和油压避振器，因此应保证怠速启动，且最好在发动机被启动器带动并稳定旋转之后，再接通电热塞或火花塞电源。

装机之前，YS四行程发动机应严格按照规范在专用台架上完成台架磨车与初步调整。磨车台架要坚固稳定，且便于拆装和调整发动机。图18为一款专门设计的YS发动机磨车台架，包含了接收机、接收电池、油门舵机和油箱，便于通过遥控器控制发动机，安全可靠。该磨车台架还可通过更换专用安装部件，完成70～170级别发动机的磨车工作。对于发动机的固定方式，有两种不同的认识：日本及台湾地区在磨车台架上使用减震支架，吸收和降低了发动机运转时产生的震动尤其是高频震动，但发动机机匣的低频抖动并未消减甚至略有加强；而在欧美地区一般使用有一定吸震作用的木质台架，发动机被直接固定在台架上，通过刚性固定限制发动机低频抖动，并利用木质台架本身特性吸收发动机高频震动。笔者介绍的磨车台架上，参考了欧美的安装思路，使用可更换的木质安装部件装配发动机（图19）。

通常，发动机应以中低速略富油状态磨车，耗费2～3箱燃料。磨车过程中应注意观察，要在燃料耗尽前以关闭风门的方式停止发动机运转（图20）。磨车结束后，可在台架上进行初步调整。以FZ系列发动机为例，启动并热车后缓慢将风门推至最大，借助转速表寻找最高速时的发动机主油针位置，随即向富油方向转动约1/8～1/4圈。从怠速至2000～2200r/min时，若发动机转速逐渐降低并熄火，可判断为低速富油，副油针应向逆时针贫油方向调整（严格说，此处是一个进气微调装置，顺时针富油、逆时针贫油，与常见发动机相反）；反之则应向富油方向调整。DZ系列发动机，主油针调整方法与FZ系列基本类似，但通常以调节发动机前方的油泵来优化怠速与加速表现。

3.无刷动力系统

目前，无刷动力系统在特技模型飞机及其它航模项目上的地位日益重要。其中，无刷电机是系统中最核心的部件。在电动特技模型飞机中，外转子无刷电机与内转子无刷电机均有应用，且各有优缺点。外转子无刷电机结构简单、保养简便、扭矩较大，可以直接驱动大直径、大桨距螺旋桨；但电机重量较大，相对于同级别内转子无刷电机耗电更高，且转动惯量较大，飞行中陀螺效应也相对明显。内转子无刷电机重量较轻，转动惯量较小，效率通常高于外转子无刷电机，但转速高、扭矩小，通常需要加装减速齿轮箱（齿轮箱需定期维护及更换剂），价格较高，主要用于要求较高的比赛。近年来已出现了不需齿轮箱减速、直接带动螺旋桨的内转子无刷电机，笔者认为它有比较好的发展前景。

与油动发动机相比，无刷动力的选择几乎可以用“琳琅满目”形容。对于110级别无刷动力，通常使用8节锂聚合物电池串联（下文简称8S电池）作为电源，电池容量为3500～4500mAh，放电能力一般要求在20C以上。电机重量限制在400～550g左右，KV值约在275～375之间。无刷动力通常有多种型号可以选择，如Hacker C50-14L（减速内转子）、Hacker A50-16L、AXI 4130/20、AXI 5320/18及Himax 6120等电机（如未特别注明，均为外转子电机，下同）。其中，Hacker C50-14L是同厂著名F3A竞赛电机的缩小版本，性能优异。对于170级别电动特技模型飞机，普遍使用10S电池，容量在4000～5000mAh左右，电机重量一般控制在500～650g之间。这类动力的选择空间更大，可选用Hacker C50-13XL或14XL（减速内转子，图21）、Hacker Q80-11S、Plettenberg Xtra 30-10 EVO或Advance（直驱内转子）、Himax 6330-210（图22）及AXI 5330/F3A 等型号电机。在国外比赛中，某些选手使用Hacker或Neu品牌内转子无刷电机，并且使用行星减速同轴反桨装置代替原配减速齿轮箱。这类动力具有低等效转动惯量的优点，而且无需设置右拉，能够最大限度地降低飞行癖性（图23）。

与无刷电机相配套，专用无刷电子调速器与充电器也是动力系统的重要组成。110与170级别电机对调速器要求基本相同：具有较高的效率；支持10S或更高的供电电压；最大工作电流大于80A。通常可选用Jeti、YGE、Schulze与Castle等品牌规格合适的调速器。其中，Castle Phoenix 80HV与Jeti Spin 99两个型号比较常用（图24）。充电器也应选用性能指标先进、质量可靠的产品，如Hyperion EOS-0720i-DUO3、Power Lab PL6及PL8等型号。考虑到目前常出现在场地甚至家中锂电池充电着火的事故，因此充电过程中应杜绝无人值守。

4．电子设备选用

与常规遥控模型飞机一样，特技模型飞机同样需要伺服舵机、接收机、接收电池、电源开关等电子设备，但对其要求更高：首先，因为特技模型飞机以精准飞行为首要目的，对舵机的精度、响应时间等参数要求较高，所以普遍选用精度高、虚位小、反应快的高档数字舵机；其次，因为使用了多个数字舵机，工作电流相对较大，所以要求电源系统具有提供大电流的能力；第三，因为特技模型飞机造价昂贵（170级别的全配置成本通常在3万元以上， 110级别的全配置成本一般也要1万元左右，甚至更高），所以要求电子设备具有很高的可靠性。110级别与170级别特技模型飞机对电子设备的要求基本相同，在此统一介绍。

