「 翼長30cmのナイトメア作っちゃいました 」

 最近のおもちゃのラジコン飛行機(ヘリ)の性能向上はすさまじいですね。

先日のNFFCインドアにて目撃したエアロウイングスCCP社)は小型軽量なのが特徴で値段も

安いので思わず買ってしまいました。

しばらく遊んだあと、中身が見たくなり分解してみました。

電気的な構成部品はこれだけです。(ペラつきモーター2個  1セルリポ  受信機)

重量配分:機体重量が20gとなっており、

(1)メカ類(上の写真)・・・9g

(2)プラスチック製のモーターマウント・・・1g

(3)EPP部(胴体+主翼)・・・7g

(4)テールパイプ〜尾翼・・・3g

となっていました。

静止推力測定:最大で12gでした。

ということは(1)と機体を3gに収めれば別物の飛びになりそうです、ここからマイクロ・ナイトメアの

製作を思いついたのでした。

 

で、出来たのがこれ。

主翼だけは熱線カットでオリジナル機の翼型をそのまま38%に縮小しました、60倍発泡EPPです。

他は3mm厚の60倍発泡EPP板(実際に測ると4mmの厚みがありました)で作りました、胴体も

板で箱状に組み立てたものです。

テールブームはΦ1mmのカーボンロッドです、主翼の補強はカーボンスパー(3mm幅の0.4mm厚)

を1本(上面のみ)入れてあります。(強度的にはΦ1mmカーボンロッドでもいけそうです)

重量は予定通り12gになりました。

プロペラが、オリジナルはプッシャー方式なのですが、重心を考えた重量配分をした結果、モータを

主翼前がわに配置せざるを得ず、トラクター方式にすべく、プロペラを抜いて裏返しに装着し、

モータの+−を入れ替えて逆転にします。

ただし、モーターの軸受けがプッシャーに合わせて作られているらしく、引っ張りスラストをかけると

やや重くなります。

受信機とリポの搭載位置、シルエットで確認できる、後ろの大きい四角いのがリポ。

 

飛ばしてみました

オリジナル機と違って頭上げ失速を繰り返すことも無くスーっとすべるような感じでスピードも速く

なっています、翼面加重は(バイウイングの場合)どちらも7g程度で同じなのですが、

翼型や迎え角の違いでしょうか。

パワーがあるので自力で滑走離陸も可能です。

NFFCインドアミーティングに持ち込みました。

フライトビデオです。(↓画像をクリック)

 


飛ばしてみて、問題点も出てきました。

(1) パワーがありすぎて水平飛行できない、もしくはスピードが出すぎ

 機体が軽いせいでしょう、ミニマムスロットルでも上昇してしまいます、

 水平飛行するためにはスロットルを小刻みに操作してプロペラを回したり止めたり

 しながら調整します。

 エレベータを少しダウン側に固定すれば水平飛行しますが、今度はスピードに乗って

 しまいます。

(2) 曲がらない、舵がにぶく小回りが利きません

 これは一番重要でやっかいな問題です

 ビデオを観ると左旋回しかしていないですね、これは左右モーターのばらつきから来る

 ものですが、コントローラーのトリム調整や垂直尾翼を少しひねった位ではとれませんでした。

 では、まったく右旋回できないかというとそうでもありません、

 右舵を入れた状態で、プロペラを止めたり回したりしてやると徐々に右に傾いてきます、

 この問題は、これから試行錯誤して改善してみようと思います。

(3) アンテナの取り回しが悪かった

  

 このように胴体側面を這わせて主翼後縁にアンテナを張りました

 そうしたら到達距離が大幅に減って20〜30mになってしまいました、

 そこで這わせるのをやめて、胴体下の出たところから先は固定せずにぶらーんと垂らし

 たところ、良くなりました。

(4) 推力が減りました

 プッシャーの時と違いプロペラ後流の一部が主翼でさえぎられるため、また前記した

 モータ軸受けの問題があり静止推力が12gから10gに減ってしまいました、

 出来ることならプッシャーのままで使いたいです。

 


旋回性の悪さを何とかしたい

(1) プロペラを外側に移動してみた

  

 当初モーター取り付け位置はオリジナル機に合わせてモーター間80mmとしていまし

 たが、間隔を広げて上半角の付け根まで移動し142mmにしました。

 結果は、多少よくなったかな?という程度。

 

(2) 翼端の空気抵抗をふやしてみた

  

 飛ばしたらいきなり頭から地面に突っ込みました、そのあとエレベータをアップぎみに

 して再度挑戦、飛行速度がだいぶゆっくりになりましたが、旋回性は変わりません、

 というか傾いた側に舵を打ち続けると急激に傾きが激しくなって機首下げします。

 

(3) プロペラにトーインをつけてみた

 

 これも効果なし。

 

 今のところこんな感じです

 何かもっと根本的なところなんでしょうか?