特技模型飞机通常会用到以下几种舵机：超薄副翼专用舵机；正视图尺寸约为15mm×35mm或16mm×31mm的小型舵机；正视图尺寸约为20mm×40mm的标准舵机。但不论哪种尺寸，均须保证较高的精度、响应速度与可靠性，不宜为降低成本而使用普及型舵机。

大多数单翼特技模型飞机的副翼均使用专用超薄副翼舵机。这是因为这类舵机外观扁平，且上表面相对于输出轴有一定的倾斜角度，在保证流畅传动的前提下贴合机翼流线，能够有效提高气动性能。此类舵机通常被选用的有Futaba S9150、S9154与BLS154等型号（图25）。此外，某些单翼特技模型飞机也使用标准舵机操纵副翼（图26），这在欧美国家较常见。

尺寸为15mm×35mm的小型舵机（图27）主要有以下用途：在采用双升降舵机设计的特技模型飞机中，藏入平尾内部并驱动升降舵运动；作为油动特技模型飞机的油门舵机；在双翼特技模型飞机中作为副翼舵机（图28）。这类舵机可选Futaba S9650、BLS651与BLS153等型号，也可选用JR品牌的对应规格舵机，如DS3401和DS3405等。

尺寸为20mm×40mm的标准舵机主要用于特技模型飞机的方向舵。如果采用单升降舵舵机设计，则标准舵机也可用作升降舵控制。因为标准舵机尺寸符合业内规范，所以选择范围相对较广：对于升降舵舵机，无负载转动时间快于0.16s/60°、扭矩大于5kg・cm即可满足要求，如Futaba S9250、S9252、S9255、BLS252等型号；对于方向舵舵机，无负载转动时间快于0.19s/60°、扭矩大于8kg・cm即可，如Futaba S9151、S9255、BLS151、BLS255等型号；也可选择JR品牌对应规格的舵机。

尺寸为16mm×31mm的小型舵机扭矩较小但重量很轻，一般专用于油门，可选用S3002、S9002等型号。图29为常用的标准舵机与16mm×31mm小型舵机。

选择接收机时，应考虑以下几点：选用接收性能好的全距离接收机，不宜选用微型、近距离的接收机（Park Flying Receiver）；接收通道应满足实际需求，单翼特技模型飞机宜选用7通道以上的接收机，而双翼特技模型飞机最好选用12通道及以上的接收机，或使用专用的通道扩展装置；考虑与已有电子设备的匹配，例如在使用锂聚合物电池供电且拟采用高电压舵机时，应选用高电压接收机，如采用串行总线舵机，则应选购支持串行总线的接收机。为避免同频干扰，最好选用成熟的2.4G频段跳频或扩频接收机。对于Futaba设备，在组装单翼特技模型飞机时，R6108SB或R6208SB接收机是相对不错的选择（图30）；而在组装双翼特技模型飞机时，可选用R6014FS或R6014HS接收机。

随着电池技术特别是锂电池技术的发展，越来越多种类的电池可用作特技模型飞机的接收电源。即使对于110与170级别的电动特技模型飞机，考虑到安全因素，也常使用单独的接收电池，而非用动力电池通过电子调速器BEC功能给接收机供电。常用的接收电池有：标称电压为4.8V或6V的镍镉或镍氢电池、标称电压为6.4～6.6V的锂铁电池、标称电压为7.4V的锂聚合物电池。其中，镍镉电池是相对早期的种类，内阻小、放电电流大，但存在记忆效应，且会对环境造成污染；镍氢电池相对改善了记忆效应，且优质镍氢电池的大电流放电水平已经很接近镍镉电池；锂铁电池与锂聚合物电池发展迅猛，各项特性比较优秀，但标称电压与早期接收机和舵机不兼容。常用接收机和舵机标称工作电压不高于6V，甚至某些数字舵机标称电压为4.8V，因此必须考虑工作电压匹配，如无必要，应避免使用6V镍镉或镍氢电池。另外，在使用锂铁电池和锂聚合物电池时，需要加入电压转换装置（通常为线性BEC），或直接配套高电压接收机与高电压舵机。从容量看，电动特技模型飞机因震动较小，舵机为克服震动而产生的电流消耗也相对较小，所以可选用容量为350～600mAh的接收电池，降低整机重量；油动特技模型飞机舵机功耗相对较大，接收电池容量应保证在1000～2000mAh左右。图31为3种常见接收电池，左边是4.8V镍镉电池，右上为锂聚合物电池，右下为锂铁电池。

电源开关也是保证电子设备正常工作的重要配件之一。在使用4.8V镍镉或镍氢电池时，可通过优质可靠的大电流机械开关为接收机及舵机供电。镍镉和镍氢电池不用考虑平衡充电，可将充电接头整合在开关上，在不拆卸模型飞机的前提下即可完成充电工作，这在外场飞行时尤为实用（图32）。另外，近年来出现了由集成电路控制、大电流场效应管作为导通器件的航模用电子开关。这类开关没有机械触点，工作时不会产生电火花，抗震动能力强，稳定可靠。德国Powerbox公司的Smart Switch和Digi Switch都是在特技模型飞机上常用的两款电子开关（图33）。两者的区别在于：Smart Switch仅提供电子开关功能，不调整电压，通常用于4.8V供电系统或全高电压系统；Digi Switch输入电压范围为6～8.4V，并稳压至5.5V输出（相当于4.8V电池组充满时的电压），在提供开关功能的同时也起到匹配工作电压的作用。另外，台湾TY1的大电流开关采用了机械-电子“混血”架构，机械触点与电子电路同时保证开关的通断，也是很有特色的设计（图34）。（未完待续）