 垂直尾翼面積減らしてみようかな?


 右旋回しない原因がわかりました

 なんと、コントローラーが悪かったのです

 他の人のコントローラーを借りて飛ばしたら難なく右旋回したのでした。

 プロペラ位置は外側に移動しただけの上記(1)の状態です

 

 アウトドアフライトの動画を撮りました

 操縦は「RC飛行機実験工房Sekiai」さんです

  フライトビデオ (15MB.wmv)

 


 

 「 エアロウイングスのメカのしくみを解析しました 」

電気的にどのような動作をしているのか、オシロスコープで調べて解ったことを

書き留めておきます。

 

(1) 充電しているときにコントローラから電波はでているのか?

 結果:コントローラは電源を入れただけでは電波を出さないようになっていて、

  パワーレバーをモーターが回りだす所まで上げたときに初めて電波を

  発射します。

  また、パワーレバーを停止位置まで下げてから1分間経つと電波を停止

  します。(再びパワーレバーを上げればまた発射)

(2) 各舵の分解能

 パワーレバー・トリム調整スイッチ・旋回レバー、には

 ラジコン送信機のスティックのようなボリュームでは無く、基板にパターンがプリント

 された接点式のアブソリュートエンコーダが使われています。

 

 パワーレバー    : 8段階(一番下は停止+7段階のパワー)

 トリム調整スイッチ : 7段階(ニュートラル位置から左右に3段階の調整)

 旋回レバー     : 3段階(っていうか右か左にきるスイッチ)

(3) 送信形式

 ・ AM変調

 ・ PCM方式(4bit 2チャンネルのPCM)

   左右のモーターをそれぞれ16段階にパワーコントロールしている

 このAM変調+PCM方式により、

 受信機の小型化と

 ひとつの周波数で、3機同時飛行が出来るユニークな仕組みになっています。

  

 これは、コントローラー(チャネルAタイプ)の信号を記録したものです、

 横軸が時間で、端から端まで0.4秒あります。

 電波を出しているのは緑の縦縞ブロック部分だけで、他の部分では出してません。

 この空いているところに、他のコントローラーの電波が割り込みます、

 とは言ってもコントローラーは送信しかできないので電波の空き部分であろうが無かろうが

 ひたすらマイペースで電波を発射し、ぶつかり合う場合がでてきます。

 ぶつかり合った電波は信号が混ざった状態となるので、正常なPCM信号ではなくなり

 受信機で跳ねられるようになってます。

 

 マイペースで電波を出すコントローラーくんですが

 それぞれの繰り返し周期をずらして、なるべく干渉をへらす工夫がしてあります。

  

 繰り返し周期の速いほうが、操縦の応答性が良くなります。

 「チャンネルB」が有利ですね。

 

 緑の縦縞ブロックを拡大すると、このような波形をしています

   

  

  これは13bitのPCMデータで、

 「0000000000000」(2進) モーター停止状態

 「0011111111000」(2進) フルパワー状態

 のデータです。

 このデータは 「00 1111 1111 00 0」 のように分けて意味を持ちます。

             ´◆   ´  ぁ ´

  「00」 チャンネルA,B,Cをあらわしています。(00=A 10=B 01=C)

  「1111」 モーター1の出力を4bitの2進数で表しています。(この場合は15ですね)

  「1111」 モーター2の出力で同様です

  受信機側の話になりますが、モーター出力はPWM制御しています、0ならモーター停止

  で、15が100%オンになります、1だとオン50%-オフ50%のPWMになり、15まで段階的に

  オンの比率が大きくなるようになっています。

  「00」 データを正しく受け取ったかを確認するためのチェックサムのようなものです。

  受信機にて検算チェックし、エラーがあったデータは使いません。

  → 計算方法はここをクリック (これを導くのに3日も悩んでシマッタ・・・)

  「0」 終了bitで必ず0になります。

 

(4) 舵角とモーター出力の関係

 上に書いたとおり、コントローラーから左右それぞれのモーターへ16段階でスピード指令

 を送っています

 まず始めに、そのときのモーター出力がどの程度かを調べました。

指令値

10

11

12

13

14

15

モータ出力

0%

50%

53%

56%

59%

66%

69%

72%

75%

78%

81%

84%

88%

94%

97%

100%

  

 0で停止している所から1段上げるといきなり中速になり、そこから最高までは

 ほぼリニアです。

 【パワーレバーの変化量】

 実際のパワーレバー操作では1から、ではなく3からのスタートとなっています。

パワーレバー位置

指令値

11

13

15

 これはパワーレバーが8段階しかないため上側に詰めた結果の様です、

 エアロウイングスの機体にあわせて作られているため仕方ないのですが、マイクロ・ナイト

 メアの場合は下のほう(1や2)も使いたい所です。

 【トリム調整スイッチの変化量】

 パワーレバーで決定された値に対してトリム量を加算します。

 トリムは機体が左右に曲がるクセを取るためにありますが、中央位置なら左右のモーター

 は同じになるため加算せずにそのままです。

 中央位置から回された場合はトリム量に応じて、片側のモータだけ加算します。

トリム調整位置

左3

左2

左1

中央

右1

右2

右3

右翼側モーター指令値

+3

+2

+1

+0

+0

+0

+0

左翼側モーター指令値

+0

+0

+0

+0

+1

+2

+3

   _短擦靴浸慘畸佑15を超えた場合は15に抑えます。

   ▲僖錙璽譽弌爾0の時は加算しないで指令値0のままです。

 【旋回レバー】

 トリム調整スイッチによる加算処理した値に対して旋回量を加算します。

 基本的にはトリムと同じで片側のモーターだけ加算します、加算量は+6です。

旋回レバー

左舵

中央

右舵

右翼側モーター指令値

+6

+0

+0

左翼側モーター指令値

+0

+0

+6

 但し、加算した指令値が15を超えた場合の処理がトリムとは違って、

 15で抑えるだけではなく、超えた分量を反対側のモーターで減算しています。

 たとえば、左13・右14のところへ左舵で右に+6が入ると右20になり15を超えて

 しまいますので、右を15に抑えて、超えた分の5を左から引いて左8とします。

 結果 左8・右15

 

 (5) 回路図

 いろいろ調べるに当たって回路図を描きました。

 間違いもあると思います。

  コントローラーの回路図

 

 

 「受信機のブラックボックスを覗いて見ました」

調子の悪くなった受信機をバラしています。

黒いモールドの中がどんな風になっているのか?、削り取ってみました。

 ↓ シルクでは部品番号が読み取りづらいので重ね書きしてみました

  各画像はクリックすると拡大されます

モールドの中はICのチップ(正確には「ダイ」)が2個も入っていました、

左側(紫)の四角いICがデコーダー&PWM生成で、右側(橙)がRF受信部のようです。

 (橙の方は作業中に破損してしまい、写っているのは土台のパターンだけです)

周りの点々がボンディングワイヤーの接続点で、紫-15本、橙-6本でした。

 ↓ 部品を取り除いてパターンを調査しました

電源ラインは赤で、GNDは黒で、他の見にくい部分は水色で線引きしています。

 

パターンの調査も済んだので、回路図を起こしました。

 受信機の回路図

さすがというか、玩具だけあって安全性を確保するための回路が組まれています、

リポのとり扱いの出来るマニア向けであれば基板半分の回路で済みそうです。

図面を起こした結果、とりあえず有用なものとしては

(1)機能拡張するにあたり、復調されたPCMを引き出す場所が判明した。

(2)K2と呼ばれる設定ジャンパーがある。

 これがショートされていると改造コントローラで舵角を増やしたときに異常な動作になる

 


 

 「チャンネルC」って何よ!

取扱説明書の8ページ、「別売りパーツについて」の部分にこうあります。

「※必ずスワローウイング・バイウイングのいずれかと、コントローラーの裏面に

 書かれているチャンネル標記(A,B,Cのいずれか)をお書きください。」

現在売られているものは、スワローウイング(赤)がチャンネルB、

バイウイング(青)がチャンネルAと決まっています、

でもチャンネルCは売られていません。

 

じつは、チャンネルは基板上のパターンにハンダを盛ってショートさせることで

変更できることが、解析によってわかりました。

 

 

まずはコントローラー

紫のマルで囲った部分が該当箇所です。

 

拡大しました。

この状態が チャンネルA

 

紫の部分にハンダを盛ってパターンをショートさせると

チャンネルB になります

 

こちらの紫の部分を同様にショートさせると

チャンネルC になります

 

ちなみに、BとCの両方をショートさせたら・・・

 チャンネルD にはなりませんでした(笑)

 

続いて受信機

 紫のマルで囲った部分が該当箇所です。

 

何もショートしない状態

これが チャンネルA

紫の部分にハンダを盛ってショートすると

チャンネルB

紫の部分にハンダを盛ってショートすると

チャンネルC になります。

 

※ 改造は自己責任でお願いします。

 特に受信機にはリポバッテリーが接続されており、スイッチOFFであっても

 基板上には通電されていますので取り扱いには細心の注意を払ってください

 (ネジなどの金属が落ちればショートします。)

 


 「コントローラーのプログラムを改造して、旋回性能を良くします」

元々のマイコンを回路から切り離して、PICマイコン(PIC16F648A)を上からつけました。

 

レバーの読み込みとデータの送信がうまく行って、プロペラを回すことが出来るところまで来ました。

マイクロ・ナイトメア用に舵角を大きく取れるようにしたり、パワーを止めた位置でも舵が利く

ようにしたいですね。

 

ほぼ完成しました、無計画に機能を増やして行ったせいでプログラムに2週間もかかりましたが。

 

上の写真を観るとコントローラーに受信機がぶら下がっています、

これは受信機の各チャンネル出力で、そのまま左右モータの回転制御を行うスレーブモードです、

送信機(プロポ)で好きなようにミキシングをかけることが出来ます、

Vテールのようなミキシングをかけてスロットルおよびラダーから左右のモーターにミキシングします。

受信機の電源はコントローラーから供給されます。

 

そのほか、コントローラー単体でも通常通り使用できる上、各種設定変更もできます。

パワーレバーを上げた状態で電源ONにすると、コントローラーが設定モードに入り、パワーLED

の点滅回数を観ながら舵の利き具合などを変更します。

 これで、今まで操縦しにくかった機体も飛ばしやすくなるでしょう。

改造のページはこちら


海外の有名サイト:RC GROUPSにエアロウイングスの書き込みがありました。

半年前にすでに解析されておりメーカーのコントローラ回路図まで載っていたのにはオドロキです。

(自分が解析を始めたとき、きっとどこかにあるんだろーなーとは思っていましたが・・・)

自分の書いた回路図と見比べると、電源の取り方が大きく違うのに気づきました、

昔は電池の3セル部分で中間タップを取ってデジタル回路に供給していたのが改良されて

今では9Vからツェナーダイオードで降圧するようになったようです。

それと、CCP版ではコントローラーの電池の消耗具合を表示する機能が追加されれいます。

基板の写真を見ると、昔のは部品面が全面黒塗りになっていたのが、今ではケースの隙間から

見える付近だけ黒塗りに変わっています。

 

SilverLit社バージョンとの比較用にCCP社バージョンの基板写真を撮影しました。

 

 

 

 


 番外編:スチレン製フリーフライト 「ムスタング」 をRC化

ドラッグストアで買い物中、ふと目に止まった¥141のムスタング

エアロウイングスから外したメカが一式あったのを思い出し衝動買いしました。

(次の日はインドアフライトだしね)

とりあえずパパッと、組み立て〜の、メカ積み〜の、で3時間で形になり

さらにお化粧と重心確認や舵角設定を行い完成!

そのときはまだ写真のような上反角は無く、一直線の翼でした。

翌日、体育館でテストしたところ曲がらないことが判明し、

「上反角がないとダメだよ」 と皆さんからありがた〜い指摘を受けその場で加工しました。

(右翼・左翼とも付け根に切り込みをいれますが、キャンバーがついているので翼弦の中ほどに

僅かスキマが出来るようにします、前縁・後縁は切らない。そして接着するとしっかり上反角がつきます)

おかげ様でよく飛びました、フライト動画は西山RCクラブこちらにアップされています。

 

 「細部説明」

モーターの取り付けです、T字型に切り込みを入れて3Mプラスチック用で接着しました。

黒いのはカーボンスパー材5mm幅0.4mm厚です、

モーターの振動で共振したのであとから補強しました。

それから、取り外したモーターが調子悪かったので、同規格のモーターを別購入しました。

「 DIDEL コアレスモータ  6mmx12mm4.5Ω  MK06-4.5 」

toko田中さんのe−shopで売っています。

2個同時に交換しましたが、使用した感じ特性もそろっており、調子の悪いモーターより

はるかにパワー感があります。

リードがやや短い(それと少し太い)のが難点ですね。 (実測したら60mm弱でした)

受信機の搭載

スイッチと充電コネクタ部分がすっぽり入る角穴をあけて押し込み、

少量の3M接着剤をつけて抜け止めにしました。

リポの搭載

胴体のスチレンを掘り込んで(両側に印刷した紙が貼ってある構造)リポを埋め込み

少量の3M接着剤で紙と貼り付けました。

今回一番ガンバッテ加工した部分です。

 

最後に、機体重量は18.0gでした。

 

 番外編2:タイヨーの 「スカイ倶楽部 T−4 ブルーインパルス」 をRC化

 またまた衝動買いしてしまいました〜っ!

機体の素材はEPPではなく発泡スチロールとスチレンで出来ています。

今回大変だったのは分解作業です、弾力系の白い接着剤が使われていたので継ぎ目にカッターを

入れて切り離したのですが、内臓物が内側に張り付いているため開かないんです、

だんだんイライラしてきて力任せでどうにか開けられたものの何箇所か破損してしまいました。

 分解前に機体重量と重心位置を確認しておきました、24gありましたが中身を抜いたら12gに

なりました。エアロウイングスのメカを積んで全備重量19gで仕上がりました。

元が機首にモーターとプロペラがついていてチョン切られた形の機首でしたので30倍EPPを継ぎ

足してそれっぽい形に成形しました、実機に比べ主翼が前側にモディファイされているので機首を

長めにして見た目のバランスをとりました。

 

 メカ搭載状態、機首部分に受信機、その後ろにリポを縦に配置胴体寸法ぎりぎりのため下側

つら位置です。これで重心はぴったり合いました。

 大きさの比較。

他の機体と比べて翼面積が小さいです、果たして飛ぶのでしょうか?

 「飛行テストしました」

 風の強い日が多くなかなかテストできません、待ちきれず強風(風速3〜4mくらい)の中でやり

ました。

最初、手投げすると地面めがけて突っ込みましたが、水平尾翼を曲げてアップ気味にしていったら

短時間ホバリングするようになりました、最長3秒くらい。やはり風が強すぎるようです。

後日、微風の早朝テストで見事に飛行でき、8の字旋回までこなしました。

スピードに乗ったジェット機らしい飛行で、旋回径は大きめなため体育館では無理かな、という

印象です。

でも、もっとアップ気味にすれば体育館でできるかもしれません、風のよわい時を見計らって

テストを続けていきます。

今回は動画を用意できませんでした。

 「少しだけ追加テストしました」

 改造送信機で舵角を増やしてみたところ、旋回径がだいぶ小さくなり(10mくらい)体育館でも

飛ばせそうです。

 この機体の難点はエレベータ方向の修正がにぶい事で、頭上げや下げ姿勢の限界が狭いです、

水平飛行を維持するために結構神経を使います。

水平尾翼を捻ってアップを強くしてみましたが、機体が左右にふらつきを起こして飛ばしにくくなっ

てしまいます。

 「ビデオを撮りました」

 やっと天気に恵まれて動画を撮ることが出来ました。

バイウイングの改造が流行っており、そちらも収録してあります、改造コントローラも好評の様で

作った甲斐がありました。

  フライトビデオ (32MB.wmv)

  「T-4の分解」

2機目を改造中です、分解状態の写真を撮りました。

 「プロペラ」・「黒いフックみたいなやつ」・「コネクタキャップ」は割と楽にはずせます。

その上に写っているモーター〜ケーブル〜電池が白いシリコンコーキングで胴体内壁にべっとり

食いついており苦労します

 最初に小物を取り外し、キャノピー接着部にカッターを入れて切り離します、胴体の継ぎ目に

カッターを入れて左右に開く準備をします(主翼は思い切って中心を胴体と共にカット)

順番としては前側から開いていきます、

前面の壁をモーターの径に合わせて切り取り、針などをモーターと胴体壁の間に刺しまくって

シリコンを切り離します

スイッチやコネクタは基板を使っていて、これまたしっかりとくっついています、キャノピーがかぶる

部分は隠れるので多少壊れる覚悟でココからカッターを入れて基板の接着を切り離します。

内部の成型はこんな感じになっています、後ろの方はつながったままでも内容物は出せます。

下側、動力メカはこのような位置に入っています。

コーキングだらけのモーター、基板についたスイッチ、充電コネクタ(でかい基板を使っているが

スルーしているだけのパターン)、80mAhの1.2V単セルバッテリー

配線はかなり太目の線材を使用しています、重たいわけですね〜

1号機と改造中の2号機、受信機の位置をもう少し後退させたほうが良さそうです、

1号機の飛びをみると重心ももう少し後退させたほうが良いかもしれません。

モーターの取り付けは3Mプラ用で主翼の裏に接着しましたがスチレン表面が剥離しやすいため

何度が外れることがありました、その教訓から2号機では四角く切った梱包テープを貼り付けた上

に接着しています。